抗裂石膏型铸造材料及铸型等壁厚研究与应用

摘要

石膏型铸造是一种特殊的铸造工艺，可以铸造出其它加工方法难以成型的薄壁、整体、结构复杂和无余量精铸件，铸出的金属件具有表面粗糙度低、尺寸精度高、变形小等特点。近年来，石膏型精密铸造技术与快速成形技术相结合，为铸造模具快速设计与制造提供了新途径，大大提高了铸造生产的柔性。但是由于石膏型本身固有的缺陷，制约了这一项新技能的发展。石膏型精密铸造技术所用的石膏型铸粉只能一次性使用，极大的浪费了资源，而且传统焙烧时间达到60小时以上，效率低下，浪费了能源，这些缺陷限制了石膏型精密铸造技术的使用和推广。
　　 本文针对传统石膏型精密铸造技术中存在的缺陷，设计了可变容积砂箱和模块，通过改变砂箱容积和模块组合实现石膏型等壁厚，改善石膏型混合料的配方，加入了导热物质A，提高石膏型的综合性能。结合石膏型精密铸造传统工艺，优化了焙烧工艺曲线，并对实验结果进行综合分析，制定出完整的等壁厚石膏型精密铸造工艺。本文的主要成果有：
　　 ①设计可变容积砂箱。最大400×300×300mm和最小50×50×50mm的零件腊型，设计制造了可变容积砂箱，该砂箱能适应该尺寸范围内不同尺寸的零件腊型的最佳容积要求。
　　 ②设计了一系列标准模型块。为了实现石膏型的等壁厚，在石膏型精密铸造中首次引入了模块。根据实际零件的形状特点，利用不同的模块组合，最终使石膏型壁厚大致相等，壁厚约为20mm。
　　 ③为了增强石膏型的强度，提高石膏型的抗热震性，降低石膏型崩塌的可能性，添加了玻纤作为石膏混合料的填料。
　　 ④由于石膏型的导热性非常差，影响了石膏型的焙烧工艺和浇注工艺，因此，加入了导热物质A。加入导热物质A后，石膏型的导热能力和抗热震性能大大增强，膨胀率随加入量减小，且石膏型的强度变化很小，完全能达到石膏型精密铸造的要求。
　　 ⑤通过一系列试验研究石膏在各个温度下的晶型转变以及石膏混合料的其他组分在焙烧时的性能变化，结合实验中得到等壁厚石膏型的性能，得到了等壁厚石膏型具备实用价值的焙烧工艺参数。
　　 ⑥通过对等壁厚石膏型性能的研究，制定出了一条完整的等壁厚石膏型精密铸造工艺路线，并对新的石膏型精密铸造工艺的工业成本与传统工业成本进行粗略的比较。
　　 按照等壁厚石膏型精密铸造工艺路线生产铸件，提高了生产效率，实现了节材、节能的目的，具有良好的经济效益，对石膏型精密铸造具有重大意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1前言

1.1.1石膏型精密铸造

1.1.2快速成型技术(快速原型技术)

1.1.3基于快速成型技术的石膏型精密铸造

1.1.4石膏型精密铸造的特点

1.2石膏型精密铸造现状

1.3石膏型精密铸造存在的问题与发展趋势

1.3.1石膏型精密铸造存在的问题

1.3.2石膏型的的发展趋势

1.4本课题的研究内容及意义

1.4.1本课题研究目的

1.4.2本课题的研究内容

1.4.3本课题技术路线

1.4.4本课题的意义

2砂箱及充填模块设计

2.1砂箱设计

2.1.1砂箱的设计依据和原则

2.1.2砂箱材料选择

2.1.3砂箱尺寸的确定

2.1.4砂箱的结构设计

2.2模块设计

2.2.1模块的设计原则

2.2.2模块的设计

2.3小结

3石膏型材料及性能

3.1实验材料

3.1.1石膏的选用及性能

3.1.2填料的选用及性能

3.1.3材料目数的确定

3.1.4加剂的选用及性能

3.1.5水温及水质

3.1.6水固比

3.2实验仪器

3.3石膏型的性能要求

3.3.1力学性能

3.3.2导热性

3.3.3热膨胀性

3.3.4抗热震性

3.4小结

4实验内容及结果分析

4.1力学性能实验结果及分析

4.1.1实验配方及方法

4.1.2实验结果与分析

4.2导热性实验结果及分析

4.2.1实验配方及方法

4.2.2实验结果与分析

4.3热膨胀实验结果及分析

4.3.1实验配方及方法

4.3.2实验结果与分析

4.4抗热震性实验结果及分析

4.4.1实验配方及方法

4.4.2实验结果与分析

4.5小结

5等壁厚石膏型的工业应用

5.1实验结果分析及最佳配方

5.2完整工艺路线

5.2.1石膏型制备工艺

5.2.2石膏型的干燥工艺过程

5.2.3石膏型真空浇注及零件后处理

5.2.4石膏型精密铸造制造出的浇铸件

5.3石膏型精密铸造工艺的工业应用成本

5.4小结

6结论

致 谢

参考文献

附录 作者在攻读硕士学位期间发表的论文及取得的成果