选择性激光烧结宝珠覆膜砂的支撑优化和后处理研究

摘要

采用传统工艺制作大尺寸复杂铸件砂型(芯)工艺复杂、周期长,严重制约了产品的开发进程。使用选择性激光烧结(Selective Laser Sintering,SLS)快速成形技术在无需模具的条件下成形覆膜砂型(芯),可显著降低复杂铸件开发周期和成本。但是,SLS成形的覆膜砂型(芯)普遍存在烧结强度低、发气量大的问题,特别是针对大尺寸、高复杂度的铸件砂型(芯)尤为突出。
　　砂型(芯)在烧结后强度较低,容易在清理余砂和搬运过程中断裂甚至坍塌。本文通过数值模拟方法对大尺寸砂型(芯)支撑进行优化设计。以烧结后的砂芯为对象,对其不同支撑分布下的应力和Z向应变进行分析,对支撑的数量和位置进行优化。最后得到了合适支撑分布,能使零件的应力低于0.1MPa,支撑上的最大应力不超过0.6MPa,Z向应变分布合理,最大应变出现在四角自由端,不易引发裂纹。最后针对实际加工过程中易出现的问题,设计了一种矩形搭接支撑,连接易出现裂纹的两边,减少缺陷的产生。
　　抗拉强度和发气性是衡量砂型(芯)质量的两个重要指标。本文研究不同填充方式、烘烤温度、保温时间等后处理工艺对抗拉强度和发气性的影响规律。
　　为研究抗拉强度,采用宝珠覆膜砂SLS成形出系列“8”字试样,测试其不同后处理之后的抗拉强度进行分析。得到了最佳后处理工艺为填玻璃微珠、200℃保温2小时,此时强度能达到最高6.28MPa。酚醛树脂的二次固化温度约为190℃。通过扫描电镜对其断面分析,得出提高覆膜砂强度要保证树脂和砂粒间有足够高的附着强度,并提高酚醛树脂间内聚粘接的粘接桥面积。
　　将拉断后的试样进行发气性测试。得出填充方式和保温时间对发气性影响不大。发气量最小值与强度最大值出现时的烘烤温度比较一致。采用上文提到的最佳工艺,1000℃下发气量也能达到最小值18.43ml/g,能使砂型(芯)浇注出性能良好的铸件。这是因为二次固化有降低发气量的趋势,而较低温下分解反应有增大发气趋势。发气速度在20秒内较高,其中在5秒左右达到最大值。

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1 绪论

1.1 覆膜砂的选择性激光烧结概述

1.2 国内外研究现况

1.3 目的与意义

2 选择性激光烧结覆膜砂的支撑结构设计

2.1 砂芯模型设计

2.2 模拟参数设置

2.3 支撑优化

2.4 本章小结

3 后处理工艺对砂型（芯）强度的影响

3.1 烘烤温度对抗拉强度影响

3.2 保温时间对抗拉强度的影响

3.3 固化特性

3.4 本章小结

4 后处理工艺对砂型（芯）发气性的影响

4.1 发气量研究

4.2 发气速度研究

4.3 水含量对发气性的影响

4.4 本章小结

5 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 存在的问题与展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表论文目录