目錄引言 11快速砂型鑄造 22快速砂型鑄造用模具材料 42.1塑料模及樹脂模 42.2快速原型紙質(zhì)“?！?42.3快速原型樹脂模 42.4快速原型紙基或樹脂基金屬面模 52.5快速原型金屬面硬背襯模 52.6快速原型金屬模 53常用的各種模具材料的肖氏硬度及強(qiáng)度比較 6參考文獻(xiàn) 7致謝 8焦作大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)論文引言引言砂型鑄造是使用最廣泛，生產(chǎn)量最大的一種基本的鑄造方法。砂型鑄造用模具的材料,使用最多的是木材,此外,還有易熔金屬、輕金屬、泡沫塑料、環(huán)氧樹脂和石膏、水泥等。隨著快速鑄造技術(shù)的發(fā)展,又出現(xiàn)了一些新型的快速砂型鑄造用模具材料，快速砂型鑄造用模具材料制模周期是制約鑄造生產(chǎn)周期的重要因素之一。焦作大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)論文1快速砂型鑄造PAGE321快速砂型鑄造快速砂型鑄造是——在砂型中生產(chǎn)鑄件的鑄造方法。鋼、鐵和大多數(shù)有色合金鑄件都可用砂型鑄造方法獲得。由于砂型鑄造所用的造型材料價(jià)廉易得，鑄型制造簡(jiǎn)便，對(duì)鑄件的單件生產(chǎn)、成批生產(chǎn)和大量生產(chǎn)均能適應(yīng)，長(zhǎng)期以來(lái)，一直是鑄造生產(chǎn)中的基本工藝。砂型鑄造所用鑄型一般由外砂型和型芯組合而成。為了提高鑄件的表面質(zhì)量，常在砂型和型芯表面刷一層涂料。涂料的主要成分是耐火度高、高溫化學(xué)穩(wěn)定性好的粉狀材料和粘結(jié)劑，另外還加有便于施涂的載體（水或其他溶劑）和各種附加物?？焖僮詣?dòng)成型技術(shù)與精密鑄造相結(jié)合，能將CAD模型快速有效地轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘倭慵?，為?shí)現(xiàn)鑄造的短周期、多品種、低費(fèi)用、高精度提供了一條捷徑，同時(shí)可以把傳統(tǒng)的分散化、多工序的鑄造工藝過程集成化、自動(dòng)化和簡(jiǎn)單化?；赟LS的砂型快速鑄造技術(shù)的工藝流程中有多個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題需要解決，其中主要包含：鑄模的三維CAD造型、鑄模的分型方式選擇與處理、鑄型的后處理技術(shù)、澆注工藝研究等。在零件的三維CAD造型建立模型的過程中，必須首先根據(jù)零件的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)確定工藝收縮量，其次要注意探尋零件(包括SLS原型)的變形規(guī)律并尋求解決變形的工藝方法(如在制作過程中盡量減少變形量，或者在設(shè)計(jì)的初期就設(shè)置反變形量以克服變形引起的負(fù)面影響等)。對(duì)于一些形狀復(fù)雜的零件，也需要采取相應(yīng)的分型方式(如曲面分型和增加分型面等)和較多的砂型組合才能完成造型，這不但給澆冒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分型面的選擇帶來(lái)了更多的工作量，而且由于多個(gè)砂型組合必然造成精度的降低，因此也對(duì)后續(xù)的砂型燒結(jié)精度提出了更為嚴(yán)格的要求。鑄件澆冒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分型面的分析和選擇步驟完成以后，就可以進(jìn)行三維CAD造型，然后對(duì)模型進(jìn)行離散化處理，最后就可以利用快速成型設(shè)備進(jìn)行砂型的成型。直接利用激光燒結(jié)成型的砂型強(qiáng)度較低，表面質(zhì)量也不夠好，利用特殊的保護(hù)材料，在普通加熱爐中按照制定的加熱規(guī)范，經(jīng)過約4h焙燒處理，就可以得到高強(qiáng)度的樹脂砂型。