【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及铸造，尤其涉及一种3d打印砂型打印参数确定方法。
技术介绍
1、3d打印(又称增材制造)是一项新兴的变革性的制造技术，其是一种以三维模型数据为基础，将材料逐层累加来制作物体的工艺。3d打印无需模具、可快速成形、可制造复杂的几何构型，具有材料制备过程与零件成形过程一体化的特征，近年来，3d打印砂型在铸造生产中的应用越来越广泛。
2、然而，与传统砂型成型方法不同，3d打印砂型是通过层层堆积形成的，导致砂型强度存在各向异性，即相同参数打印出来的砂型，不同方向强度有差异。而传统造型方法采用整体固化成型的方法，因而不同方向的强度是一致的。
3、由上述可知，3d打印得到的砂型强度具有各向异性的特点，而现有的砂型强度的验收工艺与评估方法并没有考虑砂型强度在不同打印方向存在差异，对3d打印砂型的强度进行评估时准确率较低，无法对3d打印的最佳工艺参数的选取起指导作用，也无法快速、准确地确定合适的打印参数以实现砂型强度的各向同性；在实际应用时，砂型各方向强度的不均匀与不可控性将直接导致质量的不稳定性，容易发生内部缺陷和断裂等问题。
技术实现思路
1、鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种3d打印砂型打印参数确定方法，用以解决现有技术无法对3d打印出来的砂型强度进行准确评估和验收，以及对最佳的打印参数快速获取难的技术问题。
2、本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：
3、本专利技术提供了一种3d打印砂型打印参数确定方法，包括以下步骤：
4、步骤s1、检测样品制备：打印砂型样品，同时打印两块八字试块，即，试块1和试块2；
5、步骤s2、根据试块1与试块2的抗拉强度比值确定砂型各向异性；
6、步骤s3、建立砂型强度与打印参数关系数学模型；
7、步骤s4、基于单因素控制变量法，通过实验得到不同打印参数下砂型强度的数据，通过线性拟合确定步骤s3中数学模型的回归参数值，获得砂型不同方向强度与打印参数的线性回归方程；
8、步骤s5、基于步骤s4确定的线性回归方程，确定最佳的打印参数，实现砂型不同方向强度比值接近1：1；
9、步骤s6、依据步骤s5确定的最佳打印参数，检验线性回归方程的可靠性。
10、进一步地，步骤s1中，砂型样品为柱体，喷头行走喷射粘结剂方向定义为x向，与喷头水平垂直方向定义为y向，逐层铺粉叠加方向定义为z向；选择x方向代表径向强度，z方向代表轴向强度。
11、进一步地，步骤s1中，试块1位于砂型顶部过中心处，试块1平面与轴向平行；试块2位于砂型高度方向中间，试块2平面与砂型径向平行；试块1的抗拉强度即z向抗拉强度用符号σ1表示，试块2的抗拉强度即x向抗拉强度用符号σ2表示。
12、进一步地，步骤s1中，设定铺层厚度为δ0mm，喷液体积为v0 pl，步骤s2中，根据试块1与试块2的抗拉强度的比值，通过数据拟合建立x向和z向的强度关系，得式(1)：
13、σ1＝k0σ2 (1)
14、其中，k0为同一砂型样品的z向抗拉强度σ1与x向抗拉强度σ2比值。
15、进一步地，步骤s3中，打印参数包括喷液体积和铺层厚度，将砂型抗拉强度作为因变量，将喷液体积、铺层厚度作为自变量，建立数学模型，得式(2)：
16、σ∝αυaδb (2)
17、式(2)中，σ为z向抗拉强度或x向抗拉强度，υ为喷液体积，δ为铺层厚度，α为修正系数，a为与喷液体积相关的指数，b为与铺层厚度相关的指数。
18、进一步地，步骤s4包括如下步骤：
19、步骤s41：建立喷液体积v与x向抗拉强度σ2之间的关系，得式(3)：
20、σ2＝σv+kv(υ-v0) (3)
21、式(3)中，σv为喷液体积为v0 pl时试块2的抗拉强度，kv为最大喷液体积与最小喷液体积时抗拉强度差与喷液体积差之间比值，υ为喷液体积。
22、步骤s42：建立铺层厚度δ与z向抗拉强度σ1之间的关系，得式(4)：
23、σ1＝σhv-kh(δ-δ0) (4)
24、式(4)中，σhv为铺层厚度为δ0mm时试块1的抗拉强度，kh为最大铺层厚度与最小铺层厚度时抗拉强度差与铺层厚度差之间比值，δ为铺层厚度。
25、进一步地，在步骤s41中，将喷液体积υ的l个水平与相应的x向抗拉强度σ2的实验数据导入数据模拟软件中，进行线性拟合，确定式(3)的斜率kv。
26、进一步地，在步骤s42中，将铺层厚度δ的l个水平与相应的z向抗拉强度σ1的实验数据导入数据模拟软件中，进行线性拟合，确定式(4)的斜率kh。
27、进一步地，在步骤s5中，通过喷液体积、铺层厚度参数调整，确定最佳工艺参数，最佳工艺参数满足：
28、σ2＝σv+kv(υ-v0)＝σ1＝σhv-kh(δ-δ0)。
29、进一步地，在步骤s6中，采用步骤s5确定的最佳工艺参数进行砂型打印，同时沿着x向、y向和z向分别布置3个八字试块，根据3个试块的抗拉强度比值，检验步骤s4的线性回归方程的可靠性。
30、与现有技术相比，本专利技术至少可实现如下有益效果之一：
31、(1)本专利技术的八字试块可以作为形状复杂、尺寸及位置精度要求高、零件表面质量要求高的砂型件各方向力学性能的代表，利用八字试块能够为3d打印过程中各方向力学性能提供精确的参数，有利于快速、准确地确定砂型力学性能的各向异性情况。
