基于RP的快速精密铸造工艺的研究
快速成型技术在铸造领域的应用概况(精)
引言
快速成型技术 与 传统的铸造技术 相结合
快速成型与3D打印应用
形成---------快速铸造技术 (Rapid Casting -RC)
快速成型技术快捷地提供
铸造所需的蜡样 可消失熔模 木模或砂模（用于砂型铸造的 ）
快速成型与3D打印应用
RP 技术出现以来，一直在铸造领域有着比较活跃的 应用。在典型铸造工艺如熔模铸造等中为单件或小批量铸 造产品的制造带来了显著的经济效益。
快速成型技术的出现，为铸造的铸模生产提供了速度 更快、精度更高、结构更复杂的保障。
1. 应用分类
快速成型与3D打印应用
快速熔模铸造ຫໍສະໝຸດ 快速陶瓷型铸造M1
M2
M4
M3
快速砂型铸造
快速石膏型铸造
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基于RE和RP技术的锌合金及环氧树脂快速模具制造技术
收稿日期：2005-04-12作者简介：杨孟涛（1973-），男，四川宜宾人，硕士，助教。
基于RE 和RP 技术的锌合金及环氧树脂快速模具制造技术杨孟涛（重庆科技学院，重庆400050）摘要：介绍了一种快速原型技术的新的分类方法，重点对基于RE 和RP 技术的锌合金及环氧树脂快速模具制造技术进行了详细分析。
通过实验对环氧树脂复合材料的性能进行了分析，并列举了两种快速制模技术的相关工艺实例及其适合的应用领域。
关键词：反求工程；快速原型技术；快速模具技术；锌合金；环氧树脂中图分类号：TG241文献标识码：A文章编号：1673-1980（2005）03-0056-05在激烈的市场竞争当中，为了抢占先机，企业不仅要及时设计出符合市场消费需求的产品，而且必须很快地投放市场。
对动态变化和难以预测的市场需求作出快速响应，高效实现多品种、小批量的敏捷化生产，已经成为制造业的重要前沿研究领域。
近年来，反求工程（RE ）、快速原型技术（RP ）等蓬勃兴起，使得快速响应市场需求的产品开发成为可能。
基于RE 和RP 技术的快速模具制造已成为当前模具制造业的热点，并被广泛地研究和应用。
该技术被美国汽车工程杂志评为全球15项重大技术之首［1］。
1反求工程和快速原型技术反求工程不仅仅是简单地再现产品模型，而是要进一步改进、提高产品原型。
广义的产品“反求工程”包括形状（几何）反求、工艺反求和材料反求等诸多方面，是一个复杂的系统工程。
目前，国内外大多数有关“反求工程”的研究都集中在几何形状，及重建产品实物的CAD 模型方面。
对产品几何形状反求首先需要用各种扫描仪获取产品的空点云，再通过Surfacer 等点云处理软件与UG 、I -deas 等的配合使用构造出该产品的三维几何模型。
快速原型技术是根据在计算机上构成的工件的三维模型，对其进行分层切片，得到各层截面的二维轮廓，按照这些轮廓，成型头有选择性地作用于每一层的成型材料，形成各个截面的轮廓，并逐步顺序叠加成三维工件。
2.第2章 快速成型技术及其在铸造中的应用解析
第2章快速成型技术及其在铸造中的应用2.1 引言快速成型（Rapid Prototyping-RP）技术是国际上新开发的一项高科技成果，简称快速成型技术。
它的核心技术是计算机技术和材料技术。
快速成型技术摒弃了传统的机械加工方法，根据CAD生成的零件几何信息，控制三维数控成型系统，通过激光束或其它方法将材料堆积而形成零件的。
用这种方法成型，无需进行费时、耗资的模具或专用工具的设计和机械加工，极大地提高了生产效率和制造柔性。
从制造原理上讲，快速成型（RP）技术一改“去除”为“堆积”的加工原理，给制造技术带来了革命性的飞跃式发展。
基于RP原理的快速制造技术经十几年的发展，在创新设计、反求工程、快速制模各方面都有了长足的进步。