為了改善鑄型的表面質(zhì)量，研制了一種具有較好綜合性能的醇基鋯英粉涂料，這種涂料具有避免砂型吸水受潮、簡(jiǎn)化操作、涂敷性能和懸掛性能優(yōu)良、改善砂型表面質(zhì)量效果顯著等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)利用醇基材料的燃燒過程可以將鑄型預(yù)熱，有利于金屬液的順利充型。鑄型的后處理工序完成以后，必須及時(shí)對(duì)砂型進(jìn)行澆注。這樣既可以避免涂料因吸潮而起層，同時(shí)也可以避免砂型因存放過久而造成強(qiáng)度降低等問題。經(jīng)過后處理的激光快速制備的砂型強(qiáng)度較高，所以砂型的澆注過程與普通的砂型鑄造差別不大。為了避免澆注過程中出現(xiàn)跑火等鑄造缺陷，可以利用普通的潮模砂進(jìn)行埋箱操作。處理后的砂型和澆注完成的鋁合金鑄件分別如圖1和圖2所示，可以看出鑄件表面質(zhì)量良好，無(wú)砂眼、澆不足、起皮等鑄造缺陷，與未進(jìn)行砂型表面處理的冒口部分相比較，鑄件本體的表面粗糙度得到了較大程度的改善。利用上述的快速砂型鑄造技術(shù)可以大幅度的縮短鑄件的制造周期，上述散熱片零件的普通砂型鑄造過程約需要3d，而利用快速砂型鑄造技術(shù)，其生產(chǎn)周期可以縮短至10h以內(nèi)。對(duì)于快速成形的零件而言，還具有尺寸在一定范圍內(nèi)任意縮放、所見即所得，返回修改容易，設(shè)計(jì)、修改、驗(yàn)證、制造同步等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于當(dāng)前越來(lái)越多的新產(chǎn)品樣件試制而言，快速砂型鑄造技術(shù)不失為一種快速有效的工藝技術(shù)。砂型鑄造用模具的材料，使用最多的是木材，此外，還有易熔金屬、輕金屬、泡沫塑料、環(huán)氧樹脂和石膏、水泥等。隨著快速鑄造技術(shù)的發(fā)展，又出現(xiàn)了一些新型的快速砂型鑄造用模具材料。焦作大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)論文2快速砂型鑄造用模具材料PAGE82快速砂型鑄造用模具材料制模周期是制約鑄造生產(chǎn)周期的貢要因素之一?？焖偕靶丸T造卞要是指實(shí)現(xiàn)快速制模的工藝，現(xiàn)在常用的快速制模工藝與選用的材料如下。2.1塑料模及樹脂模選用塑料來(lái)制作砂型鑄造用模具材料可以兼容木模和金屬模的優(yōu)點(diǎn)，用塑料制作的模樣不僅表面光潔、不易變形，有良好的耐磨性和抗腐蝕性。同時(shí)貢量也較輕，使用和運(yùn)輸方便，特別是塑料模容易復(fù)制和修復(fù)，降低模樣的制作成本。但是，塑料模制作過程較復(fù)雜，要先制造陽(yáng)模和陰模。因?yàn)槭怯铆h(huán)氧樹脂作基料，因此陽(yáng)模的固化時(shí)間長(zhǎng)，脫模后還要烘烤3～4h,增加了能耗，延長(zhǎng)了制模周期。近些年，研制專門用于砂型鑄造用模具的樹脂材料。這種樹脂模在實(shí)用性與經(jīng)濟(jì)效益方面更優(yōu)于塑料模。實(shí)踐證明，一個(gè)新型樹脂模的使用壽命相當(dāng)于3個(gè)木模，而貢量?jī)H為金屬模的1/4～1/5。同時(shí)模具制造周期也大大縮短，為實(shí)現(xiàn)快速鑄造提供了保障。在塑料模樣中，泡沫塑料氣化模的應(yīng)用近年也比較突出，由這種材料開發(fā)出了實(shí)型鑄造方法。新型氣化模材料的開發(fā)，可以極大地促進(jìn)實(shí)型鑄造和快速鑄造方法的發(fā)展。2.2快速原型紙質(zhì)“?！庇煽焖僭?LOM)方法直接制作的紙質(zhì)“模”，是由經(jīng)特殊處理的紙經(jīng)切割、疊加而成的。在這種紙的下面涂覆有高溫?zé)崛勰z和改性添加物。因此，由這種方法制作的紙質(zhì)模堅(jiān)如硬木，有較好的力學(xué)強(qiáng)度和拋光性能，能承受200℃高溫，可以進(jìn)行切削加工，經(jīng)適當(dāng)?shù)谋砻娣莱碧幚恚ㄈ鐕娡壳迤?、環(huán)氧基涂料等）后，可以替代傳統(tǒng)的木模。采用這種模具的優(yōu)點(diǎn)是:無(wú)需高水平的木模工和相應(yīng)的木工機(jī)械，可以根據(jù)設(shè)計(jì)的圖紙，就能在很短的時(shí)間內(nèi)，用激光快成形機(jī)制作相當(dāng)于“木?！