基于SLS快速熔模精铸的尺寸精度及传递规律研究

摘要

快速熔模精铸(Rapid Investment Casting，RIC)技术是一种非常适合于制造复杂零件的技术，它将选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，SLS)技术和熔模精铸技术结合起来，实现了快速成型向快速制造的转变，有着良好的发展前景。尺寸精度是RIC技术的关键问题，而RIC技术流程长，尺寸在多步骤之间传递，影响尺寸的因素多，尺寸控制困难。进行 RIC技术的尺寸精度和尺寸传递规律研究，对获得高质量的铸件，有重要的理论意义和实际价值。
　　针对快速熔模原型尺寸精度问题，进行了不同成型方向、不同种激光功率和不同铺粉层厚条件下的SLS烧结实验，测量了样件的尺寸，实验结果表明：当尺寸与XY轴平行时，尺寸偏差为0.67％，尺寸精度较好，没有阶梯效应；当尺寸与XY轴不平行时，随着成型方向的增大SLS原型尺寸先增大后减小且都表现为正偏差，成型方向60度左右时尺寸偏差最大，阶梯效应最明显，尺寸偏差达到1.78%。可以看出，在烧结SLS原型时应尽量保持零件重要尺寸与XY轴平行。
　　SLS熔模熔失和焙烧工艺参数对型壳尺寸精度影响很大，是 RIC技术关键工艺参数。在RIC熔失熔模和焙烧工艺方面，进行了4种不同熔失熔模温度和时间条件下的熔失熔模和焙烧实验。结果表明：熔失熔模温度越高，模料脱出率越大，但温度过高型壳易开裂，最佳温度为250℃，此时的脱出率为94.28%；最佳熔失熔模时间应为100分钟，且升温速率越高，型壳越不容易开裂；焙烧时，应在400℃保温2小时左右，待模料完全分解后，再升温至焙烧温度800℃，防止残余模料在型壳中发生燃烧导致型壳开裂。
　　在RIC尺寸传递规律研究方面，基于RIC技术采用不同粘接剂制造出5种不同型壳，研究RIC技术过程中CAD模型至SLS原型、SLS原型至SLS熔模、SLS熔模至铸件的尺寸传递规律。实验结果表明：CAD模型尺寸大小会影响SLS原型的尺寸精度，当CAD模型尺寸为79mm时，SLS原型的尺寸精度最高，“次级烧结”和烧结收缩达到平衡；SLS熔模不同类型的尺寸精度不同，外表面尺寸表现为正偏差，而内表面尺寸表现为负偏差；不同型壳的尺寸精度差别并不显著，尺寸精度均在1.58%左右；受到型壳阻力的影响，铸件内表面尺寸的收缩率为0.62%，明显小于外表面尺寸。
　　通过从成型方向对SLS原型尺寸精度影响、快速熔模精铸熔失SLS熔模工艺、快速熔模精铸尺寸传递规律等方面的研究，优化了RIC工艺，获得了RIC工艺参数对尺寸精度的影响，得出了不同类型的尺寸在RIC技术各步骤之间的传递规律，可以用于控制RIC技术尺寸，为复杂结构件的快速铸造奠定了技术和理论基础。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 本课题的目的、意义

1.2 快速熔模精铸技术研究现状及发展趋势

1.3研究目标及内容

第2章 实验内容与方法

2.1 实验内容

2.2 实验设备和材料

2.3 实验方案

第3章 成型方向对SLS原型尺寸精度的影响规律

3.1 烧结现象对SLS尺寸精度影响的理论模型

3.2 相同工艺参数下成型方向对SLS尺寸精度的影响

3.3 不同工艺参数下成型方向对SLS尺寸精度的影响

3.4本章小结

第4章 快速熔模精铸熔失SLS熔模工艺研究

4.1 熔失熔模工艺参数优化

4.2 焙烧工艺研究

4.3 本章小结

第5章 快速熔模精铸尺寸传递规律研究

5.1 CAD模型至SLS原型尺寸传递规律

5.2 SLS原型至SLS熔模的尺寸传递规律

5.3 SLS熔模至铸件的尺寸传递规律

5.4 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文和所获奖励

致 谢

声明