快速成型技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、中北大學(xué)2008屆畢業(yè)論文1 引言1.1 快速成型技術(shù)簡(jiǎn)述快速原型制造（rapid prototyping，簡(jiǎn)稱rp）技術(shù)，又稱快速成型技術(shù)，是20世紀(jì)80年代后期首先在美國(guó)產(chǎn)生并商品化，90年代在全球迅速發(fā)展起來的制造新技術(shù)?？焖俪尚图夹g(shù)與50年代的數(shù)控技術(shù)和最近20年發(fā)展起來的特種加工技術(shù)一樣是一種全新的制造技術(shù)，是制造領(lǐng)域的又一重大突破，是先進(jìn)制造技術(shù)群中的重要組成部分。它是一種基于離散堆積成型的數(shù)字化制造技術(shù)，集激光技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（cad）、計(jì)算機(jī)輔助制造（cam）、計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)（cnc）、精密檢測(cè)技術(shù)、精密機(jī)械、精密伺服驅(qū)動(dòng)和新材料技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)于一體的綜合高新技術(shù)。它能根據(jù)

2、cad模型（電子模型）自動(dòng)、直接、快速、精確地將設(shè)計(jì)思想物轉(zhuǎn)化為具有一定功能的原型或直接制造零件，在不用模具和工具的條件下生成幾乎任意復(fù)雜的零部件，解決了從設(shè)計(jì)到制造的快速對(duì)接問題，從而可以對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行快速評(píng)價(jià)、修改及功能試驗(yàn)，有效地縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期，滿足了當(dāng)今競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的市場(chǎng)對(duì)新產(chǎn)品快速開發(fā)和快速制造的要求12。與此同時(shí)，經(jīng)濟(jì)全球化趨勢(shì)正不斷加強(qiáng)，各個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)交流、經(jīng)貿(mào)交流日益擴(kuò)大，世界上發(fā)生的這些進(jìn)步、變革與發(fā)展使當(dāng)代制造業(yè)的生態(tài)環(huán)境、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與發(fā)展模式等都發(fā)生了深刻變化，科學(xué)發(fā)展觀對(duì)制造業(yè)提出了新的要求，我國(guó)制造業(yè)正面臨著新的發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn)。當(dāng)前，制造業(yè)呈現(xiàn)如下發(fā)展趨勢(shì)3：1）

3、生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)及市場(chǎng)全球化；2）顧客需求個(gè)性化、多樣化；3）產(chǎn)品生命周期縮短，更新?lián)Q代加速化；4）產(chǎn)品高科技化；5）市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈化。因此，制造企業(yè)要想在21世紀(jì)求得生存和發(fā)展，就必須面對(duì)這一新的形勢(shì)，不斷研究或融合新的技術(shù)，并采取靈活多變的管理策略，適時(shí)向市場(chǎng)推出滿足顧客需求的新產(chǎn)品、產(chǎn)品創(chuàng)新技術(shù)成為提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵。1.1.1 快速成型技術(shù)的產(chǎn)生背景快速成型技術(shù)的誕生主要有兩方面的原因：1）市場(chǎng)拉動(dòng)市場(chǎng)全球化和用戶需求個(gè)性化為先進(jìn)制造技術(shù)提出了新的要求4。隨著市場(chǎng)一體化的發(fā)展，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越來越激烈，產(chǎn)品的開發(fā)速度成為競(jìng)爭(zhēng)的主要矛盾。同時(shí)用戶需求多樣化的趨勢(shì)日益明顯，因此要求產(chǎn)品制造技術(shù)有較強(qiáng)的

4、靈活性，在不增加成本的前提下能夠以小批量生產(chǎn)甚至單件生產(chǎn)產(chǎn)品。2）技術(shù)推動(dòng)新技術(shù)的發(fā)展為快速成型技術(shù)的產(chǎn)生奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展、cad/cam技術(shù)的發(fā)展、材料科學(xué)的發(fā)展、新材料的出現(xiàn)、激光技術(shù)的發(fā)展為快速成型技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)?？焖俪尚图夹g(shù)就是在這樣的社會(huì)背景下，在80年代后期產(chǎn)生于美國(guó)，并迅速擴(kuò)展到歐洲和日本。由于rp技術(shù)的成型原理突破了傳統(tǒng)加工中的塑性成形（如鍛、沖、拉伸、鑄、注塑加工等）和切削成形的工藝方法，可以在沒有工裝夾具或模具的條件下，迅速制造出任意復(fù)雜形狀又具有一定功能的三維實(shí)體原型或零件，因此被認(rèn)為是近二十年來制造技術(shù)領(lǐng)域的一次重大突破5。1.

5、1.2 快速成型技術(shù)的基本原理與優(yōu)勢(shì)快速成型技術(shù)是一種將原型（或零件、部件）的幾何形狀、結(jié)構(gòu)和所選材料的組合信息建立數(shù)字化描述模型，之后把這些信息輸出到計(jì)算機(jī)控制的機(jī)電集成制造系統(tǒng)進(jìn)行材料的“添加”加工6，通過逐點(diǎn)、逐線、逐面進(jìn)行材料的三維堆砌成型，再經(jīng)過必要的處理，使其在外觀、強(qiáng)度和性能等方面達(dá)到設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確地制造原型或?qū)嶋H零件、部件的現(xiàn)代化方法?？焖俪尚图夹g(shù)的優(yōu)勢(shì)7：1）響應(yīng)速度快。與傳統(tǒng)的加工技術(shù)相比，rp技術(shù)實(shí)現(xiàn)了cad模型直接驅(qū)動(dòng)，成型時(shí)間短。從產(chǎn)品cad或從實(shí)體反求而獲得數(shù)據(jù)到制成原型，一般只需要幾小時(shí)至幾十個(gè)小時(shí)，速度比傳統(tǒng)成型加工方法快得多。這項(xiàng)技術(shù)尤其適于新產(chǎn)品的

6、開發(fā)，適合小批量、復(fù)雜（如凹槽、凸肩和空心、嵌套等）、異形產(chǎn)品的直接生產(chǎn)而不受產(chǎn)品形狀復(fù)雜程度的限制。還改善了設(shè)計(jì)過程中的人機(jī)交流，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)和模具生產(chǎn)并行，從而縮短了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開發(fā)的周期，加快了產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度，大大地降低了新產(chǎn)品的開發(fā)成本和企業(yè)研制新產(chǎn)品的風(fēng)險(xiǎn)。2）加工柔性高。rp技術(shù)將復(fù)雜的三維加工技術(shù)分解成簡(jiǎn)單的二維加工的組合，制造工藝大大簡(jiǎn)化。因此，從理論上講rp技術(shù)可以制造任意復(fù)雜形狀的原型產(chǎn)品。從這個(gè)角度來講，rp技術(shù)屬于自由成型制造。其含義有兩點(diǎn)，一是指可以根據(jù)原型或零件的形狀，無需使用工具、模具而自由的成型；二是指不受形狀復(fù)雜程度的限制，能夠制造任意復(fù)雜形狀與結(jié)構(gòu)、不同材料

