基于ProCAST及3D打印技术的闭式叶轮快速铸造技术研究

针对单件小批量复杂形状零件快速制造问题,以具有复杂内部空腔结构的闭式离心泵叶轮为研究对象,开展了基于Pro CAST及3D打印技术的快速铸造技术研究。首先采用Pro/E软件建立了离心泵叶轮及其浇注系统整体数学模型,通过Pro CAST软件对该叶轮铸造工艺过程进行了数值模拟仿真,然后完成了闭式叶轮及其浇注系统整体树脂模型的3D打印,并以该树脂模型作为熔模进行了熔模精密铸造,最终制得了闭式离心泵叶轮铸件。研究结果表明,利用该快速铸造技术制得的闭式叶轮铸件的尺寸精度可达CT4级,表面粗糙度可达Ra6.3μm以下。     

基于3D打印的离心泵叶轮压蜡模具快速制造工艺研究

针对精铸行业中复杂形状压蜡模具难以快速制造问题,以开式离心泵叶轮为应用范例,开展了基于3D打印技术的压蜡模具快速制造工艺研究。首先基于Pro/E软件依次建立了叶轮模型、创建工件、创建分型曲面、抽取模具元件并进行了优化设计,然后将该模具模型导入RPData软件进行了前处理,再导入激光快速成型机直接3D打印成形,得到了树脂模具,将该树脂模具后处理后再在其内部填充金属树脂混合物,得到了金属树脂模具,最后以该金属树脂模具进行了压蜡,即制得了离心泵叶轮蜡模。研究结果表明,该快速压蜡模具压制的叶轮蜡模的尺寸精度可达0.1 mm,表面粗糙度可达Ra6.3μm。     

基于SolidWorks的离心泵叶轮参数化设计系统的开发

叶轮的3D模型是CFD数值模拟和CAM加工的前提。为获得离心泵叶轮的3D参数化模型,本文用VB对SolidWorks进行二次开发,基于木模图扭曲叶片表面的型值点,采用无原型参数化方法实现了扭曲叶片的3D参数化模型;采用特征建模技术实现了离心泵叶轮前/后盖板的3D参数化模型。提出基于零部件在装配体中的空间坐标实现离心泵叶轮的参数化虚拟装配。该方法所建叶轮模型精度高,对后期特性分析和数控加工有实用价值。     

基于选择性激光烧结PS原型的 快速铸造工艺研究

针对传统熔模精密铸造工艺中熔模制作过程复杂的问题,以某典型零件为研究对象,开展了基于选择性激光烧结技术的熔模精密铸造工艺研究。首先采用SolidWorks建立了零件的三维模型,将模型导入激光烧结设备中,调整并优化了烧结设备的工艺参数,以PS(聚苯乙烯)粉末为原材料进行了激光烧结成型,制得了零件的PS原型;然后,以该PS原型与蜡浇注系统结合后的整体模型作为熔模替代了传统压制蜡模,进行了熔模精密铸造,制得了目标零件的精密铸件;最后,测量并分析了铸件的尺寸精度和表面质量。研究结果表明:通过该快速铸造工艺制得的铸件质量较好,尺寸精度可达CT6级,表面粗糙度可达Ra6.3μm。     

基于3D机器视觉的离心泵叶轮智能无序上料技术应用研究

离心泵的生产目前仍以人工手动操作为主,为了提高离心泵生产的自动化程度,降低工人劳动强度,设计并搭建了基于3D机器视觉的离心泵叶轮智能无序上料系统。离心泵叶轮智能无序上料系统采用双目视觉结合结构光技术采集场景中的三维信息,重点研究了工程塑料、铝合金和不锈钢3种不同材料的叶轮在3D机器视觉下的成像表现,通过实验研究得出了光源设计的优化参数,实现了叶轮位姿的识别和抓取。此外,通过实验模拟了叶轮上料过程,在不同摆放条件下的抓取成功率均超过了90%,验证了离心泵叶轮智能无序上料系统的可行性,并分析了随机摆放条件下铝合金叶轮及不锈钢叶轮存在个别无法识别的原因。     