RP技术的应用可大大加快产品开发速度，缩短制造周期，降低开发成本。
现代市场竞争的特点是多品种、小批量、短周期，要求企业对市场能快速响应并不断推出新产品占领市场，如新型电话机的市场寿命仅6个月，又如台湾和日本摩托车行业，每三个月就推出一种新型摩托车投入市场，摩托车几万辆就需改型。
二十世纪九十年代以来，在信息互联网支持下，由快速设计、反求工程、快速成形、快速制模等构成的快速制造技术取得很大进展。
快速成形技术最早产生于二十世纪70年代末到80年代初，美国3M公司的Alan J. Hebert(1978)、日本的小玉秀男(1980)、美国UVP公司的Charles W. Hull(1982)和日本的丸谷洋二(1983)，在不同的地点各自独立地提出了RP的概念，即用分层制造产生三维实体的思想。
Charles W. Hull 在UVP的继续支持下，完成了一个能自动建造零件的称之为Stereolithography Apparatus (SLA)的完整系统SLA-1，1986年该系统获得专利，这是RP发展的一个里程碑。
同年，Charles W. Hull和UVP的股东们一起建立了3D System公司。
快速成型（RP）制件精度控制体系与误差补偿研究
第一章绪论1.1引言当今时代，制造业市场需求不断向多样化、高质量、高性能、低成本、高科技的方向发展，一方面表现为消费者兴趣的短时效和消费者需求日益主体化、个性化和多元化；另一方面则是区域性、国际市场壁垒的淡化或打破，要求制造业的厂商必须着眼于全球市场的激烈竞争。
因此快速地将多样化、性能好的产品推向市场成为了制造业厂商把握市场先机的关键，由此导致了制造价值观从面向产品到面向顾客的重定位，制造战略重点从成本与质量到时间与响应的转移，也就是各国致力于CIMS（Computer Integrated Manufacture System）、并行工程、敏捷制造等现代制造模式的研究与实践的原因[1]。
快速成型(Rapid Prototyping)技术正是在这种时代的需求下应运而生的，是在现代CAD/CAM技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术等基础上集成发展起来的一项先进制造技术，对促进企业产品创新、缩短开发周期、降低开发成本、提高产品竞争力有积极推动作用，例如RP技术的应用使从设计到实际投产开发时间减少了60%，甚至90%[2]。
它可以在无需准备任何模具、刀具和工装卡具的情况下，直接接受产品设计（CAD）数据，快速制造出新产品的样件、模具或模型。
由传统的“去除法”到今天的“增长法”，由有模制造到无模制造，这就是RP技术对制造业产生的革命性意义[2]。
自出现以来，快速成型技术就以其全新的制造思想、迅速的产品制造速度、灵活多变的产品模型，受到学术界和制造业的极大关注。
快速成型技术由于适应了现代先进制造技术的发展需求，发展十分迅猛，在发达国家已经成为一个新产业分支和先进制造技术的一门支柱产业[3]。
随着制造工艺和材料科学的发展，RP技术快捷的技术优势将会越来越明显，其应用的领域也将越来越广泛。
快速成型产品的研发速度是RP技术的优势之一，是推动RP技术发展的重要动力。
但是，目前快速成型制件的精度还不能令人满意，成为制约RP技术发展的重要因素。
基于RP的快速模具制造技术研究
基于RP的快速模具制造技术研究
林峰;汪建平
【期刊名称】《轻工机械》
【年(卷),期】2006(024)003
【摘要】论述了RP(快速原型)技术的工艺原理、加工特点及成型工艺方法,分析了基于RP的快速模具制造技术,并通过实例验证了该技术的可行性和实用性,在未来快速模具制造行业中具有较广阔的应用前景.
