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砂型增材制造中铺砂过程建模研究

杨伟东 钱致翰 线洪萱 王媛媛

杨伟东, 钱致翰, 线洪萱, 王媛媛. 砂型增材制造中铺砂过程建模研究[J]. 制造技术与机床, 2023, (6): 5-10. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.06.001
引用本文: 杨伟东, 钱致翰, 线洪萱, 王媛媛. 砂型增材制造中铺砂过程建模研究[J]. 制造技术与机床, 2023, (6): 5-10. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.06.001
YANG Weidong, QIAN Zhihan, XIAN Hongxuan, WANG Yuanyuan. Research on roller size modeling of sand bed laying in 3DP process[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2023, (6): 5-10. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.06.001
Citation: YANG Weidong, QIAN Zhihan, XIAN Hongxuan, WANG Yuanyuan. Research on roller size modeling of sand bed laying in 3DP process[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2023, (6): 5-10. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.06.001

砂型增材制造中铺砂过程建模研究

doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.06.001
基金项目: 国家自然科学基金(52175313);河北省科技重大专项(21284901Z)
详细信息
    作者简介:

    杨伟东,男,1972年生,教授,主要研究方向为增材制造。E-mail:yangweidong@hebut.edu.cn

    通讯作者:

    王媛媛,女,1986年生,助理研究员,主要研究方向为增材制造。E-mail:2012047@hebut.edu.cn

  • 中图分类号: TG24

Research on roller size modeling of sand bed laying in 3DP process

  • 摘要: 为探究影响粉末粘结类3D打印工艺成型质量的因素,文章在砂型打印的砂床铺设阶段,基于固体力学进行辊子半径和铺砂质量之间的规律进行分析,得到铺砂质量随辊子半径的变化趋势,给出了砂床规模给定的情况下辊子半径大小的取值范围。采用离散元仿真软件建立了铺砂阶段的数值仿真模型,完成了不同尺寸辊子铺砂后砂床质量评价,通过仿真给出了铺设较高质量砂床的辊子半径取值范围,其结果与理论计算一致性较高,证实了理论分析的有效性。

     

  • 图  1  铺砂设备示意图

    图  2  砂粒受力分析示意图

    图  3  辊子对砂粒合力方向示意图

    图  4  砂堆位置角定义

    图  5  不同位置角砂粒受力分析示意图

    图  6  辊子前砂堆大小示意图

    图  7  砂粒受力示意图

    图  8  砂层划分示意图

    图  9  各区域砂粒总质量示意图

    图  10  辊子半径与致密度关系曲线

    表  1  材料间相互作用参数

    材料平均粒径/µm密度/(kg/m3)恢复系数钢-砂粒静摩擦系数砂粒-砂粒静摩擦系数
    砂粒1752 6500.50.30.4
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    表  2  铺砂过程的工艺参数

    参数数值
    辊子平移速度$ {v} $/(m/s)0.1
    辊子半径$ {{R}}_{{\rm{{r}{o}{l}{l}}}} $/mm5
    辊子旋转速度$ {\omega } $/(rad/s)40
    层厚$ h $/mm0.3
    供料箱长度$ {{l}}_{1} $/mm20
    供料箱的宽度$ W $/mm20
    高出供料箱砂层的厚度$ {{h}}_{1} $/mm1
    成型箱长度$ {{l}}_{2} $/mm30
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    表  3  辊子半径与自转速度设置

    组号辊子半径$ {{R}}_{\mathrm{r}\mathrm{o}\mathrm{l}\mathrm{l}} $/mm自转速度$ \mathrm{\omega } $/(rad/s)
    12.5080.00
    24.0050.00
    35.0040.00.
    46.2532.00
    57.0028.50
    612.5016.00
    725.008.00
    840.005.00
    950.004.00
    1062.503.20
    1170.002.85
    1280.002.50
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    表  4  不同辊子半径仿真数据

    辊子半径
    $ {{R}}_{\mathrm{r}\mathrm{o}\mathrm{l}\mathrm{l}} $/mm
    表层致密度/
    (g/cm3)
    中间层致密度/
    (g/cm3)
    平均致密度/
    (g/cm3)
    2.500.864 12.090 01.477 1
    4.000.875 02.087 91.481 5
    5.000.944 22.065 51.504 9
    6.251.008 12.094 81.551 5
    7.001.025 02.091 41.558 2
    12.501.107 02.101 71.604 4
    25.001.174 42.140 41.657 4
    40.001.267 62.169 41.718 5
    50.001.291 42.162 51.727 0
    62.501.362 52.174 81.768 7
    70.001.364 92.124 01.744 5
    80.001.365 42.177 01.771 2
    下载: 导出CSV
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  • 收稿日期:  2022-02-03
  • 录用日期:  2023-04-07

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