《工程科学学报》：型砂材质与挤压成形工艺对砂型表面性能的影响

工程科学学报 Chinese Journal of Engineering 型砂材质与挤压成形工艺对砂型表面性能的影响 郭莉军单忠德刘丽敏姜二彪 Effect of sand-mold material and extrusion forming process on sand-mold surface properties GUO Li-jun.SHAN Zhong-de,LIU Li-min,JIANG Er-biao 引用本文： 郭莉军，单忠德，刘丽敏，姜二彪.型砂材质与挤压成形工艺对砂型表面性能的影响)工程科学学报，2021,43(2)：273-278. doi10.13374j.issn2095-9389.2020.01.15.002 GUO Li-jun,SHAN Zhong-de,LIU Li-min,JIANG Er-biao.Effect of sand-mold material and extrusion forming process on sand- mold surface properties [J].Chinese Journal of Engineering,2021,43(2):273-278.doi:10.13374/j.issn2095-9389.2020.01.15.002 在线阅读View online::htps:/ldoi.org10.13374.issn2095-9389.2020.01.15.002 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in 温度对40C钢温挤压成形的摩擦-磨损性能影响 Effects of temperature on the friction-wear properties of 40Cr steel by warm extrusion 工程科学学报.2017,392：259 https::/1doi.org10.13374.issn2095-9389.2017.02.014 核电主管道非对称双管嘴同时挤压成形工艺 Simultaneous extrusion process of primary pipe with two asymmetrical branches 工程科学学报.2019.41(1)：124htps:/doi.org10.13374.issn2095-9389.2019.01.014 成型工艺对树脂基摩擦材料及其摩擦学性能的影响 Effect of molding process on tribological characteristics of friction materials based on resin 工程科学学报.2017,398：1182htps:1doi.org10.13374.issn2095-9389.2017.08.007 浸入式水口对结晶器钢水流动与液面波动的影响 Effect of SEN on fluid flow and surface fluctuation in a continuous casting slab mold 工程科学学报.2018,40(6：697 https:oi.org10.13374j.issn2095-9389.2018.06.007 银包铝棒材立式连铸复合成形制备工艺 Preparation process of silver clad aluminum bars by vertical continuous casting composite forming 工程科学学报.2019.41（⑤）：633 https:/doi.org10.13374.issn2095-9389.2019.05.010 一种板材小圆角胀压复合成形工艺解析 Analysis of a bulging-pressing compound-forming process for the sheet metal part with a small round corner feature 工程科学学报.2017,39(7)：1077 https:/doi.org/10.13374.issn2095-9389.2017.07.014

型砂材质与挤压成形工艺对砂型表面性能的影响 郭莉军 单忠德 刘丽敏 姜二彪 Effect of sand-mold material and extrusion forming process on sand-mold surface properties GUO Li-jun, SHAN Zhong-de, LIU Li-min, JIANG Er-biao 引用本文: 郭莉军, 单忠德, 刘丽敏, 姜二彪. 型砂材质与挤压成形工艺对砂型表面性能的影响[J]. 工程科学学报, 2021, 43(2): 273-278. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.01.15.002 GUO Li-jun, SHAN Zhong-de, LIU Li-min, JIANG Er-biao. Effect of sand-mold material and extrusion forming process on sand￾mold surface properties [J]. Chinese Journal of Engineering, 2021, 43(2): 273-278. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.01.15.002 在线阅读 View online: https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.01.15.002 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in 温度对40Cr钢温挤压成形的摩擦-磨损性能影响 Effects of temperature on the friction-wear properties of 40Cr steel by warm extrusion 工程科学学报. 2017, 39(2): 259 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2017.02.014 核电主管道非对称双管嘴同时挤压成形工艺 Simultaneous extrusion process of primary pipe with two asymmetrical branches 工程科学学报. 2019, 41(1): 124 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.01.014 成型工艺对树脂基摩擦材料及其摩擦学性能的影响 Effect of molding process on tribological characteristics of friction materials based on resin 工程科学学报. 2017, 39(8): 1182 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2017.08.007 浸入式水口对结晶器钢水流动与液面波动的影响 Effect of SEN on fluid flow and surface fluctuation in a continuous casting slab mold 工程科学学报. 2018, 40(6): 697 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2018.06.007 银包铝棒材立式连铸复合成形制备工艺 Preparation process of silver clad aluminum bars by vertical continuous casting composite forming 工程科学学报. 2019, 41(5): 633 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.05.010 一种板材小圆角胀压复合成形工艺解析 Analysis of a bulging-pressing compound-forming process for the sheet metal part with a small round corner feature 工程科学学报. 2017, 39(7): 1077 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2017.07.014

