基于冰模的熔模铸造研究

论文摘要

本文研究了基于冰模的熔模铸造工艺技术。该工艺就是用冰模代替蜡模在冷冻条件下制造型壳,在室温下融冰,最后浇注获取铸件的一种新型环保精密铸造工艺。本研究利用硅橡胶翻制原型制作模具,通过试验,探讨了制模的工艺流程及技术要点,制造了多种零件及艺术件的硅橡胶模具和冰模。在不同的温度下测量了原型及冰模的尺寸,对冷冻条件下模具的综合尺寸变化规律进行了分析。根据传热学原理分析了水在模具内的热量传输特点和凝固特点。对冷冻条件下的型壳材料进行了优化选择:将不同组分的水解液和不同种类的催化剂分别进行对比试验,优化出冷冻条件下熔模铸造用粘结剂和催化剂,选择了合适的制壳耐火材料。将冷冻工艺制造的型壳和普通工艺制造的型壳进行三点抗弯试验和热膨胀试验,并将试验结果进行了对比。在扫描电镜下对比了冷冻工艺和普通工艺条件下的型壳微观形貌。分析了型壳与冰模界面间的反应,对界面间的热量传输进行了计算分析,用工艺措施解决了界面反应造成的型壳内表面粗糙问题,试验表明冷冻条件下制造的型壳满足铸件浇注要求。利用优化后的制壳材料和工艺路线进行了冷冻条件下的熔模铸造生产试验,试验结果表明基于冰模的熔模铸造工艺可以生产出高质量的产品。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 熔模铸造的基本工艺过程及特点
• 1.2 熔模铸造的发展状况
• 1.2.1 国内熔模铸造发展状况
• 1.2.2 国外熔模铸造的发展
• 1.2.3 我国熔模铸造技术和发达国家的差距
• 1.3 基于冰模的熔模铸造工艺流程及特点
• 1.4 冷冻铸造国内外发展现状
• 1.4.1 冷冻造型和冷砂造型技术
• 1.4.2 用冰冻模型生产铸件技术
• 1.4.3 当前研究所存在的问题
• 1.5 基于冰模的熔模铸造优势和局限性
• 1.5.1 基于冰模的熔模铸造优势
• 1.5.2 基于冰模的熔模铸造局限性
• 1.6 本课题研究内容和方法
• 1.6.1 课题的主要研究内容
• 1.6.2 课题的研究方法
• 第二章 冰模制作工艺
• 2.1 快速冷冻原型RFP（Rapid freeze prototyping）简介
• 2.1.1 RFP工艺原理
• 2.1.2 RFP的工艺参数
• 2.1.3 RFP在铸造生产中的应用
• 2.1.4 RFP工艺的优势
• 2.2 硅橡胶模具制作冰模FCP（Freeze Cast Proeess）简介
• 2.2.1 制模材料
• 2.2.2 制模的方法
• 2.2.3 硅橡胶模具的优缺点
• 2.3 模具制作工艺试验
• 2.3.1 试验原料
• 2.3.2 试验设备
• 2.3.3 试验过程
• 2.4 利用硅橡胶模具制造冰模
• 2.5 小结
• 第三章 制模工艺中线尺寸变化规律的试验研究
• 3.1 试验内容和方法
• 3.1.1 试验材料和设备
• 3.1.2 试验方法
• 3.1.3 试验过程中必须注意的问题
• 3.2 试验结果与讨论
• 3.2.1 试验结果
• 3.2.2 试验结果分析
• 3.2.3 试验误差来源分析
• 3.3 结论
• 第四章 冷冻条件下型壳材料的研究
• 4.1 粘结剂
• 4.1.1 硅酸乙酯的水解机理
• 4.1.2 硅酸乙酯水解用料
• 4.1.3 水解液的配料计算
• 4.1.4 水解液的水解操作过程
• 4.1.5 低温条件下三种水解液的性能比较
• 4.2 耐火材料
• 4.3 催化剂
• 4.3.1 催化剂的选择
• 4.3.2 试验结果与分析
• 4.4 分型剂
• 4.5 本章小结
• 第五章 冷冻条件下铸造成形工艺研究
• 5.1 冷冻条件下的熔模铸造工艺流程
• 5.2 型壳的制造及性能测试
• 5.2.1 型壳组成及结构
• 5.2.2 型壳主要性能及试验方法
• 5.2.3 冷冻条件下型壳的主要性能及试验方法
• 5.3 冷冻条件下的熔模铸造型壳微观形貌分析
• 5.4 冷冻条件下型壳与冰模间的界面反应
• 5.4.1 型壳与冰模间界面反应的成因
• 5.4.2 型壳与冰模间界面反应的热量传输
• 5.4.3 解决型壳与冰模间界面反应的工艺措施
• 5.5 零件的生产试验
• 5.6 铸件的尺寸变化及表面粗糙度对比
• 5.6.1 由冰模到铸件的尺寸变化
• 5.6.2 表面粗糙度对比
• 5.7 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 在学期间公开发表论文情况
• 致谢