7、復(fù)合的原型或零件。3）節(jié)能、環(huán)保、綠色制造。rp技術(shù)屬于環(huán)保型技術(shù)，能源和原材料的利用率高，從理論上講，原料利用率可達(dá)100%，而且產(chǎn)生的噪音小，環(huán)境污染少。1.1.3 快速成型技術(shù)分類rp技術(shù)的具體工藝不下30余種。根據(jù)其應(yīng)用情況和商品化程度，最為典型的快速成型技術(shù)有以下四種。1）光固化成型（stereo lithography apparatus，sla）光固化成型的原理是：將激光聚焦到液態(tài)光固化材料（如光固化樹脂）表面、令其有規(guī)律地固化，由點(diǎn)到線到面完成一個(gè)層面的建造，而后升降平臺(tái)移動(dòng)一個(gè)層片厚度的距離，重新覆蓋一層液態(tài)材料，再建造一個(gè)層面，由此層層疊加成為一個(gè)三維實(shí)體。2）分層實(shí)體制造

8、（laminated object manufacturing，lom）該技術(shù)采用激光或刀具對(duì)箔材進(jìn)行切割。首先切割出工藝邊框和原型的邊緣輪廓線，而后將不屬于原型的材料切割成網(wǎng)格狀。通過升降平臺(tái)的移動(dòng)和箔材的送給可以切割出新的層片并將其與先前的層片粘結(jié)在一起。這樣層層疊加后得到一個(gè)塊狀物，最后將不屬于原型的材料小塊剝除，就獲得所需的三維實(shí)體。這里所說的箔材可以是涂覆紙（涂有粘結(jié)劑覆層的紙），涂覆陶瓷箔、金屬箔或其它材質(zhì)基的箔材。3）選區(qū)激光燒結(jié)（selective laser sintering，sls）此技術(shù)采用激光對(duì)有很好密實(shí)度和平整度的粉末鋪成的層面，有選擇地直接或間接將粉末熔化或粘結(jié)，

9、形成一個(gè)層面，鋪粉壓實(shí)，再熔結(jié)或粘結(jié)成另一層并與前一層熔接或粘結(jié)，如此層層疊加為一個(gè)三維實(shí)體。所謂直接熔結(jié)是將粉末直接熔化面連接；間接熔結(jié)是指僅熔化粉末表面的粘結(jié)涂層，以達(dá)到互相粘結(jié)的目的。粘結(jié)則是指將粉末采用粘結(jié)劑粘結(jié)。這里的粉末材料主要有蠟、聚碳酸脂、水洗砂等非金屬粉，以及金屬粉如鐵、鈷、鉻以及它們的合金。4）熔融沉積制造（fused deposition modeling，fdm）fdm是指將熱熔性材料（abs、尼龍或蠟）通過加熱器熔化，擠壓噴出并堆積一個(gè)層面，然后將第二個(gè)層面用同樣的方法建造出來，并與第一個(gè)層面粘結(jié)在一起，如此層層堆積而獲得一個(gè)三維實(shí)體。1.1.4 快速成型技術(shù)的應(yīng)用概

10、況根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合和需求，快速成型技術(shù)主要有4種層次的應(yīng)用：1）用于概念設(shè)計(jì)的原型。這種原型對(duì)精度和物理化學(xué)特性要求不高，主要要求成型速度快、精度適中、設(shè)備小巧、運(yùn)行可靠、清潔、無噪音、操作方便。2）用于功能測(cè)試的原型。此原型對(duì)強(qiáng)度、剛度、耐溫性、抗腐蝕性有一定的要求，以滿足測(cè)試要求；如果用于裝配測(cè)試，則對(duì)材料成型的精度還有一定要求。3）用于制造模具或其原型。模具原型要求材料適應(yīng)特定模具的制造要求，如對(duì)于消失模鑄造用原型，要求材料易于去除。4）用于制造功能零件8-16。功能零件則要求材料具有較好的力學(xué)性能和化學(xué)性能。從rp技術(shù)的發(fā)展歷程來看，最初主要應(yīng)用于原型制造，隨著研究的深入，現(xiàn)在很多研

11、究者都致力于研究快速制造金屬零件。國(guó)際統(tǒng)計(jì)資料表明，原型中的四分之一被用來作為可視化的手段，用于評(píng)估設(shè)計(jì)、協(xié)助設(shè)計(jì)模具、溝通設(shè)計(jì)者與制造商及工程投標(biāo)；四分之一被用來進(jìn)行裝配和性能測(cè)試；四分之一以上用于協(xié)助完成模具制造。目前，快速成型技術(shù)在模具、家用電器、汽車、航空航天、軍工制造、材料工程、玩具、輕工產(chǎn)品、工業(yè)造型、建筑模型、醫(yī)療器械、人體器官模型、生物材料組織、考古、電影制作等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。快速成型技術(shù)是目前先進(jìn)制造技術(shù)中發(fā)展最為迅速的一種，在短短一、二十年的時(shí)間里，已經(jīng)由最初的原理研究發(fā)展到大規(guī)模實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用。目前已有10多種比較成熟的工藝方法用于原型零件的制造。rp技術(shù)在產(chǎn)品開發(fā)

12、中的關(guān)鍵作用和重要意義在實(shí)際應(yīng)用中得到了很好的印證，不受形狀或結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的限制，可以迅速地將示于計(jì)算機(jī)屏幕上的設(shè)計(jì)變?yōu)榭蛇M(jìn)一步評(píng)估的實(shí)物。根據(jù)原型，可對(duì)設(shè)計(jì)的正確性、造型合理性、可裝配性和干涉，進(jìn)行具體的檢驗(yàn)17。1.2 選擇性激光燒結(jié)快速成型技術(shù)1.2.1 選擇性激光燒結(jié)技術(shù)特征選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)造型速度快，一般制品僅需12天即可完成。與其它rp技術(shù)相比，sls最顯著的特征是18：1）材料適用范圍廣。從原理上說，這種方法可采用任何能與激光相互作用的粉末材料，通過材料或各類含粘結(jié)劑的涂層顆粒制造出任何造型，適應(yīng)不同的需要。2）加工柔性高，有自然支撐。選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)可以直接制造任意復(fù)雜形狀的原

13、型、型模三維構(gòu)件或部件及工具，能廣泛適應(yīng)設(shè)計(jì)和變化等。3）運(yùn)行成本較低，材料重復(fù)利用率高，未燒結(jié)粉末可重復(fù)使用。1.2.2 選擇性激光燒結(jié)工藝過程sls工藝的基本思想是基于離散堆積成型的制造方式，實(shí)現(xiàn)從三維cad模型到實(shí)體零件的轉(zhuǎn)變。如圖1.2所示，利用sls工藝制造實(shí)體零件的基本過程包括cad模型的建立及分層處理、燒結(jié)過程以及后處理等部分19。圖1.1sls工藝制造實(shí)體零件的基本過程1）cad模型的建立及分層處理這一階段的作用是在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)零件模型的三維造型和數(shù)據(jù)處理過程。對(duì)于一個(gè)給定的零件，首先要建立被加工零件的三維實(shí)體模型；經(jīng)過cad軟件的stl文件格式的輸出，然后利用分層軟件對(duì)零件的

14、cad模型進(jìn)行分層切片，把三維實(shí)體分解成一系列二維平面的薄片，每一薄片稱為一個(gè)切片，每個(gè)切片具有一定的厚度，并包含二維輪廓信息；再用掃描軌跡生成軟件將切片的輪廓信息轉(zhuǎn)化成激光的掃描軌跡信息。2）燒結(jié)過程這一階段是實(shí)現(xiàn)零件的層面制造、堆積成型的過程。每一層燒結(jié)開始前，工作缸先下降一個(gè)層厚的高度，而供料缸則上升一個(gè)層厚的高度。粉末材料由供料缸頂起，輥筒水平鋪粉，由于輥筒與粉末之間的摩擦力以及粉末與粉末之間的作用，粉末被推送到成型缸。輥筒水平運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，還伴有滾輪的一個(gè)逆向轉(zhuǎn)動(dòng)，在成型缸內(nèi)將粉末材料壓實(shí)、鋪平。預(yù)熱之后，在控制系統(tǒng)的控制下，激光束以一定的掃描速度和功率在鋪好的粉層上掃描，被激光掃描過