工程科学学报.第43卷，第2期：273-278.2021年2月 Chinese Journal of Engineering,Vol.43,No.2:273-278,February 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.01.15.002;http://cje.ustb.edu.cn 型砂材质与挤压成形工艺对砂型表面性能的影响 郭莉军，单忠德区，刘丽敏，姜二彪 机械科学研究总院先进成形技术与装备国家重点实验室，北京100044 ☒通信作者，E-mail:shanzd@cam.com.cn 摘要以数字化柔性挤压成形砂块为研究对象，通过设计单因素试验进行了砂型种类、粘结剂质量分数及挤压压力对型腔 表面质量影响规律的研究，进而得出高精度树脂砂型挤压成形的最优参数组合.结果显示：无模砂型外部与砂型内部的表面 性能存在差异.不同砂型种类的砂型型腔表面性能不同，沙粒的角形系数对砂型型腔表面性能有较大影响.随着砂型挤压力 的提高，砂粒之间的距离减小，砂粒并联接触方式增多，砂型在经过切削时，砂型表面产生裂纹的数量及延伸深度大幅减小， 砂型型腔表面性能不断提高.随着树脂质量分数的增大，砂粒的包覆厚度增大，从而砂粒的粘结桥增多，砂型强度增加，砂型 切削时产生的裂纹数量减小，砂型型腔表面性能不断提高.本文为真实获得砂型表面质量提供了方法，有助于无模铸造精密 成形技术的推广 关键词数字化柔性成形：无模成形：铣削工艺：树脂砂：砂型表面性能 分类号TG242.5 Effect of sand-mold material and extrusion forming process on sand-mold surface properties GUO Li-jun,SHAN Zhong-de,LIU Li-min.JIANG Er-biao State Key Laboratory of Advanced Forming Technology and Equipment,China Academy of Machinery Science and Technology,Beijing 100044.China Corresponding author,E-mail:shanzd @cam.com.cn ABSTRACT Considering the digital flexible extrusion sand mold as the research object,the surface quality of sand mold was studied by designing a single-factor experiment,and then the optimal parameter for the high-precision flexible forming of sand mold was obtained.The results show that there are differences in surface properties between the outside and inside of the sand mold,and the different types of sand mold had different surface properties.The angle coefficient of sand has a great influence on the sand mold surface properties.With the increase in the extrusion force,the distance between sand grains decreases and the parallel connection mode of sand grains increases.When the sand mold was cut,the number and extension depth of cracks of the sand mold were greatly reduced,thus,the sand mold surface properties increased.With the increase in the resin content,the coating thickness of sand grains increases,the bonding bridge of sand grains increases,the sand mold strength increases,the number of cracks of sand mold decreases,and the surface properties of sand mold increase.In this paper,a new method to obtain the surface quality of sand mold is provided,which can help popularize the precision forming technology of pattern-less casting.The method of sand-mold near-net forming with digital flexible extrusion makes the extrusion unit array pack form the sand-mold cavity.Moreover,in the digital precision forming technology without pattern casting,by filling the mold with molding sand,holding pressure,and hardening,the sand-mold near-net forming is obtained as a preform.This technology saves a lot of molding sand and reduces the amount of cut molding sand in the process of the digital precision forming technology without pattern casting.As the preliminary process of the sand-mold digital precision forming without pattern 收稿日期：202001-15 基金项目：国家杰出青年科学基金资助项目(51525503)：机械科学研究总院技术发展基金资助项目(311908Q9)

型砂材质与挤压成形工艺对砂型表面性能的影响 郭莉军，单忠德苣，刘丽敏，姜二彪 机械科学研究总院先进成形技术与装备国家重点实验室，北京 100044 苣通信作者，E-mail：shanzd@cam.com.cn 摘    要    以数字化柔性挤压成形砂块为研究对象，通过设计单因素试验进行了砂型种类、粘结剂质量分数及挤压压力对型腔 表面质量影响规律的研究，进而得出高精度树脂砂型挤压成形的最优参数组合. 结果显示：无模砂型外部与砂型内部的表面 性能存在差异. 不同砂型种类的砂型型腔表面性能不同，沙粒的角形系数对砂型型腔表面性能有较大影响. 随着砂型挤压力 的提高，砂粒之间的距离减小，砂粒并联接触方式增多，砂型在经过切削时，砂型表面产生裂纹的数量及延伸深度大幅减小， 砂型型腔表面性能不断提高. 随着树脂质量分数的增大，砂粒的包覆厚度增大，从而砂粒的粘结桥增多，砂型强度增加，砂型 切削时产生的裂纹数量减小，砂型型腔表面性能不断提高. 本文为真实获得砂型表面质量提供了方法，有助于无模铸造精密 成形技术的推广. 关键词    数字化柔性成形；无模成形；铣削工艺；树脂砂；砂型表面性能 分类号    TG242.5 Effect of sand-mold material and extrusion forming process on sand-mold surface properties GUO Li-jun，SHAN Zhong-de苣 ，LIU Li-min，JIANG Er-biao State Key Laboratory of Advanced Forming Technology and Equipment, China Academy of Machinery Science and Technology, Beijing 100044, China 苣 Corresponding author, E-mail: shanzd@cam.com.cn ABSTRACT    Considering the digital flexible extrusion sand mold as the research object, the surface quality of sand mold was studied by designing a single-factor experiment, and then the optimal parameter for the high-precision flexible forming of sand mold was obtained. The results show that there are differences in surface properties between the outside and inside of the sand mold, and the different types of sand mold had different surface properties. The angle coefficient of sand has a great influence on the sand mold surface properties. With the increase in the extrusion force, the distance between sand grains decreases and the parallel connection mode of sand grains increases. When the sand mold was cut, the number and extension depth of cracks of the sand mold were greatly reduced; thus, the sand mold surface properties