【总页数】3页(P70-72)
【作者】林峰;汪建平
【作者单位】浙江工业大学浙西分校机电系,浙江,衢州,324000;浙江工业大学浙西分校机电系,浙江,衢州,324000
【正文语种】中文
【中图分类】TG76
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1.基于RP的快速模具制造技术的应用研究 [J], 贾吉林;张昌明
2.基于ERP的快速模具制造系统设计 [J], 唐红梅;杨明忠;张青
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4.基于RP的非占位涂层快速模具制造技术研究 [J], 单忠德;颜永年;张人佶
5.基于RP原型的电弧喷涂快速模具制造技术研究 [J], 谷诤巍;袁达;张人佶;颜永年因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
应用RE与RP技术进行汽车排气管铸造模具快速制造
应用RE与RP技术进行汽车排气管铸造模具快速制造
王志奎;赵玉军
【期刊名称】《南阳理工学院学报》
【年(卷),期】2010(002)006
【摘要】汽车排气管是汽车重要的零部件之一,其结构复杂,难以用传统的方法进行产品和模具的再设计及二次开发.本文论述应用反求工程(RE)及快速成形(RP)技术对汽车排气管铸造模具进行快速制造的技术.通过三坐标测量机获取排气管表面的空间点数据,进一步获得产品的CAD数字模型,通过CAD分模功能获得排气管铸造模具模型;基于分层制造、逐层叠加成形的原理,采用快速成型技术直接、精确、快速地进行汽车排气管铸造模具的制造.从模具的概念设计到制造完毕仅为传统加工方法所需时间的1/3和成本的1/4左右,应用RE与RP技术进行模具的快速制造方法已为业界高度重视.
【总页数】3页(P49-51)
【作者】王志奎;赵玉军
【作者单位】南阳理工学院,河南,南阳,473004;南阳理工学院,河南,南阳,473004【正文语种】中文
【中图分类】TP391.72
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4.应用Pro／E软件进行铸造模具的设计与制造 [J], 石光林
5.汽车轮毂铸造模具的快速制造计 [J], 翟传伟;焦天喜;张勇
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基于RP技术的快速模具制造（1）
第2期(总第135期)2006年4月机械工程与自动化M ECHA N ICAL EN GI NEER IN G & AU T O M A T IO N N o.2Apr.文章编号:1672-6413(2006)02-0163-03基于RP 技术的快速模具制造张昌明,冯晓宁,王 铁(太原理工大学机械工程学院,山西 太原 030024)摘要:介绍了快速原型制造(R P)技术的发展情况和几种基于R P 技术的快速模具制造方法,并对这几种快速模具制造方法做了详细介绍。
最后指出RP 的应用将大大促进模具制造技术的进步,对提高产品质量、加速新产品的开发以及降低工装模具的费用等方面都有积极的意义。
关键词:快速原形制造;快速模具制造;注塑模具中图分类号:T G76 文献标识码:A收稿日期:2005-09-05;修回日期:2005-11-01作者简介:张昌明(1978-),男,陕西咸阳人,硕士研究生。
0 引言产品的制造离不开模具,而模具的设计、制造是一个多环节、多反复的复杂过程。
传统的模具制造要用到车、铣、刨、钻、磨、电蚀等加工方法,才能得到所需的模具形状和尺寸。
要设计和制造出一副合格的模具,往往需要经过由设计、加工到试模的多次反复,因此模具制作成本高、周期长,而且精度不易保证,有时甚至造成模具的报废。
当前,随着全球化统一市场的形成,企业间的竞争越来越激烈,产品更新的周期越来越短,对产品的质量要求也越来越高,传统模具生产已很难适应当前的形势。
快速原型制造(Rapid Proto typing ,简称RP )技术是20世纪80年代后期发展起来的一种高新制造技术,它将现代计算机技术、激光加工技术及新材料技术集于一体,其原理是根据对三维CAD 电子模型进行分层切片处理,得到一系列的二维截面轮廓,然后用激光束或其它方法切割、固化或烧结某种状态材料,得到一层层的产品截面并逐步叠加成三维实体。
