基于微喷射粘结成形的铸造型壳工艺研究

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精密铸件尺寸精度高、表面质量好,广泛应用于航空航天等领域精密铸件的生产。但精密铸造型壳的生产周期长,工序繁多,生产自动化水平低,不太适合定制化、短周期的生产模式。微喷射粘结成形(Micro Jetting and Bonding,以下简称微喷射)工艺成形尺寸大,无需支撑,可制造具有复杂结构的零件,具有整体成形型壳的技术优势。本文使用微喷射技术制造型壳,对材料工艺参数、设备工艺参数以及烧结等后处理工艺进行了初步研究,为精密铸造型壳的快速制作提供了一种新的技术途径。本文首先研究了以水玻璃粉末粘结剂及有机酯作为固化剂的型壳材料体系的可行性,在常温及加热两种条件下,分析了粉末水玻璃、有机酯固化剂、去离子水对型壳性能的影响。研究表明,去离子水是粉末水玻璃迅速溶解、液化的关键因素,水分的多少直接影响型壳的性能。常温成形时,使用模数为2.58的水玻璃搭配中酯有较高强度,抗压强度可达3.4MPa;加热成形时,高模数水玻璃搭配慢酯、低模数水玻璃搭配中酯有较高强度,抗压强度可达8.9 MPa。其次研究了微喷射型壳成形工艺,采用水玻璃粉末与白刚玉混合粉料作为粉床,去离子水与有机酯作为固化剂。实验表明,随着水玻璃加入量增加,试样抗压强度逐渐增加,尺寸偏差逐渐下降;层厚越小强度越大,尺寸偏差越小;X、Y方向尺寸偏差相近,均小于Z方向偏差。水玻璃加入量20%,层厚0.2mm,分辨率720×800时,抗压强度可达1.6MPa;X、Y尺寸偏差为0.06~0.09mm,Z尺寸偏差不超过2.4mm。最后研究了烧结时间、烧结温度对强度、收缩率的影响。随着烧结时间增加,抗弯强度整体趋势为逐渐升高;随着烧结温度增加,强度先升高后降低。水玻璃含量不同,试样内部砂粒粘结状态不同,烧结后抗弯强度、收缩率也不同。为减小型壳烧结后收缩率,在原砂中加入短纤维状的TF3粉末。TF3粉末能嵌入砂粒孔隙、起支撑作用,减少收缩。TF3加入量为10%时,可显著减小试样尺寸变化量,同时提高型壳的高温抗压强度。
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