15、的區(qū)域內(nèi)，粉末燒結(jié)成具有一定厚度的實(shí)體結(jié)構(gòu)，未掃過的地方仍然是松散的粉末，這樣得到零件的第一層。當(dāng)一層截面燒結(jié)完成后，供粉活塞上移一定距離，成型活塞下移一定距離，并鋪上一層新的粉末材料，繼續(xù)下一層的激光掃描燒結(jié)，而且新的燒結(jié)層與前面已成型的部分連接在一起。如此逐層地添加粉末材料有選擇地?zé)Y(jié)堆積，最終生成三維實(shí)體模型或零件。3）后處理全部燒結(jié)完成后，都要做一些后處理工作，如去掉多余的粉末，再進(jìn)行打磨、烘干、加熱等處理以便獲得原型或零件。采用塑料材料制成的原型零件一般用來作為功能性零件或樣品試件，其機(jī)械性能如強(qiáng)度等要求不是很高，因此只需要對(duì)其外觀進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的處理，如打磨、有機(jī)物微溶、去除零件表面

16、明顯的層面痕跡等。1.3 覆膜砂的sls技術(shù)研究現(xiàn)狀在造型、制芯前砂粒表面上已覆有一層固態(tài)樹脂膜的型砂，芯砂稱為覆膜砂。也稱殼型（芯）砂。它最早是一種熱固性樹脂砂，由德國(guó)克羅寧（croning）博士于1944年發(fā)明。其工藝過程是將粉狀的熱固性酚醛樹脂與原砂機(jī)械混合，加熱時(shí)固化?，F(xiàn)已發(fā)展成用熱塑性酚醛樹脂加潛伏性固化劑（如烏洛托品）與潤(rùn)滑劑（如硬脂酸鈣）通過一定的覆膜工藝配制成覆膜砂，覆膜砂受熱時(shí)包覆在砂粒表面的樹脂熔融，在烏洛托品分解出的亞甲基的作用下，熔融的樹脂由線性結(jié)構(gòu)迅速轉(zhuǎn)變成不熔體的體型結(jié)構(gòu)，從而使覆膜砂固化成型。覆膜砂一般為干態(tài)顆粒狀，近年來我國(guó)已有廠家開發(fā)出濕態(tài)和粘稠狀覆膜砂。覆膜

17、砂具有良好的流動(dòng)性和存放性，用它制作的砂芯強(qiáng)度高、尺寸精度高，便于長(zhǎng)期存放，在國(guó)際上，尤其在日本、韓國(guó)、東歐等國(guó)家及我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)鑄造工業(yè)中的應(yīng)用得到了快速發(fā)展。用覆膜砂既可制作鑄型，又可制作砂芯（實(shí)體芯和殼芯），覆膜砂的型或芯既可以互相配合使用，又可以與其它砂型（芯）配合使用；覆膜砂不僅可以用于金屬型重力鑄造或低壓鑄造也可以用于鐵模覆砂鑄造，還可用于熱法離心鑄造；不僅可以用于生產(chǎn)黑色金屬鑄件，還可以用于有色金屬鑄件等等。現(xiàn)在，覆膜砂已廣泛應(yīng)用于汽車、拖拉機(jī)、柴油機(jī)、機(jī)床、離心鑄造、液壓件及泵類等行業(yè)，可滿足各種材料、各種生產(chǎn)條件的復(fù)雜精密鑄件的生產(chǎn)要求。利用激光快速成型（選擇性激光燒結(jié)）技術(shù)可

18、以制造各種零件和模型，如果選擇合適的燒結(jié)材料，也可以直接制造鑄型，即在此鑄型中同時(shí)形成鑄件的內(nèi)外輪廓結(jié)構(gòu)的型腔，而不需要型芯，也不需要砂箱，澆注金屬冷卻落砂后就可得到完整的鑄件。這種方法對(duì)單件小批復(fù)雜鑄件的制造極為有利，簡(jiǎn)化了鑄造工藝過程，節(jié)約了時(shí)間，且有利于鑄件質(zhì)量的提高。采用覆膜砂作為燒結(jié)材料，選擇性激光燒結(jié)（sls）快速成型技術(shù)直接形成鑄造用型（芯），開創(chuàng)了不用模型、不用芯盒直接制造砂型（芯）的先河，使用此方法可在數(shù)小時(shí)至數(shù)十小時(shí)內(nèi)將cad數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)化成可澆注各類金屬鑄件的型（芯），給鑄造業(yè)帶來了現(xiàn)代化的新氣息20。用sls法生產(chǎn)覆膜砂鑄造型（芯）與傳統(tǒng)的造型制芯工藝比較，有以下優(yōu)點(diǎn)：1

19、）生產(chǎn)過程大為簡(jiǎn)化。從零件圖紙到工藝設(shè)計(jì)、鑄型（芯）的二維實(shí)體造型等都山計(jì)算機(jī)完成。2）可生產(chǎn)任何復(fù)雜程度的鑄件。3）型、芯可整體制作，也可以型、芯分別制作。型、芯整體制作時(shí)不存在型、芯的裝配定位問題；分別制作時(shí)，型、芯的定位裝配精度也很高。4）不需要拔模斜度，鑄件的壁厚小。5）省去了許多工裝設(shè)備，使得復(fù)雜鑄件的生產(chǎn)過程可以在sls成型機(jī)上完成。但用sls法也有它的局限性。首先，目前sls成型機(jī)的價(jià)格昂貴,只適合做單件小批樣品、試制品等；其次，由于分層疊加成型，sls鑄型在曲面或斜面上呈明顯的“階梯形”。用sls法快速生產(chǎn)鑄件的工藝過程可分為三步：1）sls鑄型（芯）的工藝設(shè)計(jì)及計(jì)算機(jī)三維造型

20、；2）sls鑄型（芯）的成型；3）sls鑄型（芯）的后續(xù)處理及澆注。1.4 課題研究的主要內(nèi)容從快速成型技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，特別是sls成型技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀的分析發(fā)現(xiàn)，盡管sls技術(shù)發(fā)展到今天已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)高的水平，但是仍然存在很多需要繼續(xù)研究的問題。燒結(jié)原型件的強(qiáng)度質(zhì)量是選擇性激光燒結(jié)試驗(yàn)最基本的要求，如果制件強(qiáng)度不高將嚴(yán)重影響燒結(jié)質(zhì)量和燒結(jié)進(jìn)程；大量試驗(yàn)結(jié)果表明，用sls法燒結(jié)的覆膜砂試件的燒結(jié)強(qiáng)度較低，不能直接用于澆注金屬鑄件，必須對(duì)燒結(jié)后的制件進(jìn)行后處理。除抗拉強(qiáng)度外，還應(yīng)包括發(fā)氣性、潰散性等。這些性能的好壞，將影響到金屬液體在充型過程中沖砂、砂眼、粘砂、氣孔等鑄件缺陷的產(chǎn)生，以及型腔中的殘留