32、(2)本专利技术在检测3d打印砂型强度时综合考虑砂型试块的打印方向，克服了传统的强度验收方法未考虑由于打印方向不同造成测量结果的失真和铸造缺陷等问题，本专利技术提供的砂型强度确定结果更加客观、科学。
33、(3)本专利技术依据不同打印方向的试块强度比值，采用数学拟合的方法，找到了不同方向强度大小的规律，使得打印参数调整和确定具有明确的方向性。
34、(4)本专利技术通过构建数学模型，揭示了喷液体积、铺层厚度两项工艺参数对砂型不同方向抗拉强度的影响，并通过八字试块的拉伸试验，在试验次数较少的情况下，利用常规的数据模拟软件就可以得到所构建的数学模型的线性回归方程；进一步地，通过校验，判断出数据模拟得到的线性回归方程具有较高的拟合度和可靠性，由此说明，本专利技术建立的3d打印参数的确定方法，能高效的确定3d打印过程的优选工艺参数，解决了现有技术中无法快速、准确地确定打印参数实现砂型强度各向同性的问题，有助于提升3d打印砂型强度等性能的可控性，实现砂型的整体强度的均匀性和质量稳定性，减少砂型断裂等问题发生。
35、(5)本专利技术中的3d打印砂型参数确定方法能够方便、快速、可靠的得到最佳的工艺参数，采用本专利技术中参数确定方法得到的最佳工艺参数进行3d打印实验，能够得到力学性能各向一致性好的砂型件。
36、(6)本专利技术对于3d打印本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种3D打印砂型打印参数确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的3D打印砂型打印参数确定方法，其特征在于，步骤S1中，所述砂型样品为柱体，喷头行走喷射粘结剂方向定义为X向，与喷头水平垂直方向定义为Y向，逐层铺粉叠加方向定义为Z向；选择X方向代表径向强度，Z方向代表轴向强度。
3.根据权利要求2所述的3D打印砂型打印参数确定方法，其特征在于，步骤S1中，所述试块1位于砂型顶部过中心处，试块1平面与轴向平行；所述试块2位于砂型高度方向中间，试块2平面与砂型径向平行；试块1的抗拉强度即Z向抗拉强度用符号σ1表示，试块2的抗拉强度即X向抗拉强度用符号σ2表示。
4.根据权利要求3所述的3D打印砂型打印参数确定方法，其特征在于，步骤S1中，设定铺层厚度为δ0mm，喷液体积为V0pL，步骤S2中，根据试块1与试块2的抗拉强度的比值，通过数据拟合建立X向和Z向的强度关系，得式(1)：
5.根据权利要求4所述的3D打印砂型打印参数确定方法，其特征在于，步骤S3中，所述打印参数包括喷液体积和铺层厚度，将砂型抗拉强度作为因变量
6.根据权利要求5所述的3D打印砂型打印参数确定方法，其特征在于，所述步骤S4包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的3D打印砂型打印参数确定方法，其特征在于，在步骤S41中，将喷液体积υ的L个水平与相应的X向抗拉强度σ2的实验数据导入数据模拟软件中，进行线性拟合，确定式(3)的斜率kv。
8.根据权利要求7所述的3D打印砂型打印参数确定方法，其特征在于，在步骤S42中，将铺层厚度δ的L个水平与相应的Z向抗拉强度σ1的实验数据导入数据模拟软件中，进行线性拟合，确定式(4)的斜率kh。
9.根据权利要求8所述的3D打印砂型打印参数确定方法，其特征在于，在步骤S5中，通过喷液体积、铺层厚度参数调整，确定最佳工艺参数，最佳工艺参数满足：
10.根据权利要求9所述的3D打印砂型打印参数确定方法，其特征在于，在步骤S6中，采用步骤S5确定的最佳工艺参数进行砂型打印，同时沿着X向、Y向和Z向分别布置3个八字试块，根据3个试块的抗拉强度比值，检验步骤S4的线性回归方程的可靠性。
...【技术特征摘要】
1.一种3d打印砂型打印参数确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的3d打印砂型打印参数确定方法，其特征在于，步骤s1中，所述砂型样品为柱体，喷头行走喷射粘结剂方向定义为x向，与喷头水平垂直方向定义为y向，逐层铺粉叠加方向定义为z向；选择x方向代表径向强度，z方向代表轴向强度。
3.根据权利要求2所述的3d打印砂型打印参数确定方法，其特征在于，步骤s1中，所述试块1位于砂型顶部过中心处，试块1平面与轴向平行；所述试块2位于砂型高度方向中间，试块2平面与砂型径向平行；试块1的抗拉强度即z向抗拉强度用符号σ1表示，试块2的抗拉强度即x向抗拉强度用符号σ2表示。
4.根据权利要求3所述的3d打印砂型打印参数确定方法，其特征在于，步骤s1中，设定铺层厚度为δ0mm，喷液体积为v0pl，步骤s2中，根据试块1与试块2的抗拉强度的比值，通过数据拟合建立x向和z向的强度关系，得式(1)：
5.根据权利要求4所述的3d打印砂型打印参数确定方法，其特征在于，步骤s3中，所述打印参数包括喷液体积和铺层厚度，将砂型抗拉强度作为因变量，...
【专利技术属性】
技术研发人员：周耀忠，冯广召，程运超，郝钞，柳森，
申请(专利权)人：北京星航机电装备有限公司，
类型：发明
国别省市：
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