TiB2-A356復(fù)合材料機器人零件的熔模鑄造工藝與數(shù)值模擬.pdf

1、顆粒增強鋁基復(fù)合材料以其強度高、耐磨性能好、密度小、高溫力學(xué)性能優(yōu)良，且鑄造性能好等優(yōu)點，使其成為航空零件、醫(yī)療器械等領(lǐng)域的理想材料。為滿足機器人零件的良好力學(xué)性能要求，本文選用TiB2/A356復(fù)合材料為熔模澆注材料，以制得質(zhì)量良好的TiB2/A356復(fù)合材料機器人零件為研究目的，對該機器人零件的熔模鑄造工藝過程進行實驗研究和數(shù)值模擬分析，并對其澆注工藝參數(shù)進行優(yōu)化，確保鑄件質(zhì)量良好。
　　1.根據(jù)熔模鑄造工藝過程特點，進行了機

2、器人零件的熔模鑄造型殼制備工藝實驗。設(shè)計了機器人零件的可拆卸式壓型，制得了質(zhì)量良好的機器人零件蠟?zāi)?。選用硅溶膠為粘結(jié)劑，熔融石英為面層耐火材料，煤矸石為背層耐火材料，制得了強度高、抗變形能力好的機器人零件的型殼，為機器人零件的熔模澆注實驗提供材料。
　　2.使用混合鹽反應(yīng)法制備了TiB2/A356復(fù)合材料，并熔模澆注成形。對鑄件的頂部和底部斷面進行電鏡組織實驗，結(jié)果顯示，鑄件頂部和底部的TiB2顆粒都呈均勻分布，顆粒沉降現(xiàn)象不明顯

3、，說明混合鹽法制備的TiB2/A356復(fù)合材料的顆粒能夠均勻分布在熔體中，有效保證了機器人零件的鑄造成形要求。
　　3.使用ProCAST數(shù)值模擬軟件對TiB2/A356復(fù)合材料機器人零件的熔模鑄造過程進行模擬，在初始實驗工藝參數(shù)為澆注溫度700℃、型殼溫度200℃、澆注速度0.04 m/s時，對該機器人零件的充型過程熔體流動情況和凝固過程溫度場變化進行分析，預(yù)測了縮孔、縮松缺陷。結(jié)果表明:鑄件頂部凸臺和底部弧面處出現(xiàn)嚴(yán)重的縮孔縮

4、松，模擬結(jié)果與實驗結(jié)果一致，驗證了ProCAST模擬的準(zhǔn)確性。
　　4.為消除機器人零件表面的縮孔縮松缺陷，對機器人零件的熔模鑄造參數(shù)進行優(yōu)化。將工藝參數(shù)設(shè)為:澆注溫度750℃、型殼溫度350℃、澆注速度0.04m/s，并在鑄件頂部凸臺和冒口處添加保溫材料。模擬結(jié)果顯示:縮孔縮松缺陷主要集中在澆冒口處，機器人零件部分沒有縮孔縮松缺陷。最后在優(yōu)化工藝參數(shù)下進行了TiB2/A356復(fù)合材料機器人零件的熔模鑄造實驗，得到無縮孔縮松缺陷的