21、型砂清理較為困難等方面的問題。本文以鑄造覆膜砂為選擇性激光燒結(jié)實(shí)驗(yàn)材料，研究了處理溫度和后處理時(shí)間對(duì)其力學(xué)性能、發(fā)氣性能和潰散性能的影響。并結(jié)合鑄造實(shí)驗(yàn)分析影響覆膜砂燒結(jié)成型件精度的因素及其它性能的考核。本文具體研究的內(nèi)容及試驗(yàn)方法如下：1）后處理溫度對(duì)覆膜砂試件抗拉強(qiáng)度的影響試驗(yàn)試驗(yàn)方法：將zk82 a型真空干燥箱預(yù)熱到200，然后分別對(duì)覆膜砂“8”字試件進(jìn)行加熱、保溫。待其冷卻至室溫后，將其放到杠桿式強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)上測(cè)量“8”字試件的抗拉強(qiáng)度，并記錄數(shù)值。依次改變加熱溫度為200，210，220，230，240，250；然后在保溫時(shí)間為20min的情況下分別記錄下其強(qiáng)度值，最后求其平均值，并用

22、后處理溫度常溫抗拉強(qiáng)度的曲線表示出來。2）后處理時(shí)間對(duì)覆膜砂試件抗拉強(qiáng)度的影響試驗(yàn)試驗(yàn)方法：將zk82a型真空干燥箱預(yù)熱到230，然后分別對(duì)覆膜砂“8”字試件進(jìn)行加熱、保溫。待其冷卻至室溫后將其放到杠桿式強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)上測(cè)量“8”字試件的抗拉強(qiáng)度，并記錄數(shù)值。依次改變加熱時(shí)間為10min，15min，20min，25min，30min重復(fù)上述操作，分別記錄下其強(qiáng)度值，最后求其平均值，并用后處理時(shí)間常溫抗拉強(qiáng)度的曲線表示出來。為了進(jìn)一步了解覆膜砂成型件后處理過后的內(nèi)部結(jié)構(gòu)性能，還可以對(duì)其燒結(jié)成型件進(jìn)行掃描電鏡分析，從而還可以為后處理參數(shù)的合理確定提供有利依據(jù)。3）后處理溫度對(duì)覆膜砂試件發(fā)氣性能的影響

23、試驗(yàn)試驗(yàn)方法：將步驟1中保溫20min試驗(yàn)后得到的“8”字試樣斷塊按工藝條件進(jìn)行編號(hào)，然后沿?cái)嗝嫣帉⑵淠Σ脸杉?xì)小顆粒狀進(jìn)行取樣，稱取10.01g試樣放入小瓷舟中，并將小瓷舟迅速送入預(yù)先預(yù)熱到850的sfd型發(fā)氣性測(cè)定儀，經(jīng)過3min可以從記錄紙上自接讀出發(fā)氣量的大小，重復(fù)以上操作，根據(jù)編號(hào)我們就可以分別得出固化溫度為200，210，220，230，240，250下相應(yīng)“8”字試樣的發(fā)氣量。4）后處理時(shí)間對(duì)覆膜砂試件發(fā)氣性能的影響試驗(yàn) 試驗(yàn)方法：將步驟2中加熱溫度t=230試驗(yàn)后得到的“8”字試樣斷塊按工藝條件進(jìn)行編號(hào)，然后沿?cái)嗝嫣帉⑵淠Σ脸杉?xì)小顆粒狀進(jìn)行取樣，稱取10.01g試樣放入小瓷舟中，

24、并將小瓷舟迅速送入預(yù)先預(yù)熱到850的sfd型發(fā)氣性測(cè)定儀，經(jīng)過3min 可以從記錄紙上自接讀出發(fā)氣量的大小，重復(fù)以上操作，根據(jù)編號(hào)我們就可以分別得出固化時(shí)間為10min，15min，20min，25min，30min條件下相應(yīng)“8”字試樣的發(fā)氣量。5）覆膜砂的潰散性能試驗(yàn)試驗(yàn)方法：根據(jù)上述優(yōu)選的工藝參數(shù)，在最佳加工工藝條件下，對(duì)覆膜砂進(jìn)行選擇性激光燒結(jié)及后處理制取“8”字件，將其分組放入預(yù)先分別預(yù)熱500，600，700的tdw型箱式電阻爐中恒溫加熱5min，取出并冷卻至室溫，接著將其放在30目的篩子上進(jìn)行震動(dòng)，最后用mp5002電子天平（感量為0.01）稱取托盤上砂的重量并代入潰散率的計(jì)算公

25、式進(jìn)行計(jì)算，潰散率的計(jì)算公式如下：2 原型件的后處理研究2.1 原型件后處理加熱原理及基礎(chǔ)2.1.1 后處理簡(jiǎn)介覆膜砂在激光束掃描照射下燒結(jié)硬化的強(qiáng)度值較低。原因有以下幾點(diǎn)：1）光束照射加熱的時(shí)間很短（可以認(rèn)為是瞬間加熱）；2）覆膜砂的熱傳導(dǎo)系數(shù)較??；3）光束照射加熱的最高溫度不允許太高（當(dāng)最高溫度大于300時(shí)，樹脂膜受熱而碳化），即只能在較低的溫度下加熱。因此，由選擇性激光燒結(jié)而成的制件很難達(dá)到鑄造等相關(guān)再加工工序的強(qiáng)度要求，而必須采用加熱保溫的后處理方法，使制件強(qiáng)度得到大幅提高21。直接激光燒結(jié)得到的“8”字試件與經(jīng)后處理得到的“8”字試件顏色比較如圖2.1；不同后處理工藝條件下得到的試件

26、如圖2.2。圖2.1燒結(jié)原型件與后處理件對(duì)比 圖2.2不同后處理工藝下試件對(duì)比加熱保溫原理在于經(jīng)激光燒結(jié)后的覆膜砂沒有完全硬化，而當(dāng)這些砂樣被更高的溫度再加熱時(shí)，未硬化的覆膜砂受熱再固化使砂樣的強(qiáng)度值進(jìn)一步提高。而且，原燒結(jié)過程中加熱的溫度越低，未硬化的覆膜砂量越多，再加熱后砂樣的強(qiáng)度值提高越大。2.2 后處理試驗(yàn)影響覆膜砂常溫抗拉強(qiáng)度的工藝因素有兩個(gè)：后處理溫度和后處理時(shí)間。后處理實(shí)驗(yàn)中，我們采用固定一個(gè)因素，改變另一個(gè)因素的方法來分別考察溫度和時(shí)間對(duì)常溫抗拉強(qiáng)度的影響規(guī)律22。實(shí)驗(yàn)中，我們分別將在最佳激光燒結(jié)工藝條件下制備的“8”字試樣放在zk82a型真空干燥箱中，進(jìn)行抗拉強(qiáng)度的測(cè)試。每個(gè)

27、工藝條件下測(cè)4個(gè)強(qiáng)度值，然后求其平均值。其中，固化溫度分別選擇為：200，210，220，230，240，250；固化時(shí)間分別選擇為l0min，15min，20min，25min，30min；最后將這些數(shù)據(jù)分別用后處理溫度常溫抗拉強(qiáng)度、后處理時(shí)間常溫抗拉強(qiáng)度的曲線表示出來，分別研究后處理溫度和后處理時(shí)間對(duì)常溫抗拉強(qiáng)度的影響規(guī)律。2.2.1 試驗(yàn)設(shè)備本試驗(yàn)使用的是：zk82a型真空干燥箱，其主要性能參數(shù)如表2. 1所示：表2. 1 zk-82a型真空干燥箱性能參數(shù)最高上作溫度工作電壓加熱功率工作室尺寸制造商真空度300220v2kw350mm400mm上海實(shí)驗(yàn)儀器總廠6022.2.2 加熱保溫試

