选择性激光烧结用覆膜砂的制备及其性能研究

【摘要】：采用传统工艺制造大尺寸复杂结构砂型(芯)周期长且加工难度大,选择性激光烧结(Selective Laser Sintering,以下简称SLS)快速成型技术因具有成形速度快、制作精度高、不受零件形状的限制等特点而被广泛应用,它的出现很好地解决了复杂结构砂芯开发过程中成本高、时间长的问题,能够快速、高精度地制造出复杂结构的砂型(芯),为各种复杂薄壁铸件的精密铸造提供了良好的技术方法。但是,目前SLS用覆膜砂,开发较晚,价格昂贵,且制备的覆膜砂具有发气量大、铸件成型性能差等问题,铸造过程中砂型的强度与发气相矛盾,难以达到实际工业要求。因而,设计研发一种性优价廉、高强度低发气的选择性激光烧结用覆膜砂,使烧结的砂芯同时具有高强度与低发气,不仅具有较高的理论价值,而且有利于促进快速成形技术的应用与发展。本文从选择性激光烧结用覆膜砂的主原料种类、配方和粒度组成出发,在对比分析硅砂(SiO_2为主)和宝珠砂(Al_2O_3为主)的性能和微观形貌的基础上,确定选择宝珠砂作为SLS用覆膜砂的主原料;同时通过研究覆膜砂的粒度组成与覆膜砂性能及烧结件的质量之间的关系,并结合导师团队开发产品的实际要求,确定粒度组成以70/140目为主。其次,通过改变覆膜砂的制备工艺参数和成分配比,设计正交实验制备覆膜砂,并对得到的覆膜砂进行性能检测,包括抗拉强度测试、抗弯强度测试、发气量测试、灼烧减量测试、SEM测试、熔点测试等,探讨了各覆膜工艺参数对其性能的影响规律,并分析覆膜砂的混制机理。研究结果表明:随着加入树脂时的温度升高,覆膜砂的抗拉强度和抗弯强度都是先升高后降低,发气量和灼烧减量先升高后降低。随着加入树脂后混砂时间的增加,抗拉强度和抗弯强度先升高后降低,发气量缓慢增加。随着加入乌洛托品时的温度的升高,抗拉强度和抗弯强度先升高后降低,发气量和灼烧减量先轻微降低然后轻微升高而后又降低。随加入乌洛托品后的混砂时间的增加,强度先升高后降低,发气量和灼烧减量几乎没有变化。抗拉强度和抗弯强度随加入硬脂酸钙时间的增加,先升高后降低,发气量和灼烧减量几乎没变化。随着树脂含量的增加,覆膜砂的抗拉强度、抗弯强度、发气量和灼烧减量均随之升高。随着偶联剂含量的增加,强度先升高后降低,发气量和灼烧减量略有增加。随着乌洛托品含量的增加,抗拉强度和抗弯强度先迅速升高后缓慢升高,发气量和灼烧减量也随之缓慢增加。随硬脂酸钙含量的增加,覆膜砂的抗拉强度和抗弯强度随之缓慢升高,发气量和灼烧减量缓慢增加。通过分析各工艺参数、成分含量与覆膜砂性能的关系,得到了最佳覆膜工艺和成分配比。在最佳成分配比和覆膜工艺参数下制备出覆膜砂,随后在快速成形系统下打印某型号发动机缸盖砂芯,浇铸出合格缸盖,验证了制备的覆膜砂的实用性、可行性和优越性。