increased. With the increase in the resin content, the coating thickness of sand grains increases, the bonding bridge of sand grains increases, the sand mold strength increases, the number of cracks of sand mold decreases, and the surface properties of sand mold increase. In this paper, a new method to obtain the surface quality of sand mold is provided, which can help popularize the precision forming technology of pattern-less casting. The method of sand-mold near-net forming with digital flexible extrusion makes the extrusion unit array pack form the sand-mold cavity. Moreover, in the digital precision forming technology without pattern casting, by filling the mold with molding sand, holding pressure, and hardening, the sand-mold near-net forming is obtained as a preform. This technology saves a lot of molding sand and reduces the amount of cut molding sand in the process of the digital precision forming technology without pattern casting. As the preliminary process of the sand-mold digital precision forming without pattern 收稿日期: 2020−01−15 基金项目: 国家杰出青年科学基金资助项目（51525503）；机械科学研究总院技术发展基金资助项目（311908Q9） 工程科学学报，第 43 卷，第 2 期：273−278，2021 年 2 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 43, No. 2: 273−278, February 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.01.15.002; http://cje.ustb.edu.cn

274 工程科学学报，第43卷，第2期 casting,the technology of sand-mold near-net forming with digital flexible extrusion effectively shortens the development cycle of castings.The basic research on sand mold efficiently achieves high-quality and near-net forming of sand molds with digital flexible extrusion.The research improves the digital level,eco-friendliness,and efficiency level of pattern-less casting technology. KEY WORDS digital flexible forming;pattern-less casting;milling process;resin sand;sand surface properties 基于去除加工原理的砂型无模铸造精密成形 圆柱形砂型试样夹在旋转试验仪上旋转，用钢丝 技术-，是一种直接铸型快速、绿色制造方法，通 针布刷在旋转的砂型试样表面进行刷磨，旋转30S 过现代数控加工技术和传统铸造技术之间的融 后称量被磨下的砂粒质量，即为砂型的表面安定 合，快速制造出所需砂型60实现了铸件生产的 性，其测试原理如图1所示.由于表面性能试验的 数字化、精密化、柔性化、自动化、绿色化- 试样在筛上易出现不规则的颠簸翻滚，从而使掉 据统计，由于型砂质量问题引起的铸件废品 落的砂量波动较大，所以本实验选用表面安定性 占所有废品总数的60%~70%5-20砂型表面质量 来表征砂型表面质量 是砂型质量的重要要素之一，其直接影响到铸件 Needle brush 的表面质量，甚至影响铸件的性能及质量.传统砂 型的表面质量可以由砂型抗拉强度间接表征.数 Load weight 字化柔性挤压成形的砂型表面受到切削刀具的刮 削2-2，容易使的砂型表面产生细小裂纹，导致砂 Rotation axis Sample 型表面出现松散、易脱落、表面质量降低；而且铣 图1表面性能测试原理 削后的砂型表面存在着大量硬而微小的砂屑，如 Fig.I Diagram of the surface property test 果直接用点触法测量，触头接触砂型表面，相当于 1.2实验材料 触头在砂轮上移动，极易损坏测量设备：这时砂型 试验材料：砂型材质为树脂砂，型砂选取硅砂、 的表面质量不能由砂型抗拉强度来表征.表面粗 宝珠砂和铬铁矿砂，粘结材料选用碱性酚醛树脂 糙度也不能反映出砂型表面的松散程度及砂型 和固化剂.试验用仪器及设备：CAMTC-SMM3000S 的表面质量.本文采用表面性能来表征数字化柔 型号砂型数字化无模铸造精密成形机，表面性能 性挤压砂型的表面质量，旨在为高效率、高精度、 试验仪，SHY叶片式树脂砂混砂机碗型混砂机，百 低成本的数字化柔性挤压成形技术提供一些理论 分之一电子天平.试验条件：砂温(20吐2)℃：室温 基础 (25±2)℃；相对湿度(50吐5)%.混制的砂型在数字 1实验设计 化精确成形机上切削出砂型安定试样，如图2所示. 11表面质量的测定方法 传统的砂型表面质量表征是表面安定性27 传统黏土砂表面安定性的试样无法从砂型中取 得，而自制的表面性能及表面安定性试样不能真 实表征传统砂型的表面质量.用抗拉强度间接表 示表面性的也不多，不是通行做法.数字化柔性挤 压成形技术可以对砂型进行切削，可直接从砂型 中切取表面性能及表面安定性试样，从而使表面 图2试样加工 性能及表面安定性能真实表征数字化柔性挤压砂 Fig.2 Sample processing 型的表面质量. 2 砂型粘结颗粒模型 砂型的表面性能以试验前后试样质量的变化 来表示：将2个圆柱形标准试样，试样尺寸Φ50mm× 砂型的强度失效在微观上为型砂间粘结材料 50mm,并列放置于滚筒筛中，圆筒转动30s后停 的粘结桥的断裂，宏观上可认为是与岩石类似的 止旋转，称量从筛孔中掉下的砂粒质量，与原试样 脆性力学行为28-2树脂砂型由原砂和粘结剂经 质量的比值为砂型的表面性能.表面安定性是把 混合后固化而成，型砂之间的微观接触形式可分

casting, the technology of sand-mold near-net forming with digital flexible extrusion effectively shortens the development cycle of castings. The basic research on sand mold efficiently achieves high-quality and near-net forming of sand molds with digital flexible extrusion. The research improves the digital level, eco-friendliness, and efficiency level of pattern-less casting technology. KEY WORDS    digital flexible forming；pattern-less casting；milling process；resin sand；sand surface properties 基于去除加工原理的砂型无模铸造精密成形 技术[1−5] ，是一种直接铸型快速、绿色制造方法，通 过现代数控加工技术和传统铸造技术之间的融 合，快速制造出所需砂型[6−10] . 实现了铸件生产的 数字化、精密化、柔性化、自动化、绿色化[11−15] . 据统计, 由于型砂质量问题引起的铸件废品 占所有废品总数的 60%～70% [15−20] . 砂型表面质量 是砂型质量的重要要素之一，其直接影响到铸件 的表面质量，甚至影响铸件的性能及质量. 传统砂 型的表面质量可以由砂型抗拉强度间接表征. 数 字化柔性挤压成形的砂型表面受到切削刀具的刮 削[21−26] ，容易使的砂型表面产生细小裂纹，导致砂 型表面出现松散、易脱落、表面质量降低；而且铣 削后的砂型表面存在着大量硬而微小的砂屑，如 果直接用点触法测量，触头接触砂型表面，相当于 触头在砂轮上移动，极易损坏测量设备；这时砂型 的表面质量不能由砂型抗拉强度来表征. 表面粗 糙度也不能反映出砂型表面的松散程度及砂型 的表面质量. 