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渦輪殼鑄件消失模發泡模具的快速制造

時間:2017-10-10 10:43:00   來源:中國模具網   添加人:admin

  2模具的三維設計三維造型是保證LOM模乃至整副模具尺寸精度的基礎。應用先進的三維造型軟件,我們分别完成了産品、分片及整副模具的三維設計工作。

  2.1渦輪殼零件的的三維設計CAD建模常用的方法是實體建模和曲面建模。

  我們使用的三維造型軟件雖具有強大的實體建模系統,可實現拉伸、旋轉、截面延伸、非均勻截面延伸等特征造型,但因其不支持多實體的混合布爾運算在構造複雜實體模型時顯得有些力不從心。曲面建模(Surfacemodeling)的原理是分别建構零件的各個曲面,然後将這些曲面整合為完整且無間隙的曲面模型。它除具有與實體建模相同的建構方外,還具有合剪切(Trim)、延伸(Extend)等實體建模所缺乏的特性,可實現複雜零件的三維造型。

  為渦輪殼鑄件的曲面建模法三維造型。

  增壓器是廣泛用于汽車節能和尾氣達标排放的重要部件,渦輪殼是其關鍵零件,其氣道形狀顯著影響節能及尾氣處理效果。根據其結構特點并綜合考慮成本和質量要求,消失模鑄造是其佳生産工藝之一。

  渦輪殼消失模鑄造的關鍵是其發泡模具的制造。

  由于其外形和氣道形狀均十分複雜,采用傳統的木模鑄造工藝,難以保證發泡模具的質量;采用NC加工和電火花加工則周期長、成本高。為此,我們在三維造型基礎上,基于LOM模,采用轉移塗料鑄造工藝,實現了渦輪殼發泡模具的快速制造。

  1渦輪殼發泡模具快速制造流程為渦輪殼發泡模具快速制造工藝流程框圖。

  零件的三維造型―模樣分片―模具的三維造型―生成STL文件無餘量模具毛坯―轉移塗料鑄造工藝―LOM模快速制造發泡模具快速制造工藝流程雜的泡沫模樣。對于形狀複雜的渦輪殼鑄件,其消失模顯然不可能整體發泡成形,隻能通過分片發泡成形而後粘接的辦法來制取。根據鑄件特點,初步考慮将其消失模分為三片。

  模樣分片的關鍵是分模面(即泡沫模塊粘接面)的确定,其核心是确定相應的三維分模曲線。由于渦輪殼鑄件内外表面的分模面不在同一曲面上,故采用内外表面分别确定分模面的方法。在構造分模面的三維分模曲線時,主要綜合采用了以下三種方法〔1:在曲面造型過程中的各剖面曲線上設置分模點,這些分模點在造型後自動形成一條結構線。由于這條結構線的形成算法與曲面建構算法一緻且具有獨立的特征,因此可直接選取該線作為分模線,并可單獨對其進行操作。

  由于在建模時已繪制出各個剖面的特征曲線,因此可以以這些曲線作為基準(注意:此處是作為基準特征而不是在原有曲線上添加,若采用後者會造成原有的剖面曲線具有多餘的特征,而影響原有模型的形狀,甚至造成意想不到的後果),逐個剖面地繪制出分模點,然後構造出分模曲線。

  當曲面過于複雜或無法用其他方法找出分模線位置時,可采用投影法在曲面外的一個平面内構造曲線,然後将該曲線投影在曲面上,得到位于曲面上的空間曲線,該曲線即為分模曲線。

  用分模曲線作為分模面的邊界曲線,對曲面進行剪裁(Trim)操作,将曲面模型分為三片。後适當增加分模曲線的網格,構造出光順的異型分模曲面。由于相同的邊界曲線及相同的網格具有完全相同消失模模具的一個突出特點就是薄殼随形,它是獲得表面光潔泡沫模樣的基礎。在曲面模型基礎上可非常方便地制作薄殼随形的消失模模具。

  (2)獲得薄殼随形面的方法有兩種:①以已存在的剖面曲線為基準,作平移(Offset)操作建構随型面的剖面形狀,然後采用同樣的曲面造型步驟直接構造随形面;②用投影法得到模型表面相應位置的曲線輪廓,然後以所得到的投影線為基準,用相同的方法得到随形面。

  為綜合運用上述方法,依照曲面造型規範得到的模具實體模型。

  3LOM模具快速制造的算法,即采用相同方法形成的邊界可建構完全吻合分層物體制造(LOM)是用加熱輥和激光束對的曲面,避免了設計者擔心的發泡模塊結合面不吻背面塗有熱熔膠的薄片材料(如紙、金屬箔等)進行合的問題。分片所得的三片模樣如所示。逐層粘結和切割,以形成零件各層的輪廓,終形成2薄殼随4形模具a的造ElectronicPublishing零件原型2〕。由于隻須沿截面輪廓線逐層切割薄片材料,無須對整個截面進行掃描成形,因此原型的成形速度快、生産率高,适合于大中型零件原型的制造。