钡母呔饶＞?，對(duì)于制造形狀復(fù)雜的模具，這一優(yōu)點(diǎn)尤為突出。其缺點(diǎn)是后續(xù)打磨處理耗時(shí)費(fèi)力，導(dǎo)致模具制造周期延長(zhǎng)、成本提高。用快速原型(LOM)方制造的紙質(zhì)模，能直接用于快速砂型鑄造的造型，可以貢復(fù)制造50～100件砂型。2.3快速原型樹脂模經(jīng)快速原型(SLS)方法制造的模樣，再經(jīng)樹脂灌注后可以強(qiáng)化其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和表面性能，該模樣可以直接用于砂型鑄造?？焖僭?SLA)方法制造的樹脂件強(qiáng)韌性好，可以作為小批量的砂型鑄造用模具。部分樹脂模也可以用作實(shí)型鑄造方法中的氣化模。2.4快速原型紙基或樹脂基金屬面模砂型鑄造用金屬模一般用鑄造鋁合金經(jīng)切削加工制成。對(duì)由快速原型(LOM)方法或SLSSLA等方法直接制作的紙質(zhì)或樹脂基模，可以經(jīng)表面金屬電弧噴鍍和拋光后用作砂型鑄造用金屬模。通過表面處理技術(shù)的復(fù)合可以極大改善這類模樣的表面性能，如電弧噴鍍和刷鍍技術(shù)的復(fù)合等。2.5快速原型金屬面硬背襯模對(duì)于承受工作壓力較高的模具(如用在震壓式造型機(jī)、高壓造型機(jī)上的模具)，可以用下述方法快速制造金屬面和硬背襯的鑄模。制作方法是先用快速成型機(jī)(LOM,SLS,SLA等方法)制作母模，在母模表面上噴灑脫模劑，用電弧噴鍍或等離子噴鍍法在母模表面噴鍍金屬(厚度1.6～6.4mm)以形成金屬殼體，移去母模，在殼體的背面注入金屬基合成材料或環(huán)氧樹脂，經(jīng)表面拋光，制成金屬面、硬背襯的鑄模。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是鑄模的力學(xué)性能較好，而目，由于噴鍍所得鑄模的輪廓緊貼母模的工作面，其精度僅僅取決于母模的精度，不會(huì)因所噴鍍金屬層的厚度不均勻而影響鑄模的精度。因此，該方法操作比較簡(jiǎn)單、精度易保證。2.6快速原型金屬模用快速原型(SLS)方法，采用高功率激光(1000W以上)，對(duì)金屬粉末進(jìn)行掃描燒結(jié)，逐層疊加成型，成型后的工件經(jīng)表面后處理(打磨、精加工)后完成模具制造。用這種方法可以簡(jiǎn)化制造工序、縮短周期、降低成本，但所獲得的模具的強(qiáng)度不高，擊經(jīng)進(jìn)一步滲入低熔點(diǎn)金屬等處理后才能使用。用快速原型(LOM)方法采用金屬箔代替紙基材料，也可以直接成形為金屬模。焦作大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)論文3常用的各種模具材料的肖氏硬度及強(qiáng)度比較3常用的各種模具材料的肖氏硬度及強(qiáng)度比較常用的各種模具材料的肖氏硬度及強(qiáng)度比較見表1。表1各種模具材料的肖氏硬度及強(qiáng)度比較Tab.1C<;nparisionbetweenshorehardnessandstrengtheon<;erningallkindsofmoldmaterial模具材料硬度/HS抗旅強(qiáng)度/MPaLOM垂直于紙而4566LOM平行于紙而1766鋁模40153松木木模2081由表1可以看出，鋁合金模的強(qiáng)度與硬度最高，因此，從模具整體強(qiáng)度看鋁合金模的用壽命為最高，而用快速原型方法直接制造的模具強(qiáng)度較低。通過分析對(duì)比，要進(jìn)一步提高快速原型所生產(chǎn)的模具的強(qiáng)度與壽命，表面處理是較好的方法之一。焦作大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)論文參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)[1]王運(yùn)贛.快速原型技術(shù).武漢:華中科技人學(xué)出版社.1999。[2]李魁盛.鑄造工藝設(shè)計(jì)基礎(ch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