本文采用表面性能来表征数字化柔 性挤压砂型的表面质量，旨在为高效率、高精度、 低成本的数字化柔性挤压成形技术提供一些理论 基础. 1    实验设计 1.1    表面质量的测定方法 传统的砂型表面质量表征是表面安定性[27] . 传统黏土砂表面安定性的试样无法从砂型中取 得，而自制的表面性能及表面安定性试样不能真 实表征传统砂型的表面质量. 用抗拉强度间接表 示表面性的也不多，不是通行做法. 数字化柔性挤 压成形技术可以对砂型进行切削，可直接从砂型 中切取表面性能及表面安定性试样，从而使表面 性能及表面安定性能真实表征数字化柔性挤压砂 型的表面质量. 砂型的表面性能以试验前后试样质量的变化 来表示：将 2 个圆柱形标准试样，试样尺寸 ϕ50 mm× 50 mm，并列放置于滚筒筛中，圆筒转动 30 s 后停 止旋转，称量从筛孔中掉下的砂粒质量，与原试样 质量的比值为砂型的表面性能. 表面安定性是把 圆柱形砂型试样夹在旋转试验仪上旋转，用钢丝 针布刷在旋转的砂型试样表面进行刷磨，旋转 30 s 后称量被磨下的砂粒质量，即为砂型的表面安定 性，其测试原理如图 1 所示. 由于表面性能试验的 试样在筛上易出现不规则的颠簸翻滚，从而使掉 落的砂量波动较大，所以本实验选用表面安定性 来表征砂型表面质量. Needle brush Rotation axis Sample Load weight O2 图 1 表面性能测试原理 Fig.1 Diagram of the surface property test 1.2    实验材料 试验材料：砂型材质为树脂砂，型砂选取硅砂、 宝珠砂和铬铁矿砂，粘结材料选用碱性酚醛树脂 和固化剂. 试验用仪器及设备：CAMTC-SMM3000S 型号砂型数字化无模铸造精密成形机，表面性能 试验仪，SHY 叶片式树脂砂混砂机碗型混砂机，百 分之一电子天平. 试验条件：砂温（20±2） ℃；室温 （25±2） ℃；相对湿度（50±5）%. 混制的砂型在数字 化精确成形机上切削出砂型安定试样，如图 2 所示. 图 2 试样加工 Fig.2 Sample processing 2    砂型粘结颗粒模型 砂型的强度失效在微观上为型砂间粘结材料 的粘结桥的断裂，宏观上可认为是与岩石类似的 脆性力学行为[28−29] . 树脂砂型由原砂和粘结剂经 混合后固化而成，型砂之间的微观接触形式可分 · 274 · 工程科学学报，第 43 卷，第 2 期

郭莉军等：型砂材质与挤压成形工艺对砂型表面性能的影响 275 为并联和串联的接触形式.理想的砂型颗粒的并 0.7 联和串联接触模型是将砂粒简化为理想的球体， 0.6 砂粒之间的粘结桥其形状简化为球形凹端的短圆 柱体.如图3所示，其中R、R,和1分别表示砂粒 直径、粘结桥圆柱体直径及两砂粒表面距离.当 >0时，接触模型为串联接触；当0时，接触模型 0.3 为并联接触 03 1th 2th 3th 4th 5th Times of grinding 图4砂粒质量与磨削次数的关系 Fig.4 Relationship between the sand quality and grinding time 工时刀具对砂型进行刮切，导致砂型表面的砂粒 间会产生裂纹，降低了砂型的表面性能 3.2型砂种类对砂型表面性能的影响 选择宝珠砂、硅砂与铬铁矿砂分别按照型砂、 碱性酚醛树脂和固化剂质量比为1000：20：5，使 用SHY叶片式碗型树脂砂混砂机混砂，混合时长 为15、，将混好的树脂砂装入砂箱内，砂箱尺寸为 150mm×150mm×100mm,树脂砂固化12h后，将 国3砂粒接触模型 砂块放置在数字化无模铸造精密成形上加工成表 Fig.3 Sand contact model 面性能试样，试样尺寸Φ50mm×50mm,然后对所 得砂型试样表面性能进行测量.不同种类型砂的 3实验结果及分析 表面性能测量结果如表2所示. 3.1砂型表面性能分析 表2不同种类型砂的表面性能 表面性能试样在耐磨测试仪上，测量不同的 Table2 Surface properties of different types of sand 磨削次数.每测量一次，旋转轴旋转30圈.分别测 Type of sand Surface properties/g 量三个表面性能试样，按磨削次数取平均值，实验 Ceramsite 0.09 结果表1所示 Silica sand 0.15 表1不同磨削次序型砂的表面性能 Chromite sand 0.28 Table 1 Surface properties of sand under different grinding times Times of grinding Surface properties/g 从表2可见宝珠砂的性能最好，铬铁矿砂的表 First time 0.7075 面性能最差.这是由于型砂的角系数造成的.原砂 Second time 0.4025 的形状一般分为圆形、多角形和尖角形四宝珠 Third time 0.3675 砂、硅砂与铬铁矿砂的颗粒形貌如图5所示.铬铁 Fourth time 0.3525 矿砂的砂粒为尖角形，其砂型的粘结桥容易形成 Fifth time 0.275 压力集中.在无模切削过程中，切削表面很容易产 生裂纹并且裂纹的延伸较深，导致其砂型表面容 根据表1绘制磨削砂粒质量与磨削次数的曲 易脱落及形成表面疏松，所以其表面性能较差.宝 线关系图，如图4所示 珠砂的砂粒形状为圆形，其砂型的粘结桥受力较 实验结果如图所示，可看出，第一次磨削的砂 均匀，砂型表面不容易产生裂纹，所以其表面性能 粒质量大于后面几次的磨削质量，后面几次的磨 较好.而硅砂的砂粒形状介于两者之间，其表面性 削质量变化较小.结果说明砂型外部的表面性能 能也介于两者之间 与砂型内部的表面性能存在差异，无模砂型的抗 3.3挤压压力对砂型表面性能的影响 拉强度不能够真实反映砂型的表面质量.砂型加 选用硅砂，在型砂、碱性酚醛树脂和固化剂质

为并联和串联的接触形式. 理想的砂型颗粒的并 联和串联接触模型是将砂粒简化为理想的球体， 砂粒之间的粘结桥其形状简化为球形凹端的短圆 柱体. 如图 3 所示，其中 Rs、Rb 和 t 分别表示砂粒 直径、粘结桥圆柱体直径及两砂粒表面距离．当 t>0 时，接触模型为串联接触；当 t=0 时，接触模型 为并联接触. Rs Rs Rs Rs Rb Rb t=0 t 图 3 砂粒接触模型 Fig.3 Sand contact model 3    实验结果及分析 3.1    砂型表面性能分析 表面性能试样在耐磨测试仪上，测量不同的 磨削次数. 每测量一次，旋转轴旋转 30 圈. 分别测 量三个表面性能试样，按磨削次数取平均值，实验 结果表 1 所示. 表 1 不同磨削次序型砂的表面性能 Table 1 Surface properties of sand under different grinding times Times of grinding Surface properties/g First time 0.7075 Second time 0.4025 Third time 0.3675 Fourth time 0.3525 Fifth time 0.275 根据表 1 绘制磨削砂粒质量与磨削次数的曲 线关系图，如图 4 所示. 实验结果如图所示，可看出，第一次磨削的砂 粒质量大于后面几次的磨削质量，后面几次的磨 削质量变化较小. 结果说明砂型外部的表面性能 与砂型内部的表面性能存在差异，无模砂型的抗 拉强度不能够真实反映砂型的表面质量. 砂型加 工时刀具对砂型进行刮切，导致砂型表面的砂粒 间会产生裂纹，降低了砂型的表面性能. 3.2    型砂种类对砂型表面性能的影响 选择宝珠砂、硅砂与铬铁矿砂分别按照型砂、 碱性酚醛树脂和固化剂质量比为 1000∶20∶5，使 用 SHY 叶片式碗型树脂砂混砂机混砂，混合时长 为 15 s，将混好的树脂砂装入砂箱内，砂箱尺寸为 150 mm×150 mm×100 mm，树脂砂固化 12 h 后，将 砂块放置在数字化无模铸造精密成形上加工成表 面性能试样，试样尺寸 ϕ50 mm×50 mm，然后对所 得砂型试样表面性能进行测量. 不同种类型砂的 表面性能测量结果如表 2 所示. 表 2 不同种类型砂的表面性能 Table 2 Surface properties of different types of sand Type of sand Surface properties/g Ceramsite 0.09 Silica sand 0.15 Chromite sand 0.28 从表 2 可见宝珠砂的性能最好，铬铁矿砂的表 面性能最差. 这是由于型砂的角系数造成的. 原砂 的形状一般分为圆形、多角形和尖角形[2] . 宝珠 砂、硅砂与铬铁矿砂的颗粒形貌如图 5 所示. 铬铁 矿砂的砂粒为尖角形，其砂型的粘结桥容易形成 压力集中. 在无模切削过程中，切削表面很容易产 生裂纹并且裂纹的延伸较深，导致其砂型表面容 易脱落及形成表面疏松，所以其表面性能较差. 宝 珠砂的砂粒形状为圆形，其砂型的粘结桥受力较 均匀，砂型表面不容易产生裂纹，所以其表面性能 较好. 而硅砂的砂粒形状介于两者之间，其表面性 能也介于两者之间. 3.3    挤压压力对砂型表面性能的影响 选用硅砂，在型砂、碱性酚醛树脂和固化剂质 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 Sand weight/g Times of grinding 1th 2th 3th 4th 5th 图 4 砂粒质量与磨削次数的关系 Fig.4 Relationship between the sand quality and grinding time 郭莉军等： 型砂材质与挤压成形工艺对砂型表面性能的影响 · 275 ·

