基于快速原型的金屬粉漿無壓澆注成型與燒結(jié)實驗研究.pdf

1、目前，基于快速原型(RP)制造的快速模具工藝的種類很多，其中按照制模材料的不同，可分為簡易軟模和鋼質(zhì)硬模。由于鋼質(zhì)模具的快速性，可以使得設(shè)計人員想象中的概念模型快速地轉(zhuǎn)換成為試驗產(chǎn)品，而試驗產(chǎn)品一旦成功，人們又可以利用鋼質(zhì)模具的剛度與硬度較大批量地投入生產(chǎn)，使產(chǎn)品快速占領(lǐng)市場，為企業(yè)贏得先機。因而對于鋼質(zhì)硬模的快速制作工藝的研究與開發(fā)，更是國內(nèi)外快速原型應用領(lǐng)域研究的熱中之熱。 本文在綜合分析國內(nèi)外各種基于快速原型的快速模具工藝

2、技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出的基于快速原型的金屬鋼質(zhì)硬?？焖僦圃旃に嚵鞒蹋强焖僭图夹g(shù)與粉末冶金技術(shù)相結(jié)合的一種工藝方法，為快速制作鋼質(zhì)模具提供了一種新的工藝思路。本文主要對該工藝中的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)—金屬粉漿無壓澆注成型與燒結(jié)進行了實驗研究。 金屬粉漿是將一種特殊的液態(tài)有機粘結(jié)劑與金屬粉末按照一定比例混合均勻形成的一種液態(tài)漿體材料，其中粘結(jié)劑應選用流動性較好的液態(tài)環(huán)氧樹脂。本文分別選用進口的型號為DPI-400的熱固性樹脂、國產(chǎn)的不飽和類

3、196[＃]聚酯樹脂、以及在其基礎(chǔ)上加有環(huán)氧的199[＃]聚酯樹脂為粘結(jié)劑，通過實驗對比分析，認為其中國產(chǎn)不飽和類的199[＃]環(huán)氧聚酯樹脂是比較適合本實驗的粘結(jié)劑材料。 而對于其中金屬粉末的使用，本文建立了兩種粒徑不同的雙形態(tài)混合鐵粉顆粒密排的數(shù)學模型，并據(jù)此模型推導出了它們密排的質(zhì)量配比公式。在實驗中，將兩種粒徑不同的雙形態(tài)混合鐵粉在高扭矩混料機上充分混合，使他們達到密排的效果，然后分別使用雙形態(tài)混合鐵粉和單一形態(tài)的鐵粉做出

4、形狀相同的四組試樣進行了對比分析，分析表明：采用由粒徑不同的兩種鐵粉組成的雙形態(tài)混合鐵粉，一方面由于微觀上鐵粉顆粒密排嚴密，可以使得澆注成型的試樣更加密實，從而了減少粘結(jié)劑的體積含量，有利于粘結(jié)劑的脫除；另一方面粒徑較小的鐵粉顆?？梢蕴钛a粒徑較大的鐵粉顆粒之間的大孔隙，避免粘結(jié)劑積聚成團，使粘結(jié)劑在鐵粉顆粒之間分布較為均勻，而且大小顆粒之間可以建立良好的支架，為粘結(jié)劑的脫除提供通暢的通道，不但有利于粘結(jié)劑的脫除，而且有利于內(nèi)部孔隙分布均

5、勻的骨架狀材料的制備。 金屬粉漿無壓澆注成型工藝是在真空脫泡的情況下，無需壓力而僅靠重力的作用直接將金屬粉漿澆注進事先通過RP制作好的硅橡膠軟模中，然后經(jīng)過粘結(jié)劑的固化而直接成型的一種快速成型方法。本文通過大量實驗，對該工藝中材料的選用和配備，粉漿流動性的控制、粉漿的澆注成型等關(guān)鍵工藝技術(shù)進行了分析總結(jié)。 本文還將金屬粉漿無壓澆注成型的注型坯在氫氣保護氣氛中進行了燒結(jié)，并經(jīng)過多次的實驗和分析，給出了比較合理的燒結(jié)工藝規(guī)范

6、，即在燒結(jié)的起始階段，進行較長時間的持續(xù)低溫燒結(jié)，將試樣中的粘結(jié)劑均勻脫除；然后以適當?shù)纳郎厮俾蕦囟壬敛桓哂阼F粉液態(tài)燒結(jié)的臨界溫度點，將鐵粉顆粒燒結(jié)在一起，從而制得內(nèi)部孔隙均勻分布的骨架狀試樣。這種骨架狀試樣的制得，十分有利于進行滲銅致密并最終制得金屬模具制件。 本文最后將金屬粉漿無壓澆注成型與燒結(jié)研究的結(jié)果進行了實例應用。實例應用表明，本文給出的金屬粉漿無壓澆注成型與燒結(jié)工藝能夠制得骨架狀制品，同時也表明本文研究結(jié)果為基于