覆膜砂选区激光烧结工艺参数研究

摘要

在砂型铸造过程中，芯盒和模样的制备是至关重要的。传统的制备方法工艺复杂、成本高、周期长。特别是对于大型复杂薄壁铸件用砂型，常常有多个砂型组合而成，其相互间位置尺寸稍有差错就会导致铸件精度不高，表面质量差，切削加工量大，不仅浪费了大量金属材料，而且增加了加工费用，工作效率低，经济效果差。选区激光烧结覆膜砂制造砂型已取得了一定的成就，并获得人们的认可，它具备成型速度快，成型精度高，工期短，经济成本低的特点，采用选区激光烧结覆膜砂制备砂型将是以后砂型铸造的趋势。
　　本文对选区激光烧结技术应用于铸造用树脂硅砂做了较为系统的研究，对铸造用覆膜砂的选区激光烧结工艺参数进行了较详细的研究。在覆膜砂的制备阶段，在已有的研究基础上验证并优化了覆膜工艺，研究了覆膜温度、混砂时间等因素对于树脂覆膜效果的影响，经过正交试验发现，覆膜温度对树脂的覆膜效果影响最大。覆膜砂的准备是在之前的研究基础上选择了颗粒粗细不同的三种原砂按1.5:2.5:6.0的比例混合配制而成，使细沙充分填充到粗砂的缝隙中。得出了120℃为覆膜温度，加入树脂后混砂60s，加固化剂温度为95℃，加入固化剂后混砂35s的混砂工艺。
　　本文采用正交实验方法对选区激光烧结工艺参数进行了系统地研究，对激光功率、扫描速度、预热温度、铺粉厚度这四个工艺参数对覆膜砂试样成型质量的影响做了深入的研究，使用自制的SLS-500点扫描激光快速成型机。实验结果表明，提高激光功率或降低扫描速度均能大幅提高烧结件的抗拉强度，随着铺粉层厚的增加，激光烧结件的抗拉强度明显降低，另外，正交试验结果分析表明，工艺参数对激光烧结件抗拉强度的影响程度为:激光功率>扫描速度>铺粉厚度>预热温度，最佳烧结工艺为激光功率：18W，预热温度：70℃，扫描速度：1400mm/s，铺粉厚度：0.2mm，砂型的初始抗拉强度可达0.66MPa。本文对覆膜砂的选区激光烧结成型精度也做了研究，发现影响烧结成型件精度的主要因素包括数据处理的误差、设备的机械误差、烧结工艺的影响和材料本身特性的影响，其中在烧结工艺的影响力激光功率与扫描速度对砂型的成型尺寸的影响较大，造成Z轴出现正值偏差即所谓的“Z轴盈余”现象。
　　为了提升SLS烧结砂型的力学性能，本文对砂型的保温后处理也做了研究，通过不同的保温温度与保温时间匹配，发现较为优化的后期保温固化工艺参数：保温温度250℃，保温时长30min，保温后的抗拉强度可达3.86MPa。本文还对该种工艺制备出覆膜砂的发气量、灼烧减量和溃散性也做了研究。测得发气量值19ml/g，得出灼烧减量为2.6％
　　选区激光烧结技术属于发展较早的3D打印技术，轻量化、低成本、短周期和绿色环保的特点使得其在工业制造、航空航天精密零部件制造和军工制造方面将会体现很大的优势，尤其对于形状结构复杂的零部件，选择性激光烧结技术可以利用其独特的成型方式大大降低制造难度与成本周期。
　　利用选择性激光烧结应用在砂型铸造领域还有很大的开发潜力，除了通过优化原砂的覆膜工艺、激光烧结工艺还有后处理工艺提升砂型的力学性能外，还可以通过提升砂粒的颗粒特性、优化不同粒度的原砂搭配比等能够提高铺粉密度的方法使得砂型的力学性能进一步提升。这种新型制造技术与传统的铸造方法结合对于提升其他领域快速制造技术具有巨大的应用价值。

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1、 绪论

1.1 研究背景

1.2 选区激光烧结成型原理

1.3 国内外发展现状

1.4 覆膜砂的选区激光烧结的应用与研究意义

2、覆膜砂制备工艺研究

2.1 引言

2.2 激光烧结用覆膜砂的制备原理

2.3 选区激光烧结用覆膜砂的制备实验

2.4 实验结果

2.5 覆膜工艺参数对覆膜砂覆膜效果的影响分析

2.6颗粒特性对覆膜效果的影响

2.7 本章小结

3、覆膜砂选区激光烧结工艺研究

3.1 引言

3.2 实验设备

3.3 实验方案

3.4 工艺参数对烧结成型件性能的影响

3.5覆膜砂选区激光烧结树脂固化机理研究

3.6覆膜砂选区激光烧结件成型精度的研究

3.7 本章小结

4、覆膜砂选区激光烧结件后处理工艺与性能研究

4.1 引言

4.2 实验设备

4.3 实验方案

4.4 后处理工艺参数对烧结成型件性能影响

4.3 激光烧结用覆膜砂溃散性的研究

4.4 激光烧结用覆膜砂发气量的研究

4.5 激光烧结用覆膜砂灼烧减量的研究

4.6 覆膜砂的选区激光烧结实际应用

4.7 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