276 工程科学学报，第43卷，第2期 200um 200μm 2004m 图5砂粒形貌.(a)宝珠砂：(b)硅砂：(c)铬铁矿砂 Fig.5 Sand grain appearance:(a)ceramsite;(b)silica sand;(c)chromite sand 量比为分别为1000：16：4、1000：20：5、1000： 不同挤压压力时，砂型的回弹变形不稳定，回弹对 24:6、1000:28:7和1000：32：8前提下，使用 砂型的粘结桥造成破坏，所以砂型的表面性能呈 SHY叶片式碗型树脂砂混砂机混砂，混合时长为 波动变化 15s,将混好的树脂砂装入砂箱内，砂箱尺寸为 3.4树脂质量分数对砂型表面性能的影响 150mm×150mm×100mm,在预固化阶段的施加压 选用硅砂，在型砂、碱性酚醛树脂和固化剂质 强分别为0、0.05、0.1、0.15和0.2MPa的挤压压 量比为分别为1000：16：4、1000：18：4.5、1000： 强，经过30min保压和12h固化，将砂块放置在数 20:5、1000:22:5.5、1000:24:6、1000:26: 字化无模铸造精密成形上加工成表面性能试样， 6.5、1000:28:7和1000：30：7.5前提下，使用 然后对所得砂型试样进行表面性能进行测量.测 SHY叶片式树脂砂混砂机碗型混砂机混砂，混合 量结果如表3所示.绘制挤压压力与表面性能的 时长为15s,将混好的树脂砂装入砂箱内，砂箱尺 关系图如图6所示 寸为150mm×150mm×100mm,在预固化阶段的施 加压强为0MPa的挤压压强，经过30min保压和 表3不同挤压压力下不同树脂质量分数砂型的表面性能 12h固化，将砂块放置在数字化无模铸造精密成 Table 3 Surface properties of sand mold with different resin contents 形上加工成表面性能试样，然后对所得砂型试样 under different extrusion pressures Surface properties of sand with different 进行表面性能进行测量.测量结果如表4所示 Different extrusion resin contents/g pressures/MPa 绘制挤压压力与表面性能的关系图如图7所示 1.6% 2.0% 2.4% 2.8% 3.2% 从图中可以看出，在不加挤压压力的情况下， 0 0.203 0.123 0.1130.090 0.077 随着树脂质量分数的增加，砂型的表面性能不断 0.05 0.193 0.120 0.123 0.063 0.037 提高.这是由于树脂质量分数增加后，砂粒的包覆 0.1 0.194 0.110 0.102 0.060 0.053 厚度增大，从而砂粒的粘结桥增多，砂型强度增 0.15 0.193 0.103 0.093 0.063 0.043 加，砂型切削是产生的裂纹数量减小，所以砂型的 02 0.1600.107 0.073 0.063 0.060 表面性能提高了 4 每种砂型树脂质量分数配比，砂型表面性能 结论 随挤压压力变化的趋势如图6所示 (1)本文采用砂型表面性能来表征无模数字 由图a、b、c、d可见，不同树脂质量分数的砂 化挤压成型砂型的表面质量，能够直接反映砂型 型，总体趋势为随着挤压压力的增大，砂型的表面 加工后型腔的表面质量.得到了砂型材质对砂型 性能不断提高.在挤压压力作用下，砂粒间的间距 型腔表面质量的影响规律 更紧密，增加了砂粒粘结桥的数量及粘结桥的接 (2)不同砂型种类的砂型表面性能不同.砂粒 触面积.在压力作用下，砂粒之间的距离减小，砂 的角形系数对砂型的表面性能有较大的影响.砂 粒并联接触方式增多，砂型在经过切削时，砂型表 粒的角形系数越小砂型表面性能越好 面产生裂纹的数量及深度大幅减小，因此，增大砂 (3)随着挤压压力的增大，砂型的表面性能不 型成形时的挤压压力能够提高砂型的表面性能 断提高.随着树脂质量分数的增大，砂型表面性能 由图e可见，树脂质量分数最高时，砂型表面性能 不断提高.本研究为无模成形砂型表面质量的测 随着挤压应力的增大，呈波动变化.这是由于树脂 量提供了新方法，为提高无模成形砂型表面质量 质量分数较高时，砂型具有一定的弹性特征四，受 提供了依据

量比为分别为 1000∶16∶4、1000∶20∶5、1000∶ 24∶6、 1000∶28∶7 和 1000∶32∶8 前提下，使用 SHY 叶片式碗型树脂砂混砂机混砂，混合时长为 15 s，将混好的树脂砂装入砂箱内，砂箱尺寸为 150 mm×150 mm×100 mm，在预固化阶段的施加压 强分别为 0、0.05、0.1 、0.15 和 0.2 MPa 的挤压压 强，经过 30 min 保压和 12 h 固化，将砂块放置在数 字化无模铸造精密成形上加工成表面性能试样， 然后对所得砂型试样进行表面性能进行测量. 测 量结果如表 3 所示. 绘制挤压压力与表面性能的 关系图如图 6 所示. 表 3 不同挤压压力下不同树脂质量分数砂型的表面性能 Table  3 Surface properties of sand mold with different resin contents under different extrusion pressures Different extrusion pressures /MPa Surface properties of sand with different resin contents/g 1.6% 2.0% 2.4% 2.8% 3.2% 0 0.203 0.123 0.113 0.090 0.077 0.05 0.193 0.120 0.123 0.063 0.037 0.1 0.194 0.110 0.102 0.060 0.053 0.15 0.193 0.103 0.093 0.063 0.043 0.2 0.160 0.107 0.073 0.063 0.060 每种砂型树脂质量分数配比，砂型表面性能 随挤压压力变化的趋势如图 6 所示. 由图 a、b、c、d 可见，不同树脂质量分数的砂 型，总体趋势为随着挤压压力的增大，砂型的表面 性能不断提高. 在挤压压力作用下，砂粒间的间距 更紧密，增加了砂粒粘结桥的数量及粘结桥的接 触面积. 在压力作用下，砂粒之间的距离减小，砂 粒并联接触方式增多，砂型在经过切削时，砂型表 面产生裂纹的数量及深度大幅减小，因此，增大砂 型成形时的挤压压力能够提高砂型的表面性能. 由图 e 可见，树脂质量分数最高时，砂型表面性能 随着挤压应力的增大，呈波动变化. 这是由于树脂 质量分数较高时，砂型具有一定的弹性特征[21] ，受 不同挤压压力时，砂型的回弹变形不稳定，回弹对 砂型的粘结桥造成破坏，所以砂型的表面性能呈 波动变化. 3.4    树脂质量分数对砂型表面性能的影响 选用硅砂，在型砂、碱性酚醛树脂和固化剂质 量比为分别为 1000∶16∶4、1000∶18∶4.5、1000∶ 20∶5、 1000∶22∶ 5.5、 1000∶24∶6、 1000∶26: 6.5、 1000∶28∶7 和 1000∶30∶7.5 前提下 ，使 用 SHY 叶片式树脂砂混砂机碗型混砂机混砂，混合 时长为 15 s，将混好的树脂砂装入砂箱内，砂箱尺 寸为 150 mm×150 mm×100 mm，在预固化阶段的施 加压强为 0 MPa 的挤压压强，经过 30 min 保压和 12 h 固化，将砂块放置在数字化无模铸造精密成 形上加工成表面性能试样，然后对所得砂型试样 进行表面性能进行测量. 测量结果如表 4 所示. 绘制挤压压力与表面性能的关系图如图 7 所示. 从图中可以看出，在不加挤压压力的情况下， 随着树脂质量分数的增加，砂型的表面性能不断 提高. 这是由于树脂质量分数增加后，砂粒的包覆 厚度增大，从而砂粒的粘结桥增多，砂型强度增 加，砂型切削是产生的裂纹数量减小，所以砂型的 表面性能提高了. 4    结论 （1）本文采用砂型表面性能来表征无模数字 化挤压成型砂型的表面质量，能够直接反映砂型 加工后型腔的表面质量. 得到了砂型材质对砂型 型腔表面质量的影响规律. （2）不同砂型种类的砂型表面性能不同. 砂粒 的角形系数对砂型的表面性能有较大的影响. 砂 粒的角形系数越小砂型表面性能越好. （3）随着挤压压力的增大，砂型的表面性能不 断提高. 随着树脂质量分数的增大，砂型表面性能 不断提高. 本研究为无模成形砂型表面质量的测 量提供了新方法，为提高无模成形砂型表面质量 提供了依据. (a) (b) (c) 200 μm 200 μm 200 μm 图 5 砂粒形貌. （a）宝珠砂；（b）硅砂；（c）铬铁矿砂 Fig.5 Sand grain appearance: (a) ceramsite; (b) silica sand; (c) chromite sand · 276 · 工程科学学报，第 43 卷，第 2 期

