基于快速原型的金屬粉漿無(wú)壓澆注成型與燒結(jié)實(shí)驗(yàn)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(jiǎn)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(jì)人員想象中的概念模型快速地轉(zhuǎn)換成為試驗(yàn)產(chǎn)品，而試驗(yàn)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(chǎng)，為企業(yè)贏得先機(jī)。因而對(duì)于鋼質(zhì)硬模的快速制作工藝的研究與開發(fā)，更是國(guó)內(nèi)外快速原型應(yīng)用領(lǐng)域研究的熱中之熱。 本文在綜合分析國(guó)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(duì)該工藝中的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)—金屬粉漿無(wú)壓澆注成型與燒結(jié)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。 金屬粉漿是將一種特殊的液態(tài)有機(jī)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(yīng)選用流動(dòng)性較好的液態(tài)環(huán)氧樹脂。本文分別選用進(jìn)口的型號(hào)為DPI-400的熱固性樹脂、國(guó)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(shí)驗(yàn)對(duì)比分析，認(rèn)為其中國(guó)產(chǎn)不飽和類的199[＃]環(huán)氧聚酯樹脂是比較適合本實(shí)驗(yàn)的粘結(jié)劑材料。 而對(duì)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(xué)模型，并據(jù)此模型推導(dǎo)出了它們密排的質(zhì)量配比公式。在實(shí)驗(yàn)中，將兩種粒徑不同的雙形態(tài)混合鐵粉在高扭矩混料機(jī)上充分混合，使他們達(dá)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(jìn)行了對(duì)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(yán)密，可以使得澆注成型的試樣更加密實(shí)，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(bǔ)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(tuán)，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(wú)壓澆注成型工藝是在真空脫泡的情況下，無(wú)需壓力而僅靠重力的作用直接將金屬粉漿澆注進(jìn)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(shí)驗(yàn)，對(duì)該工藝中材料的選用和配備，粉漿流動(dòng)性的控制、粉漿的澆注成型等關(guān)鍵工藝技術(shù)進(jìn)行了分析總結(jié)。 本文還將金屬粉漿無(wú)壓澆注成型的注型坯在氫氣保護(hù)氣氛中進(jìn)行了燒結(jié)，并經(jīng)過多次的實(shí)驗(yàn)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(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)低溫?zé)Y(jié)，將試樣中的粘結(jié)劑均勻脫除；然后以適當(dāng)?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(diǎn)，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(jìn)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(wú)壓澆注成型與燒結(jié)研究的結(jié)果進(jìn)行了實(shí)例應(yīng)用。實(shí)例應(yīng)用表明，本文給出的金屬粉漿無(wú)壓澆注成型與燒結(jié)工藝能夠制得骨架狀制品，同時(shí)也表明本文研究結(jié)果為基于