基于3D打印技术的水枪扳机铸造工艺改进.pdf

传 统 的 砂 型 铸 造 有 着 悠 久 的 历 史 ， 有 着 适 应 范 围广 、 可 制 造 各 种 合 金 以 及 成 本 低 廉 等 优 点 ， 是 当 代 机 械工 业 的 基 础 ， 也 是 国 民 经 济 的 重 要 基 础 。 砂 型 铸 造 工 序较 多 ， 生 产 周 期 长 ， 部 分 工 序 （ 如 挖 砂 ） 质 量 难 以 保 证 ， 在铸 造 过 程 中 容 易 出 现 缩 孔 和 气 孔 ， 而 对 于 一 些 复 杂 的 零件 ， 砂 型 铸 造 就 更 没 法 保 证 零 件 是 否 能 完 整 取 出 ， 以 及零 件 需 要 添 加 型 芯 、 滑 块 时 ， 这 些 辅 助 零 件 制 作 也 是 我们 所 要 考 虑 的 因 素 。 另 外 对 于 多 品 种 、 小 批 量 的 产 品 ， 模具 的 制 造 成 本 普 遍 较 高 ， 随 着 社 会 的 发 展 ， 定 制 化 、 个 性化 趋 于 常 态 ， 而 3 D 打 印 技 术 的 出 现 ， 恰 好 迎 合 了 目 前铸 造 行 业 的 需 求 。1 3 D 打 印 技 术 的 应 用 特 点3 D 打 印 技 术 是 一 种 精 确 、 可 靠 、 低 成 本 的 新 兴 技 术 ，材 料 来 源 广 泛 且 对 环 境 没 有 污 染 ，适 用 范 围 广 。 它 是 一 种以 数 字 模 型 文 件 为 底 层 运 算 原 理 ， 运 用 可 粘 性 材 料 ， 通 过层 层 打 印 堆 积 方 式 来 构 建 物 体 的 技 术 。 3 D 打 印 技 术 在 生活 中 的 应 用 随 处 可 见 ， 利 用 3 D 打 印 易 建 模 造 型 设 计 的 优点 ， 使 得 在 工 件 中 应 用 越 来 越 广 泛 ， 2 0 1 7 年 清 华 大 学 的 学者 就 提 出 基 于 3 D 打 印 成 形 的 智 能 铸 型 - 镂 空 灵 巧 铸 型 结构 思 想 ， 采 用 壳 型 、 空 心 夹 层 、 桁 架 支 撑 等 结 构 ， 彻 底 改 变铸 型 的 密 实 结 构 ，实 现 铸 型 智 能 化 。目 前 3 D 打 印 技 术 在 砂 型 铸 造 领 域 有 着 非 常 好 的 应用 前 景 。淤 该 技 术 的 应 用 ， 大 幅 度 改 善 了 造 型 、 制 芯 等 工 序 恶劣 的 劳 动 环 境 ；于 该 技 术 的 应 用 省 略 了 制 作 模 具 的 环 节 ， 节 约 了 生 产成 本 ，提 升 了 产 品 试 制 的 速 度 与 灵 活 性 ；盂 该 技 术 的 应 用 大 幅 提 高 了 产 品 尺 寸 精 度 ， 增 强 了 砂型 尺 寸 的 控 制 能 力 ， 将 复 杂 的 产 品 砂 型 变 简 单 ， 增 强 产 品品 质 ，提 高 了 生 产 效 率[1 ]。因 此 ， 将 3 D 打 印 技 术 和 传 统 铸 造 技 术 相 结 合 ， 进 行优 势 互 补 ， 对 铸 造 业 的 发 展 具 有 重 要 意 义 。2 水 枪 扳 机 铸 造 辅 件 设 计 流 程传 统 的 砂 型 铸 造 在 铸 造 水 枪 扳 机 （ 见 图 1 ） 等 复 杂 造型 的 工 件 时 ，往 往 因 为 工 件 的 造 型 复 杂 、 工 件 紧 凑 等 特 点 ，容 易 造 成 工 件 成 型 精 度 差 ， 重 要 面 缺 失 等 缺 陷 。 本 工 艺 改进 结 合 3 D 打 印 技 术 ， 对 水 枪 扳 机 等 造 型 困 难 、 难 以 成 型的 工 件 设 计 铸 造 辅 助 件 ， 以 便 在 铸 造 时 能 够 更 好 、 更 快 的达 到 零 件 质 量 要 求 。其 工 作 流 程 ：淤 在 电 脑 上 利 用 3 D 软 件 设 计 出 与 水 枪 扳 机 相 符 合要 要 要 要 要 要 要 要 要 要 要 要作 者 简 介 院 吕 炳 邑 （ 1 9 9 9 - ） ， 男 ， 安 徽 宿 州 人 ， 主 要 研 究 方 向 为 材料 成 型 技 术 与 3 D 打 印 技 术 的 发 展 ；骆 敏 （ 1 9 6 8 - ） ，女 ，江 苏 宜 兴 人 ，副 教 授 ，高 级 工 程 师 ，主 要 从 事 材 料 成 型工 艺 研 究 。