郭莉军等：型砂材质与挤压成形工艺对砂型表面性能的影响 ,277· 0.130 0.13 (a) (b) (c) 90.20 0.125 0.11 0.120 0.10 0.09 0.10 0.08 烹005 0.07 0.06 0.100 0.05 0 0.1 0.2 0 0.1 0.2 0 0.1 02 Extrusion pressure/MPa Extrusion pressure/MPa Extrusion pressure/MPa 0.10 0.09 (d) (e) 0.08 0.07 0.08 0.06 0.07 0.05 0.06 0.04 0.05 0.03 0 0.1 0.2 0 0.1 0.2 Extrusion pressure/MPa Extrusion pressure/MPa 图6不同挤压压力、树脂质量分数与砂型表面性能的关系.()树脂质量分数1.6%；(b)树脂质量分数2.0%：(c)树脂质量分数2.4%：(d)树脂质 量分数2.8%：(e)树脂质量分数3.2% Fig.6 Relationship between the surface properties of sand mold and extrusion pressure under varying resin contents:(a)resin content 1.6%;(b)resin content 2.0%;(c)resin content 2.4%;(d)resin content 2.8%;(e)resin content 3.2% 表4不同树脂质量分数砂型的表面性能 [2] Guo L J,Shan Z D.Liu L M.Effect of digital flexible extrusion process on the properties of sand mold.Foundry Technol,2020. Table 4 Surface properties with different mass fraction of resin 41(2):97 Mass fraction of Surface Mass fraction of Surface resin/% properties/g resin/% properties/g (郭莉军，单忠德，刘丽敏.数字化柔性挤压成形工艺对砂型性 1.6 0.708 2.4 0.235 能影响规律研究.铸造技术，2020,41(2)：97) 1.8 0.65 2.6 0.247 [3]Liu F,Shan Z D,Li L,et al.Research on pattemless casting 2.0 0.62 2.8 0.25 technologies for large thin-walled shell pieces.Foundry Technol, 2013,34(10):1324 2.2 0.51 3.0 0.23 (刘丰，单忠德，李柳，等.大型薄壁壳件无模铸造技术研究.铸 造技术，2013.34(10)：1324) 0.7 [4] Josan A,Bretotean C P,Ratiu S.Critical analysis of the influence of the possibilities of establishing the moulding technology on obtaining the castings.IOP Conf Ser Mater Sci Eng,2018,294: 0.5 012038 0.4 [5]Wen S F,Shen Q W.Wei Q S.et al.Material optimization and post-processing of sand moulds manufactured by the selective laser sintering of binder-coated Al2O3 sands.J Mater Process 0.2 Technol,2015,225:93 1.41.61.82.02.22.42.62.83.03.23.43.6 [6] Zhang S,Shan Z D,Gu Z X,et al.Study on path planning and Mass fraction of resin/% process test of molding sand filling sandbox digitally.Foundry, 图7不同树脂质量分数与砂型表面性能的关系 2016,65(8):713 Fig.7 Relationship between the surface properties of sand mold and (张帅，单忠德，顾兆现，等.数字化砂箱型砂填充路径规划及工 resin content 艺试验研究.铸造，2016,65(8)：713) [7] Torielli R M,Abrahams R A,Smillie R W,et al.Using lean 参考文献 methodologies for economically and environmentally sustainable [1]Shan Z D,Qin S Y,Liu Q,et al.Key manufacturing technology foundries.China Foundry,2011,8(1):74 equipment for energy saving and emissions reduction in [8]Huang T Y.Casting Handbook Volume 4 Molding Materials.2nd mechanical equipment industry.Int J Precision Eng Manuf,2012, Ed.Beijing:Machinery Industry Press,2002 13(7):1095 (黄天佑.铸造手册第4卷：造型材料.2版.北京：机械工业出版

参    考    文    献 Shan Z D, Qin S Y, Liu Q, et al. Key manufacturing technology & equipment for energy saving and emissions reduction in mechanical equipment industry. Int J Precision Eng Manuf, 2012, 13（7）: 1095 [1] Guo L J, Shan Z D, Liu L M. Effect of digital flexible extrusion process on the properties of sand mold. Foundry Technol, 2020, 41（2）: 97 （郭莉军, 单忠德, 刘丽敏. 数字化柔性挤压成形工艺对砂型性 能影响规律研究. 铸造技术, 2020, 41（2）：97） [2] Liu F, Shan Z D, Li L, et al. Research on patternless casting technologies for large thin-walled shell pieces. Foundry Technol, 2013, 34（10）: 1324 （刘丰, 单忠德, 李柳, 等. 大型薄壁壳件无模铸造技术研究. 铸 造技术, 2013, 34（10）：1324） [3] Josan A, Bretotean C P, Raţiu S. Critical analysis of the influence of the possibilities of establishing the moulding technology on obtaining the castings. IOP Conf Ser Mater Sci Eng, 2018, 294: 012038 [4] Wen S F, Shen Q W, Wei Q S, et al. Material optimization and post-processing of sand moulds manufactured by the selective laser sintering of binder-coated Al2O3 sands. J Mater Process Technol, 2015, 225: 93 [5] Zhang S, Shan Z D, Gu Z X, et al. Study on path planning and process test of molding sand filling sandbox digitally. Foundry, 2016, 65（8）: 713 （张帅, 单忠德, 顾兆现, 等. 数字化砂箱型砂填充路径规划及工 艺试验研究. 铸造, 2016, 65（8）：713） [6] Torielli R M, Abrahams R A, Smillie R W, et al. Using lean methodologies for economically and environmentally sustainable foundries. China Foundry, 2011, 8（1）: 74 [7] Huang T Y. Casting Handbook Volume 4 Molding Materials. 2nd Ed. Beijing: Machinery Industry Press, 2002 （黄天佑. 铸造手册第4卷: 造型材料. 2版. 