离心泵叶轮内部流场模拟及其结构改进设计

叶轮是离心泵的关键部件,对泵的水力性能影响很大。利用Pro/E软件建立了离心泵叶轮的三维几何模型,并结合CFD仿真技术和Fluent软件完成了离心泵叶轮内部的流场数值模拟,得到了叶轮内部流场的速度和压力分布规律,流场分析结果为离心泵叶轮的结构设计提供了理论依据。最后,在流场模拟的基础上研究了叶轮叶片的出口宽度和工作面型线对离心泵性能的影响,给出了离心泵叶轮结构改进的建议:叶片出口宽度宜选为8mm,并采用先急后缓的叶片工作面型线较合适,改进后的叶轮水力效率提高了约3%。     

3D打印在快速熔模精密铸造技术中的应用

针对3D打印技术在熔模精密铸造行业的应用现状问题,对快速熔模精密铸造技术的工艺原理及国内发展概况进行了研究,分别重点研究了基于光固化成型技术、选择性激光烧结技术及熔融沉积成型技术的快速熔模精密铸造技术的国内研究现状,并深入剖析了这三种技术各自的优势与不足。其中,基于光固化成型技术的快速熔模精密铸造技术主要存在型壳易胀裂技术难题;基于选择性激光烧结技术的快速熔模精密铸造技术虽可有效克服型壳易胀裂技术难题,但存在原型零件强度不高、易翘曲变形等问题;而基于熔融沉积成型技术的快速熔模精密铸造技术则因原型尺寸精度较低、表面质量较差导致其实用性较低。研究结果表明,目前该三种快速铸造技术都还存在各自的技术瓶颈,这在很大程度上限制了其推广应用。     

3D扫描检测技术在MP泵质量控制中的应用

离心泵叶轮的制造精度会直接影响性能,使用Faroscanner激光3D扫描仪对离心泵叶轮进行扫描,运用QUALIFY将扫描点云与三维模型进行对比分析,分别对叶轮流道宽定歌叶片曲面形状、各处壁厚进行了误差分析,根据分析结果,对模具进行修正,使离心泵的效率提高3％,同时产品性能的一致性得到有效控制。     

叶片空间型面造型对离心泵性能的影响研究

为了研究叶片空间型面造型对离心泵外特性、内部流场的影响,以一台普通离心泵为研究模型,利用Cfturbo软件设计了两种相同设计参数,不同叶片型面造型的叶轮模型,采用标准k-ε湍流模型对两种模型叶轮离心泵内部流场进行单相定常数值模拟,并采用RNGk-ε湍流模型对两种叶轮模型离心泵空化性能进行数值模拟,得到内部流场特征、水力性能。并通过离心泵性能试验对数值模拟结果进行验证。研究结果表明:设计工况下,自由曲面叶片叶轮离心泵的扬程比倾斜直纹面叶片叶轮离心泵高0.45 m,NPSHR相同;通过优化倾斜直纹面叶片叶轮完全可以代替自由曲面叶片叶轮,降低企业的生产成本。     

中比转速离心泵无过载优化设计

对D450-60-10型中比转速离心泵进行无过载优化设计,原始方案采用模型换算法设计模型泵进行试验并换算得到原型泵性能,同时利用Fluent模拟得到模型泵和原型泵性能,对泵性能分析后提出基于叶片出口角、叶轮出口直径和叶轮出口宽度等结构参数的3种原型泵优化方案。结果表明:当叶片出口角β2=10°时,与β2=15°相比,功率曲线的拐点更接近额定工况点,且最大功率下降了6.78%,但会牺牲部分扬程;3种优化方案下离心泵都达到了无过载的要求,功率备用系数K均小于1.2;最佳方案(叶轮出口直径D2=0.49m,叶轮出口宽度b2=0.03m,叶片出口角β2=10°)的功率备用系数最低,为1.09,与原始方案相比,扬程和效率分别提高了6.94%、1.95%,为中比转速离心泵无过载设计提供了参考。