28、驗(yàn)過程覆膜砂的工藝性能中抗拉強(qiáng)度性能的好壞，將影響到金屬液在充型過程中沖砂、砂眼、粘砂、氣孔等鑄件缺陷的產(chǎn)生，以及型腔中的殘留型砂清理較為困難等方面的問題。本試驗(yàn)從后處理加熱保溫時(shí)間和溫度來研究其對(duì)于強(qiáng)度影響規(guī)律，并利用試驗(yàn)的方式對(duì)強(qiáng)度性能進(jìn)行檢測(cè)。2.2.2.1 后處理溫度對(duì)覆膜砂試件抗拉強(qiáng)度的影響覆膜砂試件的抗拉強(qiáng)度是其性能的一個(gè)重要衡量標(biāo)準(zhǔn)，為了適應(yīng)砂型和砂芯在生產(chǎn)過程中翻箱、搬運(yùn)的要求及澆注時(shí)不會(huì)因鐵水的沖刷、靜壓力作用使鑄件產(chǎn)生沖砂、砂眼、粘砂、脹箱等缺陷，所以要求覆膜砂經(jīng)加熱緊實(shí)后制得的制件要有足夠的強(qiáng)度。而固化溫度對(duì)抗拉強(qiáng)度的大小有很大的影響，一般說來，加熱溫度高，加熱時(shí)間可以縮

29、短，有利于提高生產(chǎn)效率，但溫度過高則制件表面易燒焦，而內(nèi)部和局部厚大的部位卻沒有熟透，造成制件強(qiáng)度低、發(fā)氣量大；而加熱溫度過低時(shí)，則加熱時(shí)間較長(zhǎng)，生產(chǎn)效率低下，而且同樣會(huì)造成內(nèi)部和局部厚大部位的樹脂不能完全固化，導(dǎo)致制件強(qiáng)度低、發(fā)氣量大23。所以，研究后處理溫度對(duì)覆膜砂制件抗拉強(qiáng)度的影響具有十分重要的意義。1）試驗(yàn)方法將zk82a型真空干燥箱預(yù)熱到200，然后分別對(duì)覆膜砂“8”字試件進(jìn)行加熱、保溫。待其冷卻至室溫后，將其放到杠桿式強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)上測(cè)量“8”字試件的抗拉強(qiáng)度，并記錄數(shù)值。依次改變加熱溫度為200，210，220，230，240， 250；然后改變保溫時(shí)間：l0min，20min，30

30、min；重復(fù)上述操作，分別記錄下其強(qiáng)度值，最后求其平均值，并用后處理溫度常溫抗拉強(qiáng)度的曲線表示出來。2）試驗(yàn)結(jié)果與分析在三種不同保溫時(shí)間條件下，改變后處理溫度測(cè)得的覆膜砂的常溫抗拉強(qiáng)度值及強(qiáng)度隨溫度的變化規(guī)律分別如下表2. 2， 2. 3，2. 4和圖2.3所示：表2. 2保溫10分鐘不同后處理溫度下覆膜砂試件的抗拉強(qiáng)度（mpa）試驗(yàn)組數(shù) 抗拉強(qiáng)度（mpa）1 2 3 4average2001.2201.2411.3051.2561.2562101.4561.4111.4091.4421.4302201.7011.6691.6691.6721.6782301.7201.7151.6891.70

31、11.7062401.5091.5141.4891.4921.5012501.4261.4101.4311.4151.421表2. 3保溫20分鐘不同后處理溫度下覆膜砂試件的抗拉強(qiáng)度（mpa）試驗(yàn)組數(shù)抗拉強(qiáng)度（mpa）200210220230240250 1 2 3 4average1.6801.6691.6791.6741.6761.8311.8361.8251.8301.8312.0152.0162.0121.9892.0082.2362.2622.2592.2682.2562.1132.0992.1102.1012.1061.7641.7691.7521.7561.760 表2. 4保溫

32、30分鐘不同后處理溫度下覆膜砂試件的抗拉強(qiáng)度（mpa）試驗(yàn)組數(shù)抗拉強(qiáng)度（mpa） 1 2 3 4average2001.5101.4981.4891.4921.4982101.6781.6691.6821.6701.6752201.8421.8361.8351.8401.8382301.8901.9051.8891.8681.8882401.7101.7011.7051.6991.7042501.6411.6361.6291.6281.634 從圖2. 3中可以看出，不同后處理時(shí)間條件下覆膜砂的抗拉強(qiáng)度都是隨溫度的升高而增大，直至達(dá)到最大值，然后隨著固化溫度的進(jìn)一步提高，固化強(qiáng)度開始下降；而且

33、其曲線變化的幅度及發(fā)生的溫度區(qū)間也基本相同：覆膜砂在a條件下（保溫10分鐘）抗拉強(qiáng)度變化的幅度相對(duì)較小，在220230的區(qū)間范圍內(nèi)，抗拉強(qiáng)度達(dá)到最大（230處），已測(cè)得最大值為1.706mpa，最小值為1.220mpa（200處）；覆膜砂在b條件下（保溫20分鐘）抗拉強(qiáng)度變化的幅度相對(duì)較大，在220230區(qū)間范圍內(nèi)，抗拉強(qiáng)度達(dá)到最大（230處），已測(cè)得最大值為2.268mpa，最小值為1.669mpa（200處）；覆膜砂在c條件下（保溫30分鐘）抗拉強(qiáng)度變化的幅度僅次于b，在220230的區(qū)間范圍內(nèi)抗拉強(qiáng)度達(dá)到最大（230處），已測(cè)得最大值為1.890mpa，最小值為1.489mpa（200處

34、）。三種保溫時(shí)間條件下覆膜砂對(duì)固化溫度的敏感程度依次為：b最大、a次之、c最小。 圖2. 3后處理溫度對(duì)覆膜砂試件抗拉強(qiáng)度的影響后處理溫度對(duì)覆膜砂試件抗拉強(qiáng)度性能影響規(guī)律的原因分析：在覆膜砂被放入zk82a型真空干燥箱以后，樹脂由玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎沉鲬B(tài)而表現(xiàn)出一定的流動(dòng)性和可塑性，砂粒之間形成粘結(jié)頸。溫度升至180左右，六亞甲基四胺（烏洛托品）與樹脂中的殘留水分反應(yīng)生成甲醛和氨氣，生成的甲醛能和線性酚醛樹脂進(jìn)一步反應(yīng)，首先在酚醛樹脂分子鏈上若干苯酚羥基的對(duì)位處生成羥甲基，而后，此酚羥甲基再與其它酚醛樹脂苯酚核的對(duì)位或鄰位的活性氫原子縮合，生成亞甲基ch2，使樹脂由熱塑性變成熱固性，從而具有一定的強(qiáng)

35、度。同時(shí)，生成的nh3提供的堿性環(huán)境也有利用這一反應(yīng)向正方向進(jìn)行。根據(jù)熱芯盒內(nèi)覆膜砂的溫度場(chǎng)分布理論，“8”字試樣由外到內(nèi)可以依次分為固化狀態(tài)區(qū)、軟化狀態(tài)區(qū)和松散狀態(tài)區(qū)三個(gè)區(qū)，其中固化狀態(tài)區(qū)和軟化狀態(tài)區(qū)以固化劑的分解溫度為分界線，軟化狀態(tài)區(qū)和松散狀態(tài)區(qū)的分界線為樹脂的軟化點(diǎn)溫度，所以適當(dāng)提高保溫溫度，在固化時(shí)間相同的情況下，可以提高固化狀態(tài)區(qū)的厚度，從而達(dá)到提高其強(qiáng)度的目的。所以在三種不同保溫時(shí)間條件下的覆膜砂開始都會(huì)隨著固化溫度的提高其強(qiáng)度也隨之提高。當(dāng)固化溫度過高時(shí)，加速了反應(yīng)生成的甲醛的揮發(fā)，從而使得“8”字試樣局部固化程度降低，這樣局部砂粒之間只能靠線形酚醛樹脂間形成的粘結(jié)頸粘結(jié)在一起