北京: 机械工业出版 [8] (d) Surface properties/g Extrusion pressure/MPa 0 0.1 0.2 0.10 0.09 0.08 0.07 0.06 0.05 (e) Surface properties/g Extrusion pressure/MPa 0 0.1 0.2 0.09 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 (a) (b) (c) Surface properties/g Surface properties/g 0.20 0.18 0.16 0 0.1 Extrusion pressure/MPa Extrusion pressure/MPa 0.2 0 0.1 0.2 0.130 0.125 0.120 0.115 0.110 0.105 0.100 Surface properties/g Extrusion pressure/MPa 0 0.1 0.2 0.10 0.11 0.12 0.13 0.09 0.08 0.07 0.06 0.05 图 6 不同挤压压力、树脂质量分数与砂型表面性能的关系. （a）树脂质量分数 1.6%; （b）树脂质量分数 2.0%；（c）树脂质量分数 2.4%；（d）树脂质 量分数 2.8%；（e）树脂质量分数 3.2% Fig.6 Relationship between the surface properties of sand mold and extrusion pressure under varying resin contents: (a) resin content 1.6%; (b) resin content 2.0%; (c) resin content 2.4%; (d) resin content 2.8%; (e) resin content 3.2% 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 Surface properties/g 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4 3.6 Mass fraction of resin/% 图 7 不同树脂质量分数与砂型表面性能的关系 Fig.7 Relationship between the surface properties of sand mold and resin content 表 4 不同树脂质量分数砂型的表面性能 Table 4 Surface properties with different mass fraction of resin Mass fraction of resin/% Surface properties/g Mass fraction of resin/% Surface properties/g 1.6 0.708 2.4 0.235 1.8 0.65 2.6 0.247 2.0 0.62 2.8 0.25 2.2 0.51 3.0 0.23 郭莉军等： 型砂材质与挤压成形工艺对砂型表面性能的影响 · 277 ·

278 工程科学学报，第43卷，第2期 社，2002) (赵志刚，仇圣桃，朱荣.水冷铜模与砂模铸造M2钢显微组织对 [9]Siddique R,Singh G.Utilization of waste foundry sand (WFS)in 比.工程科学学报，2016,38(6)：787) concrete manufacturing.Resour Conserv Recycl,2011,55(11): [21]Xie Z X,Xiang Q C,Mao P L,et al.Comparison and analysis of 885 the springback for twotypes of high compacted sand molds. [10]Sun S H,Koizumi Y,Kurosu S,et al.Build direction dependence Fo1d,2004,53(9):705 of microstructure and high-temperature tensile property of Co-Cr- (谢祖锡，向青春，毛萍莉，等.两种高紧实度砂型回弹的检测与 Mo alloy fabricated by electron beam melting.Acta Mater,2014, 分析.铸造，2004,53(9)：705) 64:154 [22]Peyre P,Rouchausse Y,Defauchy D,et al.Experimental and [11]Snelling D,Li Q,Meisel N,et al.Lightweight metal cellular numerical analysis of the selective laser sintering (SLS)of PA12 structures fabricated via 3D printing of sand cast molds.Adv Eng and PEKK semi-crystalline polymers.J Mater Process Technol, Mater,2015,17(7):923 2015,225:326 [12]Vandenbroucke B,Kruth J P.Selective laser melting of [23]Liu L M,Shan Z D,Liu F.FEM analysis and optimization on biocompatible metals for rapid manufacturing of medical parts casting process for large aluminum castings.Foundry Technol, Rapid Proto0p.J,2007,13(4):196 2012,33(8):978 [13]Zocca A,Gomes C M,Bernardo E,et al.LAS glass-ceramic (刘丽敏，单忠德，刘丰.大型铸铝件铸造工艺有限元分析与优 scaffolds by three-dimensional printing.J Eur Ceram Soc,2013, 化.铸造技术，2012,33(8)：978) 33(9):1525 [24]Cheng R,Wu X Y,Zheng J P.The optimization design study of [14]Butscher A,Bohner M,Roth C,et al.Printability of calcium selective laser sintering process parameters on the pro-coated sand phosphate powders for three-dimensional printing of tissue mold.Appl Mech Mater,2011,55-57:853 engineering scaffolds.Acta Biomater,2012,8(1):373 [25]Senthilkumaran K,Pandey P M,Rao P V M.Influence of building [15]Almaghariz E S,Conner B P,Lenner L,et al.Quantifying the role strategies on the accuracy of parts in selective laser sintering. of part design complexity in using 3D sand printing for molds and Mater Des,2009,30(8):2946 cores.Int/Metalcast,2016,10(3):240 [26]Bemnard S A,Balla V K,Bose S,et al.Direct laser processing of [16]Li E Q,Xu Q,Sun J,et al.Design and fabrication of a PET/PTFE- bulk lead zirconate titanate ceramics.Mater Sci Eng B,2010, based piezoelectric squeeze mode drop-on-demand inkjet printhead with interchangeable nozzle.Sens Actuators A,2010, 172(1):85 163(1):315 [27]Zhu Y,Ji D S,Bo W.Composition and preparation of surface [17]Dobosz S M,Grabarczyk A.Major-Gabrys K.et al.Influence of stabilizer for green sang mold.Foundry Eng,2009,33(3):5 quartz sand quality on bending strength and thermal deformation (朱筠，季敦生，卜伟.黏土湿型表面稳定剂的组成及制备工艺 of moulding sands with synthetic binders.Arch Foundry Eng 铸造工程，2009,33(3)：5) 2015,15(2):9 [28]Li H,Du J H,Wang H X,et al.Effect of molding process on [18]Dong X L,Li X Y,Shan Z D,et al.Rapid manufacturing of sand tribological characteristics of friction materials based on resin. molds by direct milling.Tsinghua Sci Technol,2009,14(Suppl 1): Chin J Eng,2017,39(8):1182 212 (李辉，杜建华，王浩旭，等.成型工艺对树脂基摩擦材料及其摩 [19]Ayoola W A,Adeosun S O,Sanni O S,et al.Effect of casting 擦学性能的影响.工程科学学报，2017,39(8)：1182) mould on mechanical properties of 6063 aluminum alloy.J Eng [29]Sun Q C,Jin F,Wang G Q,et al.Force chains in a uniaxially Sci Technol,2012,7(1):89 compressed static granular matter in 2D.Acta Phys Sin,2010. [20]Zhao Z G,Qiu S T,Zhu R.Comparison between the 59(1):30 microstructures of M2 steel cast by the water-cooled copper mould (孙其诚，金峰，王光谦，等.二维颗粒体系单轴压缩形成的力链 and the sand mould.Chin J Eng,2016,38(6):787 结构.物理学报，2010,59(1)：30)