  以模具三維造型為基礎,考慮進消失模及鑄件的收縮率後,即可将能被快速造型機識别的STL文件傳輸給快速造型機,制得模具的LOM原型。

  我們采用的是本校快速造型中心開發的HRP―I型快速造型機,它以紙作為造型材料,精度高、速度快,幾個小時即可獲得LOM原型,再經過後處理,即可獲得終使用的模具LOM原型,其精度達100士005~0.1mm,表面粗糖度為Ra0.8~1.6um.為所制成的渦輪殼消失模發泡模具的LOM原型。

  4發泡模具轉移塗料鑄造成形工藝在模具L0M原型基礎上,結合轉移塗料鑄造成形工藝即可實現消失模發泡模具的快速制造。該工藝有兩個特點:一是轉移塗料技術二是直接将發泡模具的LOM原型作為鑄造用模樣,無需轉制矽橡膠等中間模。

  轉移塗料又稱非占位塗料,它是将塗料直接塗覆在模樣上,脫模時塗料轉移到砂型或砂芯表面上。由于塗料不占用型腔空間,因此可獲得尺寸、表面光潔的鑄件(可達Ra0.8~1.6um)〔3〕。直接将L0M原型作為鑄造用模樣則可避免因轉制中間模所引起的形狀和尺寸誤差,進一步确保終鑄造模具的精度。

  其造型工藝如下:首先将作為鑄造用模樣的L0M原型平放在一塊鋪有塑料膜的木塊上,對模樣任一面(工作面或随形面)噴塗水基脫模劑,脫模劑揮發後在模樣上形成光潔薄膜,然後在模樣上刷塗厚度約0.5~1.5mm的自制自硬轉移塗料覆蓋模樣全部表面,然後填入水玻璃砂造型,吹C2硬化後放置2~4h;翻轉砂型,重複以上步驟,得到另一半鑄型;後采用專用起模裝置,實現平穩起模,保證塗層安全轉移到型腔上,獲得整個鑄型。将鑄型在100~240°C烘烤10h後,即可進行澆注。

  發泡模具的材質選用ZL108合金,澆注溫度為700°C.鑄件冷卻後去掉澆注系統及飛邊,經局部打磨及抛光後即獲得無餘量發泡模具的鑄造毛坯。在該發泡模具鑄造毛坯上,适當添加排氣塞及相關零件,即制成用于制造消失模模塊的發泡模具。所示為渦輪殼消失模左片的發泡模具及消失模模樣。

  左片模具及模樣左為由三副發泡模具制造的發泡模塊粘接的整體渦輪殼鑄件的消失模模樣,右為用該消失模鑄造的渦輪殼鑄件。經檢驗,鑄件的尺寸精度完全達到了設計要求。由此可以看出,采用此種工藝方法可以實現小型、複雜淺腔模具的快速制造。

  機床類鑄鐵件水玻璃砂芯溫度場的測定及潰散性的改善李忠華(江蘇理工大學材料科學與工程學院,江蘇鎮江212000)度不超過600°C;加入2的機油可降低這個溫度區域水破璃砂的殘留強度。

  水玻璃砂由于具有價格低、來源廣、使用方便、對環境基本上無污染等特點,因而在鑄鋼、鑄鐵、有色鑄造中廣泛使用,但其高溫潰散性差的缺點嚴重阻礙其應用範圍的擴大,因此改善水玻璃砂的潰散性一直是國内外鑄造界重要研究工作之一。

  水玻璃砂潰散性的好壞直接與砂的殘留強度有關,殘留強度低則潰散性好。水玻璃砂的殘留強度與受熱溫度關系密切,不同溫度下其殘留強度差别很大,在200C和1000C左右殘留強度大,而600C左右則低〔1.水玻璃砂型(芯)的受熱溫度與合金種類、鑄件壁厚、型芯大小等因素有關,因此要改善其潰散性就必須了解水玻璃砂型(芯)在鑄件澆注、冷卻過程中的溫度變化,然後有針對性地降低其某個溫度區域的殘留強度。

  無錫某機床廠原鑄鐵件米用水玻璃砂C2 +烘幹聯合硬化工藝,水玻璃量為7,另加1.24水泥作潰散齊4但還存在潰散性差的問題。這也是用水玻璃砂生産機床鑄鐵件的普遍問題。機床類鑄件大部分是體積較大而壁厚較小的灰鑄鐵件,要改善這類鑄件水玻璃砂型(芯)的潰散性,須了解它在澆注、冷卻中的溫度變化,然後尋找合适的添加劑,來提高其潰散性。

  1砂芯溫度場的測定1.1試驗設備與主要原材料收穑日期:2000-0i-14收到初稿,200CMfr30收到修訂稿。

  5結論采用曲面建模技術完成了模具的三維造型,在此基礎上,結合L0M快速造型技術和轉移塗料特種鑄造工藝,實現了渦輪殼模具的快速制造;(2)本項模具制造工藝,具有速度快、模具質量高等特點,特别适合小型、複雜淺腔模具的快速制造。

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