基 于 3 D 打 印 技 术 的 水 枪 扳 机 铸 造 工 艺 改 进Im p r o v e m e n t o f C a s ti n g P r o c e s s o f W a t e r Gu n T r i g g e r B a s e d o n 3 D P r i n ti n g T e c h n o l o g y吕 炳 邑 L V B i n g - y i 曰 骆 敏 L U O M i n（ 常 州 机 电 职 业 技 术 学 院 ，常 州 2 1 3 1 6 4 ）（ C h an gzh ou V oca t i on al I n s t i t u t e of M ech a t r on i c T ech n ol ogy ， C h an gzh ou 2 1 3 1 6 4 ， C h i n a）摘 要 院 3 D 打 印 机 成 本 和 打 印 材 料 价 格 逐 渐 降 低 、模 具 打 印 填 充 率 为 2 0 % 的 设 置 下 ，相 比 制 作 木 模 等 辅 助 件 ， 3 D 打 印 的 成 本 大 大降 低 。 3 D 打 印 技 术 可 以 与 砂 型 铸 造 完 美 结 合 ，尤 其 在 中 小 批 量 及 产 品 个 性 化 方 面 具 有 独 特 的 优 势 ，且 成 本 较 低 。 本 工 艺 研 究 针 对 水 枪扳 机 铸 造 困 难 且 成 型 精 度 难 以 保 证 的 缺 点 ，运 用 3 D 打 印 技 术 成 型 快 、制 作 精 良 等 特 点 ，进 行 辅 助 件 设 计 ，大 幅 度 缩 短 铸 造 时 间 ，提 高铸 件 成 型 效 率 。A b st ra ct : W h en t h e co s t of 3 D p r i n t er an d t h e p r i ce of p r i n t i n g m at e r i al s ar e gr ad u al l y r ed u ced an d t h e f i l l i n g r a t e of m ol d p r i n t i n g i s2 0 % , t h e cos t of 3 D p r i n t i n g i s gr e at l y r ed u ced com p ar e d w i t h m a k i n g au x i l i ar y p ar t s su ch as w ood e n m ol d . 3 D p r i n t i n g t ech n ol ogy can b ep er f ect l y c om b i n ed w i t h s an d cas t i n g, esp eci a l l y i n s m al l an d m ed i u m b at ch e s an d p r od u ct p er son al i z at i on , w i t h u n i q u e ad van t age s a n d l owcos t . T h i s p r oce ss r e s ear c h ai m s at t h e s h or t co m i n g s of w at er g u n t r i gge r cas t i n g d i f f i cu l t y an d d i f f i cu l t t o gu ar an t ee t h e m ol d i n g acc u r acy . I tu s es 3 D p r i n t i n g t e ch n ol o gy t o f or m f as t an d w el l - m ad e, a n d p er f or m s au xi l i a r y p ar t s d e s i gn , w h i c h gr eat l y r e d u ces t h e ca s t i n g t i m e an di m p r ove s t h e cas t i n g m ol d i n g ef f i ci e n cy.关 键 词 院 3 D 打 印 ；铸 造 工 艺 ；木 模 ；工 艺 设 计K ey w o rd s : 3 D p r i n t i n g ； ca s t i n g p r o ces s ； w ood m ol d ； p r o ces s d es i gn中 图 分 类 号 院 T G 2 4 8 文 献 标 识 码 院 A 文 章 编 号 院 1 0 0 6 - 4 3 1 1（ 2 0 2 0 ） 1 9 - 0 1 7 7 - 0 21 ：水 枪 扳 机 2 ：辅 助 件图 1 水 枪 板 机 装 配 示 意 图· 1 7 7 ·价 值 工 程搭 配 的 辅 助 件 ，在 设 计 过 程 中 一 定 注 意 水 枪 扳 机 的 重 要 工作 面 （ 图 2 ） ， 此 外 还 要 考 虑 在 砂 型 铸 造 过 程 中 一 系 列 问 题如 取 拿 、缺 陷 等 。于 辅 助 件 设 计 完 成 后 进 行 分 层 结 构 信 息 编 程 。盂 将 已 经 设 计 好 且 分 层 设 计 完 成 的 工 件 转 化 为 打 印机 可 以 识 别 的 S T L 文 件 ， 将 其 输 入 至 3 D 打 印 机 中 。