[發明專利]一種基于3D打印鑄造鋁合金缸蓋的成型工藝

有效

• 申請號: 201810815207.2
• 申請日: 2018-07-24
• 公開（公告）號: CN108941511B
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 宋彬;徐宏;及曉陽;張國偉;張紅昌
• 申請（專利權）人: 北京北方恒利科技發展有限公司
• 主分類號: B22D18/06
• 分類號: B22D18/06;B22D27/09;B22C7/02;B22C9/10;B33Y10/00
• 代理公司: 北京元本知識產權代理事務所(普通合伙) 11308
• 代理人: 范奇

1.一種基于3D打印鑄造鋁合金缸蓋的成型工藝，其特征在于，具體包括以下步驟：

(1)將復雜鋁合金缸蓋分型處理：根據缸蓋設備圖紙及生產工藝，將缸蓋內腔砂芯分離出來，確定分型和裝配方案，完善和優化缸蓋外型和裝配工裝數據，確定3D打印缸蓋外形蠟模、3D打印缸蓋內腔砂芯及定位工裝設計方案；

(2)分型處理后的鋁合金缸蓋進行SLS打印蠟型和3DP打印砂芯：根據缸蓋外型數據設計3D打印HLP設備的外型數據，確定3D打印蠟模及定位工裝設計方案，實現蠟模尺寸精度CT6級，蠟模每層厚度0.12mm；根據砂芯數據設計適合3D打印HLS設備的砂芯數據，包括砂型定位工裝、定位輔助線、砂芯頭工裝、砂芯排氣系統和澆注系統，確定3D打印砂芯及定位工裝設計方案數據，砂型厚度30mm；

具體為：采用3D打印蠟模及定位工裝設計方案，3D打印蠟模是采用激光選區燒結的方法將PS蠟材料通過合理的參數進行層層燒結，再進行后處理表面光潔，得到缸蓋外型及定位工裝，即在步驟(1)的定位工裝(2)上部設置輔助中心線(a1)，砂芯頭工裝(a2)和直澆道(3)，定位工裝(2)下部設置內冷鐵輔助工裝(a3)和外冷鐵輔助工裝(a4)，從而確保3D打印蠟模和定位工裝的一致和完整性；3D打印砂芯及定位工裝設計方案主要為，3D打印砂芯是采用選區噴涂樹脂或固化膠的方法，采用合理的打印工藝將焙燒砂粘在一起，得到缸蓋內腔及定位工裝，這種成型工藝是冷成型，成型砂型不容易變型，強度比較大，整個工藝中包括砂型寬度定位工裝(b1)，砂型長度定位工裝(b2)，內腔砂芯(b3)，對應砂芯頭工裝(b4)，砂芯排氣系統(b5)以及澆注系統(b6)；其砂芯及定位工裝之后將可以和蠟模及其蠟模的定位工裝的倒模即石膏型腔契合；

(3)對蠟型處理制備石膏型：將外冷鐵通過定位工裝組裝到蠟模的缸體內，然后由石膏漿液對蠟模進行包覆定位，待石膏漿液自然凝固后轉移至真空灌漿罐中，調節真空度為0.03-0.05MPa，勻速狀態下完成石膏漿液灌漿澆注作業，澆注完成后對石膏型進行增壓處理使之凝固補縮，凝固補縮后再保持加壓狀態30-60min，待焙燒；

(4)石膏型殼焙燒：將步驟(3)所得的石膏型以每小時升溫20-40℃的速率加熱升溫至180-210℃，在此溫度上保溫5-8h，然后再以每小時升溫30-50℃的速率加熱升溫至450-550℃，在此溫度上保溫4-6h，再以每小時升溫50℃的速率加熱升溫至650℃，在此溫度上保溫2-4h，然后再以每小時降溫15-20℃的速率降至200-230℃，將內冷鐵裝配到石膏型中，保溫3-5h，即可得到成品石膏型；

(5)砂芯處理：將步驟(2)打印好的砂芯進行烘烤出氣，烘烤溫度為180-200℃，烘烤時間為5-6h，要求砂芯發氣量為1g/1KG，烘烤后冷卻到室溫；

(6)工裝定位：將步驟(4)處于保溫狀態的石膏型從焙燒爐中取出，利用定位工裝，通過定位輔助線對步驟(4)制備的石膏型和步驟(5)處理得到的砂芯定位工裝位置進行修整，使其符合缸蓋設備圖紙及生產工藝要求，并對定位工裝裝配面進行清洗確保裝配面光滑；

具體為：將步驟(4)得到的石膏型型腔與步驟(5)得到的3D打印砂芯進行預處理裝配；通過3D打印缸蓋外形蠟模與砂芯上設計的0.2mm粗輔助中心線和修正定位塊，然后進行定位塊裝配面的面對面裝配，整個工藝為：砂芯(d1)通過砂芯與石膏型定位工裝(d2)與石膏型(d3)契合裝配，內冷鐵(1)貫穿在石膏型(d3)中形成內冷鐵面(d4)，整個裝配方向左右尺寸控制在0.2-0.5mm，即可完成石膏型型腔與砂芯裝配，且裝配面光滑；

(7)澆注成型：將步驟(6)所得的工裝定位作業轉移到真空澆鑄裝置的真空澆鑄腔內，然后將真空澆鑄腔內的氣壓調節至-0.02MPa以下并保持該壓力，勻速狀態下完成高溫液態鋁合金液澆注作業，澆注溫度為700-720℃，澆注時間為10-12s，澆注完成后對工裝定位作業增壓處理使之凝固補縮，凝固補縮后再保持加壓狀態30-60min，得到鑄件；

(8)鑄件清理：對步驟(7)所得的鑄件先進行去離子水浸泡6-8h，然后進行高壓水力清洗，清洗完成后，再對鋁合金鑄件進行回火處理，得到所需鋁合金缸蓋。