社, 2002） Siddique R, Singh G. Utilization of waste foundry sand (WFS) in concrete manufacturing. Resour Conserv Recycl, 2011, 55（11）: 885 [9] Sun S H, Koizumi Y, Kurosu S, et al. Build direction dependence of microstructure and high-temperature tensile property of Co-Cr￾Mo alloy fabricated by electron beam melting. Acta Mater, 2014, 64: 154 [10] Snelling D, Li Q, Meisel N, et al. Lightweight metal cellular structures fabricated via 3D printing of sand cast molds. Adv Eng Mater, 2015, 17（7）: 923 [11] Vandenbroucke B, Kruth J P. Selective laser melting of biocompatible metals for rapid manufacturing of medical parts. Rapid Prototyp J, 2007, 13（4）: 196 [12] Zocca A, Gomes C M, Bernardo E, et al. LAS glass –ceramic scaffolds by three-dimensional printing. J Eur Ceram Soc, 2013, 33（9）: 1525 [13] Butscher A, Bohner M, Roth C, et al. Printability of calcium phosphate powders for three-dimensional printing of tissue engineering scaffolds. Acta Biomater, 2012, 8（1）: 373 [14] Almaghariz E S, Conner B P, Lenner L, et al. Quantifying the role of part design complexity in using 3D sand printing for molds and cores. Int J Metalcast, 2016, 10（3）: 240 [15] Li E Q, Xu Q, Sun J, et al. Design and fabrication of a PET/PTFE￾based piezoelectric squeeze mode drop-on-demand inkjet printhead with interchangeable nozzle. Sens Actuators A, 2010, 163（1）: 315 [16] Dobosz S M, Grabarczyk A, Major-Gabryś K, et al. Influence of quartz sand quality on bending strength and thermal deformation of moulding sands with synthetic binders. Arch Foundry Eng, 2015, 15（2）: 9 [17] Dong X L, Li X Y, Shan Z D, et al. Rapid manufacturing of sand molds by direct milling. Tsinghua Sci Technol, 2009, 14（Suppl 1）: 212 [18] Ayoola W A, Adeosun S O, Sanni O S, et al. Effect of casting mould on mechanical properties of 6063 aluminum alloy. J Eng Sci Technol, 2012, 7（1）: 89 [19] Zhao Z G, Qiu S T, Zhu R. Comparison between the microstructures of M2 steel cast by the water-cooled copper mould and the sand mould. Chin J Eng, 2016, 38（6）: 787 [20] （赵志刚, 仇圣桃, 朱荣. 水冷铜模与砂模铸造 M2 钢显微组织对 比. 工程科学学报, 2016, 38（6）：787） Xie Z X, Xiang Q C, Mao P L, et al. Comparison and analysis of the springback for twotypes of high compacted sand molds. Foundry, 2004, 53（9）: 705 （谢祖锡, 向青春, 毛萍莉, 等. 两种高紧实度砂型回弹的检测与 分析. 铸造, 2004, 53（9）：705） [21] Peyre P, Rouchausse Y, Defauchy D, et al. Experimental and numerical analysis of the selective laser sintering (SLS) of PA12 and PEKK semi-crystalline polymers. J Mater Process Technol, 2015, 225: 326 [22] Liu L M, Shan Z D, Liu F. FEM analysis and optimization on casting process for large aluminum castings. Foundry Technol, 2012, 33（8）: 978 （刘丽敏, 单忠德, 刘丰. 大型铸铝件铸造工艺有限元分析与优 化. 铸造技术, 2012, 33（8）：978） [23] Cheng R, Wu X Y, Zheng J P. The optimization design study of selective laser sintering process parameters on the pro-coated sand mold. Appl Mech Mater, 2011, 55-57: 853 [24] Senthilkumaran K, Pandey P M, Rao P V M. Influence of building strategies on the accuracy of parts in selective laser sintering. Mater Des, 2009, 30（8）: 2946 [25] Bernard S A, Balla V K, Bose S, et al. Direct laser processing of bulk lead zirconate titanate ceramics. Mater Sci Eng B, 2010, 172（1）: 85 [26] Zhu Y, Ji D S, Bo W. Composition and preparation of surface stabilizer for green sang mold. Foundry Eng, 2009, 33（3）: 5 （朱筠, 季敦生, 卜伟. 黏土湿型表面稳定剂的组成及制备工艺. 铸造工程, 2009, 33（3）：5） [27] Li H, Du J H, Wang H X, et al. Effect of molding process on tribological characteristics of friction materials based on resin. Chin J Eng, 2017, 39（8）: 1182 （李辉, 杜建华, 王浩旭, 等. 成型工艺对树脂基摩擦材料及其摩 擦学性能的影响. 工程科学学报, 2017, 39（8）：1182） [28] Sun Q C, Jin F, Wang G Q, et al. Force chains in a uniaxially compressed static granular matter in 2D. Acta Phys Sin, 2010, 59（1）: 30 （孙其诚, 金峰, 王光谦, 等. 二维颗粒体系单轴压缩形成的力链 结构. 物理学报, 2010, 59（1）：30） [29] · 278 · 工程科学学报，第 43 卷，第 2 期