36、，強(qiáng)度和體型結(jié)構(gòu)相比大大降低。同時(shí)溫度過高也會(huì)導(dǎo)致表面砂粒之間的粘結(jié)頸變細(xì)部分可能因?yàn)闇囟冗^高而發(fā)生過燒，從而不使分子鏈斷裂，導(dǎo)致抗拉強(qiáng)度的進(jìn)一步降低。所以在固化溫度升高到一定程度時(shí)，如果繼續(xù)升高溫度，覆膜砂的抗拉強(qiáng)度值都會(huì)降低24。3）小結(jié)通過以上分析研究，我們得出了后處理溫度對(duì)在三種不同保溫溫度條件下覆膜砂試件抗拉強(qiáng)度的影響規(guī)律，從而可以把溫度230作為實(shí)際制型（芯）時(shí)的工藝指導(dǎo)參數(shù)。同時(shí)，鑒于保溫20min條件下對(duì)后處理溫度較為敏感，在生產(chǎn)中應(yīng)對(duì)固化溫度加以嚴(yán)格控制。2.2.2.2 后處理時(shí)間對(duì)覆膜砂試件抗拉強(qiáng)度的影響后處理溫度對(duì)覆膜砂試件抗拉強(qiáng)度的影響規(guī)律已經(jīng)找到，以下試驗(yàn)主要是在給定

37、的溫度下，來研究后處理時(shí)間對(duì)覆膜砂試件抗拉強(qiáng)度的影響規(guī)律，因?yàn)闇囟群蜁r(shí)間對(duì)抗拉強(qiáng)度的影響是相互關(guān)聯(lián)的，所以對(duì)后處理時(shí)間的研究也具有十分重要的意義。1）試驗(yàn)方法將zk82a型真空干燥箱預(yù)熱到230，然后分別對(duì)覆膜砂“8”字試件進(jìn)行加熱、保溫；待其冷卻至室溫后，將其放到杠桿式強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)上測(cè)量“8”字試件的抗拉強(qiáng)度，并記錄數(shù)值。依次改變加熱時(shí)間為l0min，15min，20min，25min，30min；重復(fù)上述操作，分別記錄下其強(qiáng)度值，最后求其平均值，并用后處理時(shí)間常溫抗拉強(qiáng)度的曲線表示出來。2）試驗(yàn)結(jié)果與分析在t=230的條件下，通過改變后處理時(shí)間得到的覆膜砂的常溫抗拉強(qiáng)度值及強(qiáng)度隨時(shí)間的變化規(guī)

38、律分別如下表2. 5和圖2. 4所示：從圖2. 4中我們可以看出，后處理時(shí)間對(duì)常溫抗拉強(qiáng)度的影響與后處理溫度的影響很相似，覆膜砂隨著時(shí)間的延長(zhǎng)其常溫抗拉強(qiáng)度都是先升后降，但是曲線的變化幅度及區(qū)間不相同：覆膜砂隨時(shí)間的延長(zhǎng)，其曲線的變化幅度相對(duì)而言最大，在有的時(shí)間范圍內(nèi)其常溫抗拉強(qiáng)度達(dá)到最大，為2.368mpa（25min處），最低抗拉強(qiáng)度為1.698mpa（l0min處）。表2. 5不同后處理時(shí)間下覆膜砂試件的抗拉強(qiáng)度（mpa）試驗(yàn)組數(shù)抗拉強(qiáng)度（mpa） 1 2 3 4average10min1.7151.7051.6981.7051.70615min1.7501.8011.7981.7781

39、.78220min2.2592.2702.2692.2672.26625min2.3292.3002.3682.3322.33230min1.8981.9011.8981.9101.902圖2. 4后處理時(shí)間對(duì)覆膜砂件抗拉強(qiáng)度的影響后處理時(shí)間對(duì)覆膜砂常溫抗拉強(qiáng)度影響規(guī)律的原因分析： 按照芯盒中覆膜砂溫度場(chǎng)分布理論，在溫度不變情況下，隨時(shí)間的延長(zhǎng)，那么覆膜砂溫度傳遞就比較深，這樣就會(huì)使更多的覆膜砂得到再固化，從而使得固化狀態(tài)區(qū)的厚度變厚。所以在開始階段，覆膜砂試件的強(qiáng)度都隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，同時(shí)會(huì)在某個(gè)后處理時(shí)間下使砂粒表面之間的粘結(jié)頸交疊，達(dá)到截面積最大，此時(shí)強(qiáng)度也達(dá)到最高值。“8”字試樣在

40、230的溫度下，過分的延長(zhǎng)后處理時(shí)間會(huì)使其表面已形成好的粘結(jié)橋變細(xì)，砂粒表面的有機(jī)物也會(huì)發(fā)生炭化，從而導(dǎo)致表層分子鏈的斷裂，致使試樣強(qiáng)度降低，這也是覆膜砂制件隨時(shí)間的進(jìn)一步延長(zhǎng)其強(qiáng)度降低的原因。3）顯微組織分析為了進(jìn)一步了解覆膜砂成型件后處理過后的內(nèi)部結(jié)構(gòu)性能，所以對(duì)其燒結(jié)成型件進(jìn)行掃描電鏡分析可以為后處理參數(shù)的合理確定提供有利依據(jù)。圖2.5是試件在最佳后處理工藝參數(shù)條件下的制件斷口形貌，由圖2.5（a）可知，砂粒接合均勻，形成了很多聯(lián)結(jié)橋。由圖2.5（b）可知，試件在拉伸斷裂過程中是沿聯(lián)結(jié)橋內(nèi)部斷裂的，此種斷裂方式能很好提高制件的力學(xué)性能。 （a）放大100倍; （b）放大300倍圖2.5最

41、佳后處理工藝條件下制件斷口微觀形貌圖2.6是制件經(jīng)后處理炭化后的微觀形貌，由圖2.6可知，由于保溫溫度過高，時(shí)間過長(zhǎng)，砂粒表面有機(jī)物幾乎全部炭化，同時(shí)加大了燒結(jié)試樣收縮量，降低拉伸強(qiáng)度。通過對(duì)覆膜砂選擇性激光燒結(jié)后處理工藝試驗(yàn)的研究，完成了如圖2.7所示的鑄造用覆膜砂型芯和試驗(yàn)件。4）小結(jié)通過以上分析研究，我們得出了后處理時(shí)間對(duì)覆膜砂抗拉強(qiáng)度的影響規(guī)律，從而可以把保溫時(shí)間min作為實(shí)際制（型）芯時(shí)的工藝指導(dǎo)參數(shù)。（a）放大100倍; （b）放大300倍圖2.6經(jīng)后處理炭化后制件斷口微觀形貌圖圖2.7經(jīng)后處理的鑄造用選擇性激光燒結(jié)覆膜砂件2.3 后處理溫度對(duì)覆膜砂試件發(fā)氣性能的影響發(fā)氣性能也是覆

