[发明专利]一种基于增材制造技术的直齿面齿轮快速精铸工艺

权利要求书

1.一种基于增材制造技术的直齿面齿轮快速精铸工艺，其特征在于，包括如下操作步骤：

S1：构建直齿面齿轮的三维模型；

S2：构建直齿面齿轮母模的三维模型；

S3：制造直齿面齿轮的母模实体；

S4：制直齿面齿轮制件。

2.根据权利要求1所述的基于增材制造技术的直齿面齿轮快速精铸工艺，其特征在于，步骤S1中：基于直齿面齿轮齿面参数化建模坐标点计算系统构建直齿面齿轮的三维模型。

3.根据权利要求1所述的基于增材制造技术的直齿面齿轮快速精铸工艺，其特征在于，步骤S2中：基于“带有活动成型零部件的注射模具设计方法”构建直齿面齿轮母模的三维模型。

4.根据权利要求1所述的基于增材制造技术的直齿面齿轮快速精铸工艺，其特征在于，步骤S3中：利用FDM快速成型技术增材制造直齿面齿轮的母模实体。

5.根据权利要求所述的基于增材制造技术的直齿面齿轮快速精铸工艺，其特征在于，步骤S4中：利用熔模精铸工艺铸造批量钢制直齿面齿轮制件。

6.根据权利要求2所述的基于增材制造技术的直齿面齿轮快速精铸工艺，其特征在于，步骤S1的具体操作为：

S11：在Mtalab软件中调取并运行已编制好的直齿面齿轮齿面参数化建模坐标点计算系统，根据所输入的直齿面齿轮设计参数系统会自动计算出该设计参数下的直齿面齿轮内外径大小及相应的齿面建模点的三维坐标值；

S12：根据上述直齿面齿轮齿面参数化建模坐标点计算系统计算出的齿面各建模点坐标，在UG环境下利用4阶3次的工程样条曲线构建相应的轮齿模型，结合直齿面齿轮齿面参数化建模坐标点计算系统计算出的直齿面齿轮的内径和外径大小构建出直齿面齿轮的圆柱形底座。

7.根据权利要求3所述的基于增材制造技术的直齿面齿轮快速精铸工艺，其特征在于，步骤S2的具体操作为：

S21：结合熔模铸造过程中浇注直齿面齿轮蜡模与金属制件时的收缩特点及相应收缩率在UG环境下对直齿面齿轮的三维模型进行放大处理；

S22:在UG环境下选取直齿面齿轮圆柱底座的底面作为基准面，将放大后的直齿面齿轮外径圆沿齿顶方向进行拉伸并通过“布尔实体求差运算”得到型芯的三维模型，其次在该型芯上构建相应的型芯圆柱形底座及型芯的中心定位孔；

S23:在UG环境下根据型芯模型的结构与尺寸，选取型芯圆柱底座的圆形上表面作为基准面，结合各注蜡机型号与模具尺寸的对应关系建立相应的底模三维模型；

S24：在UG环境下选取直齿面齿轮圆柱形底座的下表面作为基准面，结合型芯模型与底模模型的结构尺寸构建相配合的顶模三维模型，同时根据型芯的中心定位孔的结构尺寸构建出相配合的贯穿于型芯、顶模、底模的中心定位轴；

S25：在UG环境下设计直齿面齿轮母模的浇注道、冒口、排气道等浇注系统以及相应的定位卡块/定位卡槽、起模槽等辅助配件。

8.根据权利要求4所述的基于增材制造技术的直齿面齿轮快速精铸工艺，其特征在于，步骤S3的具体操作为：

S31:首先对直齿面齿轮母模的三维型进行FDM快速成型，根据成型件各部位的尺寸测量结果计算出母模制件各部位的收缩率，再在UG环境下结合制件各部位的收缩率对直齿面齿轮母模的三维模型进行放大处理；其次，采用控制变量法研究直齿面齿轮母模三维模型的不同抽壳厚度对母模制件性能的影响并根据实验结果选取最佳的母模模型抽壳厚度；最后利用“UG环境下三维模型转换STL格式的最佳参数设置方法”将直齿面齿轮母模的三维模型转换成FDM快速成型机所能识别的STL格式；

S32:在FDM快速成型机中的Cura操作软件的“基础参数”、“高级参数”选项中对分层厚度、成型方向、挤出速度、填充速度、喷头温度、环境温度进行设置，并利用Cura操作软件对母模的各模型进行分层切片处理同时生成控制快速成型机的各G代码；

S33:根据上述Cura操作软件生成的快速成型直齿面齿轮母模各制件的相应G代码，依次对中心定位轴、型芯、底模、顶模进行“增材制造”，同时根据FDM快速成型工艺中由喷头挤出的丝材宽度所引起的制件实际尺寸比理论尺寸多一个挤出丝宽度问题对成型后母模的各制件进行相应的打磨、抛光后处理。

9.根据权利要求5所述的基于增材制造技术的直齿面齿轮快速精铸工艺，其特征在于，步骤S4的具体操作为：

S41：将脱蜡釜中泄出的一部分旧蜡块经处理后放入刨蜡机中打碎，将另一部分经过处理的旧蜡块放入化蜡桶中化蜡，再将打碎好的蜡块及化蜡水一起加入到静置桶中除水搅拌至细稠的膏状后将蜡膏注入到注蜡机中；

S42：将直齿面齿轮的母模模具及熔模铸造中浇注系统的模具依次放在注蜡机的工作台面上进行装配定位，通过注蜡机压制出直齿面齿轮及熔模铸造浇注系统的蜡模；

S43：对上述压制好的蜡模进行尺寸检查并对尺寸合格的蜡模所存在的飞边、凹痕、气泡、流痕等问题进行修复；

S44：用加热的烙铁将直齿面齿轮蜡模与熔模铸造浇注系统的蜡模焊接在一起并依次采用蚀刻液、清洗液及漂洗液进行清洗；

S45：首先采用“硅溶胶+锆英粉”的方式按一定比例配制表面涂层的壳料，再采用“硅溶胶+上店粉”的方式按不同比例分别配制过渡层和背层的壳料；

S46：将上述清洗完的模组静置干燥后先缓慢浸入到表面层沾浆桶中包裹出第一层涂料，再将其放入淋砂机中进行翻转使其表面均匀包裹上80～100目的锆英砂并静置干燥，将干燥后的模组放入硅溶胶池中进行清洗；其次将清洗完成后的模组以稍快的速度浸入到过渡层沾浆桶中包裹出第二层涂料，再将其放入浮砂桶中进行敷砂使其表面均匀包裹上30～60目的上店砂并静置干燥；将干燥后的模组放入背层沾浆桶中先包裹出第一层背层，再将其放入浮砂桶中进行敷砂使其表面均匀包裹上16～30目的上店砂并静置干燥，最后再按包裹背层的步骤继续包裹3层即可；

S47：将上述已达到规定干燥时间的模组放入蒸汽脱蜡釜中进行脱蜡，脱蜡完成后取出模组型壳并对模组型壳进行检查，再将检查合格的型壳放入焙烧炉中焙烧至白色或蔷薇色；

S48：对焙烧好的模组浇注钢液并在浇注完成后立即向浇注口中添加冒口保温剂并静置2～3h；

S49：将冷却后的模组先用振动脱壳机进行脱壳处理，再采用砂片切割机将直齿面齿轮钢制件与浇注系统进行分离，最后通过喷丸机对直齿面齿轮的钢制件进行喷丸处理，从而得到直齿面齿轮的批量钢制件。