基于增材制造技术的无模铸型工艺优化

发布时间：2017-09-24 22:05

  本文关键词：基于增材制造技术的无模铸型工艺优化

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【摘要】：增材制造技术是一种新兴的材料加工方法,是21世纪最有发展前景的技术之一,在国民经济的许多领域有着广阔的应用前景。本文对基于增材制造技术的无模铸型制造工艺(Patternless Casting Manufacturing,简称PCM)中的材料及工艺参数展开研究,优化了造型材料、工艺参数、造型工艺、铸型后处理工艺和浇注工艺,并进行了工艺可行性试验。针对铸型强度较低的现象,研究了100/200目、70/140目、50/100目、40/70目不同粒度的原砂对铸型强度的影响,结果表明在PCM工艺的造型过程中由于没有传统工艺造型中的紧实操作,铸型紧实度主要取决于型砂的粒度。通过建立理想型砂堆积模型,计算可得影响铸型抗拉强度的因素,在粘结剂加入量一定的情况下,型砂粒度越大,砂粒之间形成的粘结桥尺寸越大,PCM工艺所制得的铸型抗拉强度越大。通过一系列PCM造型实验,确定适合PCM工艺的原砂粒度为100/200目。目前PCM工艺铸型存在发气量高的问题,本文从两方面提出降低铸型发气量的措施。一方面,对树脂进行稀释,确定酒精作为树脂的稀释剂,并且优化稀释剂的加入比例为30%,有效降低了树脂含量;另一方面,引入层间烘烤工艺,确定铸型成型过程中的烘烤时间为20 s,烘烤温度为100℃,加快酒精和固化反应过程中生成的水分的蒸发,进而降低铸型的发气量。为提高PCM工艺造型精度,本文分析研究了造型过程中流体的渗透和固化规律。通过建立渗流模型和拉普拉斯方程,并应用渗流理论对PCM工艺中的渗流问题进行定性研究。研究发现,PCM工艺参数包括分层厚度和填充线宽对铸型强度和表面质量有很大的影响,经过PCM工艺反复实验,确定了理想的分层厚度为0.5 mm,理想的填充线宽为1.3 mm,进而得到较理想的铸型强度和表面质量。本文通过以上几方面的研究,有效提高了PCM工艺铸型的抗拉强度,表面质量和尺寸精度,降低了PCM工艺铸型发气量,进一步提高了铸型质量。用PCM工艺进行阶梯试块铸型造型试验,选择优化后的造型材料,设置优化后的工艺参数,成功打印出阶梯试块铸型,浇注得到的阶梯试块铸件性能满足实际生产要求。这些措施的应用加快了PCM工艺的商业化进程。
【关键词】：增材制造技术 无模铸型制造 渗流模型 工艺参数
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG24
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 增材制造技术简介11-16
• 1.1.1 三维打印技术12
• 1.1.2 立体光刻技术12-14
• 1.1.3 选择性激光烧结技术14-15
• 1.1.4 熔融沉积制造技术15-16
• 1.2 无模铸型增材制造工艺16-19
• 1.2.1 德国Generis砂型制造设备16-17
• 1.2.2 美国Ex One增材制造设备17
• 1.2.3 PCM无模铸型制造工艺17-19
• 1.3 研究PCM工艺的意义19-20
• 1.4 本文研究内容20-23
• 第二章 原砂粒度对砂型质量的影响23-37
• 2.1 建立理论计算模型24-28
• 2.2 原砂强度实验28-31
• 2.2.1 实验原料和设备28-29
• 2.2.2 实验方法29-31
• 2.3 实验结果31-32
• 2.4 实验结果分析32-35
• 2.4.1 工艺实验结果分析32-35
• 2.5 本章小结35-37
• 第三章 基于PCM的树脂砂工艺37-49
• 3.1 冷硬呋喃树脂砂造型工艺37-40
• 3.1.1 脲醛呋喃树脂38-39
• 3.1.2 呋喃树脂的固化剂39-40
• 3.2 呋喃树脂性能对PCM造型工艺的影响40-42
• 3.2.1 树脂加入量对试样性能的影响40-42
• 3.2.2 固化剂加入量对试样性能的影响42
• 3.3 低发气量PCM工艺42-48
• 3.3.1 酒精的加入对试样抗拉强度的影响43-44
• 3.3.2 烘烤对试样抗拉强度的影响44-47
• 3.3.3 树脂的稀释和砂型的烘烤对抗拉强度的影响47-48
• 3.4 本章小结48-49
• 第四章 PCM工艺中液体渗流和固化规律的研究49-59
• 4.1 PCM工艺中渗流反应过程分析49-53
• 4.1.1 渗流模型49-52
• 4.1.2 树脂在原砂中渗透的基本定律52-53
• 4.2 渗流过程的实验分析53-55
• 4.2.1 扫面线的纵向和横向粘结53-55
• 4.3 确定合适的分层厚度55-56
• 4.4 确定合适的填充线宽56-57
• 4.5 实验结果分析57-58
• 4.6 本章小结58-59
• 第五章 PCM工艺浇铸实验的验证59-69
• 5.1 铸件砂型设计59-62
• 5.1.1 设计铸件模型59-60
• 5.1.2 打印参数设置60-62
• 5.2 铸型后处理工艺62-65
• 5.2.1 造型材料62
• 5.2.2 铸型后处理62-65
• 5.3 浇注铸件65-67
• 5.3.1 铸造准备65-66
• 5.3.2 浇注铸件66-67
• 5.4 铸件质量评价67
• 5.5 小结67-69
• 第六章 结论69-71
• 参考文献71-75
• 致谢75-77
• 攻读硕士学位期间取得的相关科研成果77
• 发表学术论文77
• 实用新型设计77

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