42、膜砂性能的一個(gè)重要性能指標(biāo)。發(fā)氣性是指造型材料受熱時(shí)析出氣體的能力。一般用發(fā)氣量和發(fā)氣速度度量，發(fā)氣量通常指單位質(zhì)量（1g）造型材料受熱后析出氣體的體積 （cm3/ml）；發(fā)氣速度則指發(fā)氣量隨時(shí)間變化的規(guī)律。由于發(fā)氣性對(duì)鑄件質(zhì)量有著重要影響 ，發(fā)氣性的測(cè)定日趨受到人們的重視。覆膜砂的發(fā)氣量大往往會(huì)影響到金屬液的充型，同時(shí)也是鑄件氣孔缺陷產(chǎn)生的主要原因。本試驗(yàn)是在考察后處理溫度對(duì)強(qiáng)度影響的基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步考察其對(duì)覆膜砂發(fā)氣性能的影響規(guī)律，從而使上述的后處理溫度參數(shù)更好地滿足高強(qiáng)度、低發(fā)氣量的制（型）芯要求。影響覆膜砂燒結(jié)試件發(fā)氣性的因素有：原材料的性質(zhì)（如樹脂的摻量）；燒結(jié)工藝參數(shù)（如激光功率、

43、掃描速度等）；測(cè)定發(fā)氣性時(shí)的環(huán)境（溫度、氣氛、壓力等）。1）試驗(yàn)方法將2.2.2.1節(jié)保溫20min試驗(yàn)后得到的“8”字試樣斷塊按工藝條件進(jìn)行編號(hào)，然后沿?cái)嗝嫣帉⑵淠Σ脸杉?xì)小顆粒狀進(jìn)行取樣，稱取10.0lg試樣放入小瓷舟中，并將小瓷舟迅速送入預(yù)先預(yù)熱到850的sfd型發(fā)氣性測(cè)定儀，經(jīng)過3min可以從記錄紙上直接讀出發(fā)氣量的大小，重復(fù)以上操作，根據(jù)編號(hào)我們就可以分別得出固化溫度200，210，220，230，240，250下相應(yīng)“8”字試樣的發(fā)氣量。2）試驗(yàn)結(jié)果與分析在t=180s的條件下，改變后處理溫度得到的覆膜砂試件的發(fā)氣量值及發(fā)氣量隨后處理溫度的變化規(guī)律分別如下表2. 6和圖2. 8所示。

44、表2.6不同后處理溫度下保溫20min覆膜砂試件的發(fā)氣量（ml/g）試驗(yàn)組數(shù)發(fā)氣量（ml/g）200210220230240250 1 2 3 4average11.911.811.811.911.8511.611.511.711.811.6511.811.611.511.611.6311.811.711.711.511.6811.7 11.611.711.611.6511.511.611.811.611.63圖2.8后處理溫度對(duì)覆膜砂發(fā)氣性能的影響從圖2.8中還可以看出，覆膜砂試件發(fā)氣量大小隨著后處理溫度的提高其發(fā)氣量不斷降低，最高值為11.8m1（200處），最低值為11.6m1（250處

45、）。覆膜砂發(fā)氣量的變化規(guī)律主要是由于：在時(shí)間一定的情況下，隨著溫度的升高，芯盒向覆膜砂中傳遞的熱量也隨之增大，從而使更多的樹脂發(fā)生了再固化反應(yīng)，固化劑反應(yīng)釋放出的nh3量也不斷增多，但是在相同時(shí)間內(nèi)，溫度的升高卻加速了反應(yīng)生成的甲醛氣體的揮發(fā)，“8”字試樣中所含有機(jī)物量隨之降低，所以在發(fā)氣性試驗(yàn)中，試樣的發(fā)氣量在不斷的下降；發(fā)氣量降低幅度與覆膜砂對(duì)溫度的敏感程度有關(guān)，即覆膜砂對(duì)溫度越敏感則其發(fā)氣量的降低幅度也就越大，尤其是在最佳強(qiáng)度所對(duì)應(yīng)的溫度附近，變化幅度最大。反之，變化幅度較小。3）小結(jié)把2.2.2.1中固化溫度參數(shù)與本試驗(yàn)結(jié)論結(jié)合，我們可以得出：滿足覆膜砂試件的強(qiáng)度最佳對(duì)應(yīng)的溫度區(qū)間為2

46、20230，而在發(fā)氣性上，230比220明顯降低，而且即使將溫度再提高至240250，發(fā)氣性的變化很小，但強(qiáng)度則明顯下降，所以后處理溫度對(duì)抗拉強(qiáng)度的影響更明顯，而對(duì)發(fā)氣性的影響要小得多。因此，實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)強(qiáng)度的要求來確定后處理溫度。2.4 后處理時(shí)間對(duì)覆膜砂試件發(fā)氣性能的影響本試驗(yàn)是在考察后處理時(shí)間對(duì)強(qiáng)度影響的基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步考察時(shí)間對(duì)覆膜砂發(fā)氣性能的影響規(guī)律，從而使上述的后處理時(shí)間參數(shù)更好地滿足高強(qiáng)度、低發(fā)氣量的制（型）芯要求。1）試驗(yàn)方法將2.2.2.2中加熱溫度t=230試驗(yàn)后得到的“8”字試樣斷塊按工藝條件進(jìn)行編號(hào)，然后沿?cái)嗝嫣帉⑵淠Σ脸杉?xì)小顆粒狀進(jìn)行取樣，稱取10.0lg試樣放入

47、小瓷舟中，并將小瓷舟迅速送入預(yù)先預(yù)熱到850的sfd型發(fā)氣性測(cè)定儀，經(jīng)過3min可以從記錄紙上直接讀出發(fā)氣量的大小25，重復(fù)以上操作，根據(jù)編號(hào)我們就可以分別得出固化時(shí)間l0min，15min，20min，25min，30min條件下相應(yīng)“8”字試樣的發(fā)氣量。2）試驗(yàn)結(jié)果與分析在t=180s的條件下，改變后處理時(shí)間得到的覆膜砂試件的發(fā)氣量值及發(fā)氣量隨后處理溫度的變化規(guī)律分別如下表2.7和圖2.9所示。從圖2.9中可以看出，隨著后處理時(shí)問的延長(zhǎng)，覆膜砂試件的發(fā)氣量隨之降低，其中：最高發(fā)氣量為12.0m1，最低發(fā)氣量為11.4m1，減少量為0.6m1，覆膜砂試件發(fā)氣量變化規(guī)律的原因主要是：在溫度一定

48、的情況下，隨著后處理時(shí)間的延長(zhǎng)，芯盒溫度向覆膜砂中傳遞的熱量也不斷增加，參與固化反應(yīng)的樹脂量亦不斷增多，固化劑反應(yīng)產(chǎn)生的nh3量也相應(yīng)增多，所以“8”試樣中殘留有機(jī)物的量相對(duì)減少，發(fā)氣量也隨之降低；發(fā)氣量降低幅度的不同，主要是因?yàn)樵谙嗤瑴囟认?，覆膜砂?duì)加熱時(shí)間的敏感程度不同，對(duì)時(shí)間越敏感，則其降低幅度越大，尤其在最佳強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的后處理時(shí)間附近，發(fā)氣量降低比較明顯。反之，則變化幅度較小。表2.7不同后處理時(shí)間下覆膜砂件的發(fā)氣量（ml/g）試驗(yàn)組數(shù)發(fā)氣量（ml/g） 1 2 3 4average10min12.011.811.911.811.8815min11.911.811.811.911.852