RP 技术摒弃了传统机械加工的“去除”加工法,而采用全新的“增长”加工法,将复杂的三维加工分解成简单的二维加工的组合。
RP技术在摩托车气缸头低压铸造模具中的应用
!"技术在摩托车气缸头低压铸造模具中的应用重庆工学院张鹏!夏华许洪斌代兵摘要为实现摩托车气缸头低压铸造模具的快速、低成本改造，采取了各种快速原型技术，解决了模具改造中设计检验和砂芯样件制造问题。
关键词：快速原型!"气缸头低压铸造模具中图分类号：#$%&’；#$%&()%文献标识码：*文章编号：’++’,%&&(（%++-）.’,+’//,+%摩托车发动机气缸头结构复杂、技术要求高。
基于低压铸造适合于复杂铝合金铸件生产的特点，很多企业采用低压铸造来生产气缸头。
某企业!年前从国外引进了低压铸造设备和一套价值近"##万元的模具来生产$$%!#发动机气缸头（见图%）。
为缩短了"!#新产品的开发周期、降低产品的成本，企业希望通过改造$$%!#气缸头模具来实现$$"!#气缸头的生产，并要求能保证原有产品的生产。
我们知道模具改造比新设计一个模具更复杂，原因在于模具既要满足原有产品的结构要求，又要能满足新产品结构要求。
为了确保该项目的研究成功和加工周期，我们利用包括并行工程、远程协作、&’造型、快速原形（()）、精密数控加工、*++测量等先进技术，制定了详细的技术方案，并对方案的经济性、可行性进行了全面的分析。
图%$$"!#产品%制订改造方案发动机气缸头的模具与一般模具不同，需要&副模具。
因此模具改造包括改造主模具%副、新设计制造气道砂芯模、凸轮链轮组合砂芯模各一副。
在了解原有模具结构、性能、材料等的前提下，首先提出改造要求。
模具大的结构不改变，模具为%模两件，,侧抽芯，更换的所有型面修改的型腔部分；散热叶片由%#片增为%%片，共-组--片；更换燃烧室硬模；凸轮室上模根据资料尺寸下沉；砂芯模也下沉相应尺寸；根据气道形状大小和射沙机设计制造气道砂芯模%副；新设计模具的具体尺寸形状以定型修改后的$$"!#发动机气缸头的三维模型为准。
有关快速成型技术论文
快速成型技术快速原型制造技术，又叫快速成形技术，（简称RP技术）；英文：RAPID PROTOTYPING（简称RP技术），或RAPID PROTOTYPING MANUFACTUREING，简称RPM。
快速成型（RP）技术是九十年代发展起来的一项先进制造技术，是为制造业企业新产品开发服务的一项关键共性技术, 对促进企业产品创新、缩短新产品开发周期、提高产品竞争力有积极的推动作用。
自该技术问世以来，已经在发达国家的制造业中得到了广泛应用，并由此产生一个新兴的技术领域。
RP技术是在现代CAD/CAM技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的。
不同种类的快速成型系统因所用成形材料不同，成形原理和系统特点也各有不同。
但是，其基本原理都是一样的，那就是"分层制造，逐层叠加"，类似于数学上的积分过程。
形象地讲，快速成形系统就像是一台"立体打印机"。
通俗一点说, 快速成形就是利用在三维造型软件中已经设计的数字三维模型, 通过快速成型设备(快速成形机), 制造实体的三维模型的技术.RP技术的优越性显而易见：它可以在无需准备任何模具、刀具和工装卡具的情况下，直接接受产品设计（CAD）数据，快速制造出新产品的样件、模具或模型。
因此，RP技术的推广应用可以大大缩短新产品开发周期、降低开发成本、提高开发质量。
由传统的"去除法"到今天的"增长法"，由有模制造到无模制造，这就是RP技术对制造业产生的革命性意义。
●快速成形技术有以下特点：●制造原型所用的材料不限，各种金属和非金属材料均可使用●原型的复制性、互换性高●制造工艺与制造原型的几何形状无关，在加工复杂曲面时更显优越●加工周期短，成本低，成本与产品复杂程度无关，一般与传统加工模型的工艺相比, 快速成形在制造费用上可以降低80%，加工周期可以节约70%以上●高度技术集成，可实现了设计制造一体化●曾经和目前仍然为主流的快速成形技术有以下几种：⏹立体光刻技术(SL/SLA)●SLA的工作原理是以液态光敏树脂(例如一种特殊的环氧树脂)为造型材料，采用紫外激光器为能源:一种是氦一福激光器(波长325nm，功率15~50MW)，另一种是氨离子激光器(波长351~365nm，功率100~500MW )，激光束光斑大小为0.05~3mm。
快速成型及快速熔模铸造技术_李林钢