榆 前 期 的 工 作 做 完 后 打 印 机 在 特 定 的 工 作 面 进 行 层层 堆 积 形 成 辅 助 件 实 体 （ 图 3 ） 。在 实 际 铸 造 过 程 中 ， 将 设 计 辅 助 件 与 水 枪 扳 机 相 配合 铸 造 ， 不 仅 简 化 了 工 艺 大 大 缩 短 时 间 并 保 证 了 工 件 成型 精 度 。现 代 ， 主 流 的 3 D 打 印 技 术 有 熔 融 沉 积 成 型 技 术 、 光固 化 制 造 技 术 等 。 熔 融 沉 积 成 型 技 术 — — F DM 3 D 打 印机 ， 主 要 采 用 的 材 料 是 塑 料 ， 利 用 塑 料 的 熔 点 将 其 层 层 堆积 而 成 ， 打 印 机 的 价 格 相 对 便 宜 。 光 固 化 制 造 技 术 — —S L A 3 D 打 印 机 ，光 敏 树 脂 为 原 材 料 进 行 工 作 ， 价 格 相 对 与熔 融 堆 积 成 型 技 术 较 贵 一 些 ， 打 印 精 度 高[2 ]。 本 工 艺 研 究 采用 打 印 机 为 F DM 3 D 打 印 机 。3 实 施 过 程利 用 3 D 打 印 技 术 将 辅 助 件 打 印 出 ， 与 工 件 （ 水 枪 扳机 ） 进 行 配 合 ， 见 图 4 ， 铸 造 前 进 行 零 件 放 置 设 计 ， 模 拟 放置 现 场 ， 进 行 基 本 的 放 置 处 理 ， 以 防 止 出 现 铸 造 过 程 中 一系 列 缺 陷 ， 再 进 行 传 统 的 砂 型 铸 造 ， 将 水 枪 扳 机 组 件 进 行砂 型 铸 造 ， 见 图 5 ， 将 其 进 行 完 整 的 两 箱 铸 造 ， 得 到 实 物 。在 铸 造 过 程 中 的 注 意 事 项 ：淤 铸 造 工 件 倾 向 于 定 向 凝 固 ， 冷 却 速 度 改 变 了 凝 固 方式 。 适 当 调 整 其 冷 却 速 度 。于 铸 件 进 行 铸 造 过 程 中 可 能 会 出 现 铸 件 定 位 不 精确 ， 造 成 铸 造 错 位 ， 利 用 3 D 打 印 技 术 可 以 对 零 件 的 设 计进 行 验 证 ， 通 过 建 模 来 模 拟 实 际 应 用 过 程 中 的 场 景 。盂 铸 造 工 件 尺 寸 与 原 型 不 符 ，在 进 行 设 计 时 候 适 当 调整 ， 遵 循 热 胀 冷 缩 。4 工 艺 对 比 论 证从 铸 件 表 面 以 及 流 程 中 可 以 得 到 结 论 ， 使 用 3 D 打 印模 型 与 传 统 砂 型 铸 造 相 结 合 不 仅 保 证 了 表 面 粗 糙 度 质 量 ，大 幅 度 节 省 了 铸 造 时 间 （ 相 比 于 传 统 的 木 模 辅 助 件 时 间 节约 近 3 2 % ） ， 相 对 的 提 高 了 工 件 外 观 品 质 ，通 过 对 铸 件 进 行检 查 ， 无 论 是 强 度 、 硬 度 还 是 工 件 的 壁 厚 均 是 满 足 于 图 纸要 求 ， 通 过 对 铸 件 的 组 织 成 分 还 是 金 相 组 织 的 检 测 ， 均 符合 技 术 要 求 。5 结 论综 上 所 述 ， 通 过 对 铸 件 水 枪 扳 机 的 辅 助 件 设 计 配 合 ，不 仅 提 高 了 铸 件 的 成 型 精 度 并 且 大 幅 度 的 减 少 了 水 枪 扳机 铸 造 时 间 ，同 时 ， 通 过 对 工 艺 技 术 的 改 进 ， 能 有 效 避 免 铸件 过 程 中 气 泡 及 疏 松 问 题 。 通 过 砂 型 铸 造 技 术 与 新 兴 3 D打 印 技 术 的 结 合 ， 不 仅 可 以 节 省 时 间 ， 更 是 在 表 面 质 量 上达 到 了 一 个 新 的 起 点 ， 利 用 3 D 打 印 技 术 成 型 快 、 制 作 精良 的 优 势 ， 不 仅 在 砂 型 铸 造 中 可 应 用 ， 未 来 会 更 进 一 步 进步 ， 应 用 于 更 多 技 术 之 中 。参 考 文 献 院[ 1 ]马 涛 ， 李 哲 ， 程 勤 ， 马 浩 楠 ， 陈 玉 丹 . 3 D 打 印 技 术 在 砂 型铸 造 领 域 的 应 用 前 景 浅 析 [J ] .现 代 铸 铁 ， 2 0 1 9 ， 3 9（ 0 2） ： 3 8 - 4 0 ， 5 0 -5 1 .[ 2 ]段 望 春 ， 高 佳 佳 ， 董 兵 斌 ， 李 研 ， 刘 少 伟 ，楚 珑 晟 . 3 D 打 印 技术 在 金 属 铸 造 领 域 的 研 究 现 状 与 展 望 [ J ] .铸 造 技 术 ， 2 0 1 8 ， 3 9（ 1 2 ） ：2 8 9 5 - 2 9 0 0 .[ 3 ]黄 宏 俊 . 3 D 打 印 技 术 在 铸 造 实 训 教 学 中 的 应 用 [ J] .内 燃 机与 配 件 ， 2 0 1 9（ 2 0 ） ： 2 5 3 - 2 5 5 .图 2图 3 辅 助 件图 5 模 拟 砂 箱图 4 工 件 合 模 图· 1 7 8 ·