49、0min11.511.711.611.811.6525min11.611.511.711.811.6530min11.611.411.511.411.48圖2.9后處理時(shí)間對(duì)覆膜砂發(fā)氣性能的影響3）小結(jié)把2.2.2.2中固化時(shí)間參數(shù)與本試驗(yàn)結(jié)合，按照2.3中的比較方法，我們得出覆膜砂試件在不同固化時(shí)間下抗拉強(qiáng)度要比發(fā)氣性對(duì)時(shí)間更敏感，因此后處理時(shí)間的確定也主要取決于抗拉強(qiáng)度要求。同時(shí)，覆膜砂在最佳強(qiáng)度下的后處理時(shí)間為：25min；所對(duì)應(yīng)的發(fā)氣量已接近最低或比較接近最近值。綜合2.3和2. 4所選參數(shù)，選擇性激光燒結(jié)覆膜砂試件的后處理最佳工藝條件為：230c，25min。在此工藝下能同時(shí)滿足高強(qiáng)

50、度、相對(duì)較低的發(fā)氣量的制型（芯）要求。2.5 覆膜砂的潰散性能潰散性能是指鑄件冷凝后砂芯是否容易破壞，是否容易從鑄件上清除的性能。潰散性能的好壞可以用潰散率來衡量，它是由砂芯燒結(jié)后的殘留強(qiáng)度來決定的。潰散率大，說明砂芯燒結(jié)后的殘留強(qiáng)度小，后續(xù)清理工作比較容易；反之，情況則恰恰相反。鑄件生產(chǎn)中，套芯中的粘砂現(xiàn)象主要是由于砂芯的潰散率較低造成的。所以對(duì)選擇性激光燒結(jié)覆膜砂制件在優(yōu)選工藝條件下的潰散性能分析研究具有十分重要的意義。1）試驗(yàn)方法根據(jù)上述優(yōu)選的工藝參數(shù)，在最佳加工工藝條件下，對(duì)覆膜砂進(jìn)行選擇性激光燒結(jié)及后處理制取“8”字件，將其分組放入預(yù)先分別預(yù)熱到500，600，700的tdw型箱式電

51、阻爐中恒溫加熱5min，取出并冷卻至室溫，接著將其放在30目的篩子上進(jìn)行震動(dòng)，最后用mp5002電子天平（感量0.0l）稱取托盤上砂的重量并代入潰散率的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。26潰散率的計(jì)算公式如下：表2.8不同溫度下覆膜砂制件的潰散率試驗(yàn)組數(shù)不同溫度下的潰散性（）500600700 1 2 3average9.510.19.89.865.664.965.765.41001001001002）試驗(yàn)結(jié)果與分析優(yōu)選工藝條件下測(cè)得的不同溫度下覆膜砂制件潰散率的值見表2.8。從表中可以計(jì)算出，覆膜砂在優(yōu)選工藝條件下，在500時(shí)潰散率的平均值為9.8%；在600時(shí)潰散率的平均值為65.4%；而在700時(shí)均為

52、100%。潰散率的大小與樹脂在某個(gè)溫度下的殘留強(qiáng)度有關(guān)，殘留強(qiáng)度大則潰散率較小，反之則相反。3）小結(jié)通過優(yōu)選工藝條件下對(duì)潰散率大小的測(cè)定，我們得出：在600700的溫度區(qū)間內(nèi)，砂芯的潰散性能較佳。并在230，25min的后處理固化工藝條件下制（型）芯，可以同時(shí)滿足高強(qiáng)度、低發(fā)氣量、高潰散性的鑄造用砂芯要求。2.6 本章小結(jié)用sls法燒結(jié)的覆膜砂試件的燒結(jié)強(qiáng)度較低，不能直接用于澆注金屬鑄件，必須對(duì)燒結(jié)后的制件進(jìn)行后處理，使制件在抗拉強(qiáng)度、發(fā)氣性、潰散性等鑄造性能方面得到提高，適應(yīng)鑄造生產(chǎn)。本章通過對(duì)制件的后處理試驗(yàn)，找到了原型燒結(jié)件后處理最佳加熱溫度和保溫時(shí)間為：230和25min。并驗(yàn)證了此參

53、數(shù)對(duì)原型件發(fā)氣性能、潰散性能的影響和可行性。3 試件精度的研究3.1 影響制件精度的主要因素在快速成型中，成型精度是衡量成型質(zhì)量最主要的指標(biāo)。制件的精度與設(shè)備誤差、零件的造型、成型工藝參數(shù)、燒結(jié)層厚等因素有很大的關(guān)系27。影響制件精度的主要因素如圖3.1 所示。材料因素的影響成型后環(huán)境變化引起的誤差制件精度預(yù)熱溫度的影響激光功率和掃描速度的影響切片誤差cad模型誤差燒結(jié)層厚的影響掃描路徑的影響成型工藝參數(shù)的影響設(shè)備誤差零件的造型引起的誤差圖3.1 制件精度影響因素示意圖3.1.1 設(shè)備誤差設(shè)備誤差主要是由于制造設(shè)備的運(yùn)動(dòng)部件的誤差和設(shè)備工作部分的變形等原因引起的誤差。對(duì)于平面精度而言，機(jī)器誤差

54、主要是激光掃描的誤差，它取決于系統(tǒng)的定位精度。對(duì)于z向精度而言，z向累積誤差與傳動(dòng)精度和燒結(jié)的層數(shù)有關(guān)。機(jī)器誤差主要是活塞傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差，現(xiàn)在假設(shè)傳動(dòng)系統(tǒng)每次運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)誤差為e10.001mm，成型件高度h=100mm，成型件層厚h=0.1um那么成型層數(shù)n=1000，這樣z向的累積誤差可以達(dá)到1mm。設(shè)備誤差只有通過更進(jìn)一步提高機(jī)器的運(yùn)動(dòng)精度來減小。3.1.2 零件造型對(duì)制件精度的影響1）cad模型誤差模型誤差主要是指cad模型對(duì)實(shí)際模型的逼近誤差，stl 格式是一種cad 模型，它是用平面三角形面片構(gòu)成一個(gè)物體的。對(duì)于用三角形面片去逼近空間曲面總是存在一定的誤差，但可以通過增加三角形面片的

55、數(shù)量來減少這個(gè)誤差。在一般的cad軟件中，都是按誤差轉(zhuǎn)換模型的，所以可以根據(jù)需要控制stl模型誤差的大小。模型的誤差大小如果用一次曲面和更高次曲面模型去表示實(shí)體，精度肯定能得到提高，但是，通過這種方法的精度提高量是否有意義，要看stl模型和一次模型表達(dá)實(shí)體所產(chǎn)生的誤差到底有多大的差別。提高模型精度的主要方法是：一方面用更高次的曲面逼近實(shí)體的曲面；另一方面可以用更密的三角形面片去逼近實(shí)體模型。2）切片誤差（）切片本身本來不會(huì)帶來誤差，只是因?yàn)榭焖俪尚图夹g(shù)中的層制造的特點(diǎn)，才會(huì)由切片方法的差別而引起制造模型的誤差。切片過程是從高度方向（z方向）上按照一定的厚度逐層切片、生成一系列離散的二維片層信息的過程。沿模型高度方向切片時(shí)，切片厚度過大則會(huì)忽略局部細(xì)微特征，反之將延長(zhǎng)加工時(shí)間，使生產(chǎn)效率降低。實(shí)際加工零件時(shí)，切片厚度通常在0.1mm0.3mm范圍內(nèi)取值。切片的誤差也可能造成成型件的尺寸和形狀誤差。xy平面的尺寸誤差主要是由斜面和曲面引起的，如圖3.2所示。假設(shè)模型的底面為0面，頂面為1面，h為切片厚度，為斜面與水平面