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精密制造与自动化 基于这样的事实，空心结构在较低的温度下会软 化， 在达到临界应力之前会向自身内部塌陷。 Quick Cast 利用大剖面线间距由大量相互连接的正方形或 三角形单元的内部框架来支撑起一层薄密的外部型 壳，在外表面上设置了许多小孔，允许内部塌陷的 树脂在零件铸造后被排出。据报道，早期的 Quick Cast 模型在解决型壳开裂问题仅仅部分地获得了成 功， 型壳开裂问题只是在引入 Quick Cast2.0 后才被 彻底地解决了，它提供了一种在蒸汽中可以瓦解的 内部六角蜂窝状架构。 对于采用熔融堆积成形制造的塑料（ABS）模 型，这种稀疏的（交叉线）构建方式被用于创建空 心结构。 熔融沉积成形制造的空心模型， 采用 1.5 mm 的型壳厚度（恒定的壁厚为 0.254 mm）相互连接的 四方形单元的内部结构。ABS 塑料模型基于铸造问 题、除灰、工艺参数、耐温性和热力学性质的详细 评估已经完成。 这些令人满意的结果确定了 ABS 塑 料模型的潜力。然而，为了适应 ABS 塑料模型，必需 对一些熔模铸造工艺进行修改。 对于粉基快速成型技术（如 SLS 和 3D-P） ，由 于材料的塌陷，要制造空心的内部结构是不可能 的。不过，为了优化烧熔的零件，脱壳技术可以用 于制造模型的外壳，高孔隙率的夹带粉剂阻止了模 型的过度膨胀和型壳开裂。 适用于 SLS 的几种建模 材料，即蜡和聚碳酸酯已经被引入到熔模铸造中。然 而，这些材料建造的模型常常受到畸变、表面粗糙 度和型壳开裂等困扰，这是由于聚碳酸酯零件在蒸 汽过程中起泡引起的。Cast Form PS（一种聚苯乙 烯基粉剂） 是由 3D Systems 公司提供的用于建造熔 模铸造模型的一种最新的材料。Cast Form PS 模型 有类似于蜡的特性并能用最小的修改，适用于标准 铸造生产。Cast Form PS 所必需的后处理包括在蜡 液中浸泡以密封其表面的孔隙和提高模型强度。 LOM 纸模型也已被应用于熔模铸造中。 已完成 的 LOM 模型需要涂一层密封胶以防止由于吸湿性 引起的分层和膨胀。 LOM 模型具有低热膨胀系数且 廉价。 1.1.2 模型质量 许多不同的快速成型模型都很好地落在可接受 的误差范围内（ 0.05～ 0.254 mm） ，并且大多数 都满足熔模铸造所需的表面质量（Ra 为 16～20 μm） 。 在熔模铸造中，模具与铸件的表面质量直接相关，未
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收稿日期:2006 10 28; 修订日期:2006 11 07基金项目:国家自然科学基金资助项目(50235020),陕西省教育厅专项科研计划项目(05JK200)作者简介:屈银虎(1962 ),陕西省西安市人,博士生,教授.主要从事铸造材料、快速精密铸造工艺的研究开发与教学工作.Email:qu yinhu@sin 铸造技术F OU N DRY T ECH NO LO GY Vo l.27No.12Dec.2006基于RP 的快速精密铸造工艺的研究屈银虎1,2,李涤尘1,邢建东1(1.西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室,陕西西安710049;2.西安工程大学,陕西西安710048)摘要:研究了用立体光刻快速原形作为模的精密铸造的型壳制造工艺。
结果表明,用石英粉100、三聚磷酸钠3、锂基膨润土2、P VB 溶液7、微量的JF C 和适量的甲醇,充分搅拌,制得耐火浆料。
在模的表面浸涂耐火浆料并撒石英砂数次,直至结成5~10mm 厚的型壳。
在35 烘箱内烘干8~10h,300 装炉,以300 /h 升温到950 ,保温30min,即得浇注所需型壳。
将石英粉换为其它耐火粉料并对配比略加调整,即可制得其它耐火粉料的型壳,用于其它合金的铸造。
