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选择性激光烧结技术在铸造生产中应用

2017/6/29    来源:互联网    作者:吕乐华  张智源  郭亚辉  冯志明  黄胜操  邵星海  许海铎        
关键字:选择性激光烧结  铸造  强度  精度  
选择性激光烧结技术在铸造生产应用过程中经常出现一些问题。本研究通过优化烧结方式、单层厚度、烧结间距、激光功率等参数,提高了砂芯的强度和精度,满足铸造生产的需要。

    选择性激光烧结技术是20世纪80年代末出现的一项快速成形技术。它主要使用覆膜砂、金属粉末、陶瓷粉末、塑料粉末等材料进行烧结成形,具有成本低、周期短、产品多样化等特点。

    随着市场的激烈竞争,企业必须能够在短时间内对市场需求做出响应,满足不同客户需求。激光烧结可以大大缩短公司新产品试制的周期,并且非常适合小批量铸件的生产。本文中主要介绍了在铸造生产中激光烧结技术的应用以及存在的问题和解决的办法。

    1 SLS的成形机理及工艺流程

    SLS的原理是利用CO2激光发射器对粉末层进行扫描烧结,被照射的粉末熔化并凝固在一起,铺粉辊根据设定的单层厚度铺粉,激光发射器继续进行扫描,反复实施这个过程,使烧结成形的固化层,层层叠加,生成所需要的零件或砂芯。工艺流程如图1,首先根据零件原型产生零件的三维模型,利用分层软件对其进行处理,得到零件每层的信息,激光束在计算机控制下,根据获得的各层信息进行有选择的扫描,扫描结束后对零件进行清理,并在烘干炉中固化,然后进行修型、合箱、浇注,最后浇注成形。

    2 张紧装置顶架的试制

    2.1 激光烧结设备

    设备为华中科技大学生产的HRPS-IV型激光烧结机,激光功率为50w,最大成形空间为500mmX500mmx400mm。

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    图1 工艺流程图

    2.2 试验过程

    根据零件原型得到零件的三维图,如图2。设计浇注工艺,并根据实际情况进行分型,由于上下箱尺寸过大,无法在烧结设备上试制,故采用无模铸造快速成形机加工,在这关于上下模不再详述。烧结的砂芯如图3所示,尺寸为175mmx136mmx171mm,砂芯最上部比较薄,厚度仅为5mm,且有一定的角度(如图3箭头所示),在烧结和清砂过程中有一定难度。

    将三维图存储为STL格式,并利用分层软件对其进行分层。为了节省时间以及充分利用设备的空间,采用一次多烧的方法,即在不影响砂芯质量的情况下,尽可能多地烧结砂芯。考虑到砂芯以及工作缸的尺寸,一次最多可以烧结8个砂芯,如图4a、b所示。这两种烧结方式最大限度地利用了工作缸的空间,但在清砂过程容易出现断裂或压塌现象,不能够保证砂芯的质量,故采用图4c的烧结方式,不再采用双层的烧结方式,每次只烧结4个砂芯。

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    图2 零件三维图

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    图3 砂芯三维图

    图5为烧结过程中激光束正在进行扫描。烧结完成,待砂芯冷却后,方可从工作缸中取出,一般情况下,需要在工作缸中除去砂芯周围的部分砂子(图6),避免在移动过程中由于散砂过多导致砂芯变形或断裂。在烧结中,如果不清理部分的散砂,图3中较薄的部位在移动时很容易断裂。

    烧结成形的砂芯强度并不是很高,需要在烘干炉中做固化处理,然后进行修型、涂敷等来提高砂芯的表面质量。在本次试制中,由于砂芯表面质量没有太大问题(图7),因此只需进行固化处理。最后进行组型(图8)、合箱、浇注。

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责任编辑:张纯子
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