关键词:快速精密铸造;型壳;浆料;快速成型中图分类号:TG249.9 文献标识码:A 文章编号:1000 8365(2006)12 1286 03Research on the Rapid precision Casting Precess based onthe Rapid Prototyping TechnologyQU Yin hu 1,2,LI Di chen 1,XING Jian dong1(1.the State Key Lab for Manufacturing System Engineering,Xi an Jiaotong University,Xi an 710049,C hina;2.Xi an Polytechnic University,Xi an 710048,C hina)Abstract:Preparation of m ouldin g sh ell used Stereolithography Apparatus prototypes as the moulds was discussed .The experimental results in dicates that m ixtu re of silica powder 100,N a5P3O13,Li bentonite 2,20%PVB solu tion 7,tin y JFC and appropriate amoun t methan ol cou ld served as the refractory slurry,the refractory slu rry was coated an d silica grains was scattered on th e prototypes for several times un til 5~10m m thickn ess of mouldin g shell,then baked at 35 for 8to 10hr.,come into fu rnace for baking in 300 ,an d the temperature of fu rnace was increased to 950 by 300 /h ,kept for 30min and cool off,th e mou lding sh ell was ready.silica powders was replaced by other refractory,an d formu la was readjusted sligh tly,the mixtures could u se for many alloys castings.Key words:R apid precision casting;Mouldin g shell;Slurry;R apid prototyping快速成型技术(Ripid Pro totyping RP)是20世纪80年代末制造技术领域出现的一项先进制造技术。
近年来快速成型技术正在快速发展,新的成型方法层出不穷。
但目前仍以立体光刻技术,又称激光选择性固化技术)(SLA)、分层实体制造技术(LOM )、选择性激光烧结技术(SLS)、熔融沉积技术(FDM )、三维印刷技术(3DP)、热塑性材料选择性喷洒(Ink jet)。
SLA 工艺是其中最成熟、精度高的一种方法[1]。
本研究快速精密铸造的光敏树脂原型即是采用SLA 工艺制作。
目前快速成型技术主要用于制造树脂零件或原型,难以直接用于制造金属功能件。
本文研究以快速原型为基础制造金属零件的快速精密铸造技术。
实质是将快速成型技术与实型铸造、精密铸造工艺有机结合在一起,其工艺过程是用快速成型技术制得的原型代替熔模铸造中的蜡模,在其上涂挂耐火浆料,固化后高温焙烧使树脂原形燃烧去除而得到型壳,最后造型浇注,从而达到缩短金属件生产周期和降低成本的目的。
基于SLA 技术的快速精密铸造的工艺流程见图1。
快速成型技术与铸造工艺的结合使得快速成型技术与铸造技术两者的优点均得到充分的发挥。
基于SLA 原型快速精密铸造技术适用于制造形状复杂的铸件,在单件、小批量生产中具有快速、低成本的优点,可铸造出结构形状复杂、难于用其他方法加工的精度较高的铸件,如叶轮、空心叶片、人体骨骼、人工关节等。
!1286!∀铸造技术#12/2006屈银虎等:基于R P 的快速精密铸造工艺的研究图1 快速精密铸造工艺流程图Fig.1 F low chart o f the r apid pr ecision casting precess1 主要试验材料及试验方法1.1 耐火材料常用的耐火材料有石英粉、莫来石粉、锆英粉、铝矾土粉等。
1.2 粘结剂聚乙烯醇缩丁醛(PVB)是聚乙烯醇和丁醛在酸性介质中缩聚而成,为白色或淡黄色粉末,能溶于酒精和甲醇,可作为醇基涂料的增稠剂和粘结剂,属憎水型有机粘结剂,用作低温粘结剂。
磷酸盐:可以提高涂料的表面强度和高温性能,也可以有效的提高涂料的曝热抗裂性,当加入0.2%~0.5%时开裂时间就成倍增长,当加入量超过1.0%时在曝热的条件下,长期停留都不开裂[2]。
根据实验条件选用三聚磷酸钠,用作高温粘结剂。
实验配制自干型醇基涂料。
在我国采用的最多的快干涂料载体是乙醇基载体,由于甲醇的沸点低,挥发更快,故选用甲醇作载体。
1.3 悬浮剂常用的悬浮剂有:膨润土、有机膨润土、锂基膨润土、凹凸棒土、SN 悬浮剂。
实验选用锂基膨润土作悬浮剂。
1.4 光固化树脂试验采用由西安交通大学先进制造技术研究所研制的LPR300 1型光固化树脂制作原型,光固化树脂的技术指标见表1。
1.5 其他材料包括载液甲醇、消泡剂正丁醇和表面活性剂JFC 等。
实验材料见表2。
表1 光成型用树脂的基本性能T ab.1 Specificatio n o f the photo cur abl resin外观30 粘度(CP)密度/(g/cm 3)(22 )(液态)抗拉强度/M Pa 硬度(sho re D)拉伸模量/M P a 断裂延伸率(%)玻璃转化温度T g/ 淡黄色159.71.1066.683.445172.259.2表2 实验材料T ab.2 M aterials used in experiment 材料名称作 用规 格石英粉耐火填料工业级聚乙烯缩丁醛(PV B)粘结剂工业级锂基膨润土悬浮剂工业级三聚磷酸钠高温粘结剂化学级甲醇液体载体化学级石英砂撒沙用料工业级1.6 试验方法焙烧采用SX2 8 13高温箱式电阻炉,最高工作温度1300 ,在不同温度下将涂挂好浆料并干燥过的试样放入炉内,以300 /h 的速度升温到950 ,保温30min,随炉冷却到室温出炉。
2 试验结果及分析2.1 树脂原型的制作先用PRO/E 设计中空的三维CAD 模型,转换为标准输入格式ST L 文件,进行分层加支撑,再由西安交通大学先进制造技术研究所研制开发的激光快速成型机(Laser Prototyping System ) LPS600A 制作光敏树脂原型,构成大部分为中空的模型,除去支撑结构,清洗内部和外部残留的树脂,构成精密铸造所需的熔模。
中空原型的厚度小于2m m [3],见图2。
2.2 原型表面处理用工业酒精和丙酮对树脂原型表面和型腔内部进行清洗;还可对原型表面光整处理,提高原型表面光洁度。
2.3 制造型壳2.3.1 浆料的配制配制20%聚乙烯醇缩丁醛(PVB)的甲醛溶液。
分别称取100份的石英粉、3份的三聚磷酸钠粉末、2份的锂基膨润土倒入容器,搅拌均匀,随后加入7份的PVB 溶液并搅拌,最后加入适量的甲醇溶液调整浆料粘度,充分搅拌并静置回性30min,使气泡溢出。
涂挂前加入微量正辛醇消除浆料中的气泡。
为提高浆料的浸润及渗透能力加入微量的JFC 。
2.3.2 型壳的涂挂撒砂过程采用浸涂法,首先在树脂原型表面浸涂耐火涂料,并撒上一层石英砂,将已撒砂的原型,在电热鼓风干燥箱内以35 的温度吹风干燥1h 后,再涂挂下一层,重复数次,直至在原型表面结成5~10mm 厚的型壳。
型壳涂挂完成后,在烘箱内以35 的温!1287!F OU N DRY T ECH NO LO GYVo l.27No.12Dec.2006度再吹风烘干8~10h,然后进行型壳的焙烧去除树脂原型,见图3。
图2 树脂原型 图3 涂挂好的型壳F ig.2 SL A pr oto type F ig.3 M oulding shell andpr oto type2.3.3 型壳焙烧光固化树脂原型所用树脂的强度比一般模料强度高、刚性好,容易燃烧且残余物少,因此是很好的模料。
这种光敏树脂的热膨胀系数与蜡料为同一量级,比精铸型壳材料高1~2个量级,光固化树脂属于热固性塑料,与一般模料不同之处是光固化树脂只能软化而不能熔化流失[4]。
经测定,光固化所用树脂原型大约在50~60 时开始软化,超过300 后树脂的分子结构开始崩溃,达到600 时,树脂材料燃烧分解成CO2、水汽和少量残留物。
光固化树脂的热重分析曲线见图4。
图4 光固化树脂的热重分析曲线F ig.4 TG A curv e o f pho tocured resin型壳焙烧是在SX2813高温箱式炉中完成的。
焙烧工艺为将烘干的带树脂原型的耐火型壳在300 装炉,升温速率为300 /h,到950 保温30min后出炉空冷。