CN102615253A - 一种基于光纤激光器的硅砂成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光纤激光器的硅砂砂模成型方法，属于激光快速成型加工领域。包括以下步骤：硅砂表面均匀包覆一层酚醛树脂，用建模软件制作要成型的零件模型，对模型进行分层加工。在加工过程中，由于硅砂的透过聚焦作用，将激光的焦点汇聚到了表层粉末的后面，激光在成型时不仅对表层粉末有作用效果，对下部一定深度的粉末也具有成型作用效果。本发明主要解决的问题在于光纤激光器对硅砂的透过率很高达90％以上，直接将光束作用在硅砂颗粒上无法达到加工成型效果。通过对硅砂进行包覆处理，从而使得硅砂能够加工成型，解决了光纤激光器无法加工硅砂的难题。

Description

一种基于光纤激光器的硅砂成型方法

技术领域

本发明涉及一种基于硅砂颗粒的激光加工成型方法，使用硅砂颗粒直接成型制件，属于激光快速成型领域。

背景技术

铸造是制造业的基础。铸件是各种机器的重要组成部分，一般来说铸件的重量占整机重量的40％～90％。据统计，我国或是国际上，在全部铸件产量中，60％～70％的铸件是用砂型生产的。硅砂是铸造砂模的主要物质，传统铸造生产中硅砂砂模的制造主要是通过人工手工制作，生产劳动强度大，环境差，对工人的技术要求高，生产周期较长且砂型质量不稳定。

激光快速成型技术是基于材料堆积法的一种高新制造技术，被认为是近20年来制造领域的一个重大成果。快速成型技术就是利用三维CAD的数据，通过快速成型机将一层层的材料堆积成实体原型。在计算机控制下，基于离散堆积的原理采用不同方法堆积材料，最终完成零件的成型与制造的技术。由于快速成型技术采用了全新的增长加工方法，彻底摆脱了传统去除加工法的限制，只需传统加工方法10％～30％的工时以及20％～35％的成本就能直接制造出产品模型或样品。它集机械工程、CAD、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学等技术于一身，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而为零件原型制造、新设计思想的校验等方面提供了一种高效低成本的实现手段。近几年，随着激光快速成型技术的发展，其在复杂模型成型制造方面的优势明显，将快速成型技术应用与砂型制作具有很大的潜力。但快速成型中所用激光器多为光纤激光器，硅砂对其基本全部透过，无法吸收，从而无法进行加工成型。这是激光快速成型应用于砂模成型的主要瓶颈

本方法的创新之处在于，使用光纤激光器直接加工对其透过率高达90％以上硅砂材料。使得硅砂砂模的制作可以通过快速成型的方法准确快速的成型，大大降低劳动强度以及制作成型时间。

发明内容

本发明旨在解决光纤激光器无法对硅砂进行成型加工的问题。本发明采用的选区激光烧结设备包括计算机、光纤激光器、运动控制卡、成型室、铺送粉机构，材料包括包覆有硅砂、酚醛树脂。

对于砂模的成型包括如下步骤：

(1)硅砂与酚醛树脂按一定的比例混合。具体操作过程为先将硅砂加入混砂机中加热到200～220℃之间，然后按酚醛树脂与硅砂重量比1.9％～2.1％加入酚醛树脂。当砂温降到105～110℃时，此时酚醛树脂基本已经均匀包覆在硅砂表面，加入乌洛托品水溶液(乌洛托品∶水质量比＝1∶1～1.5)使酚醛树脂固化，其加入量占酚醛树脂质量的10％～15％之间。在混制过程中需要通入压缩空气，加速冷却和砂粒的分散过程。

(2)将要成型的制件模型导入加工软件中，根据所要加工模型的形状，要达到的精度以及颗粒的大小进行分层填充处理；

(3)根据模型的大小计算所需粉末颗粒的总量，将足量的混合颗粒添加入送粉机构中，保证加工过程中粉末颗粒充足；

(4)打开激光器，调整激光功率、加工速度以及扫描间隔，对制件进行分层加工成型。

本方法的原理是：通过在硅砂表层包覆一层酚醛树脂，激光束在根据制件形状对颗粒进行成型加工，在激光束扫描的过程中表层颗粒由于酚醛树脂对激光的吸收，酚醛树脂熔化，能够粘连到一起，在表层下方一定深度的颗粒在投射进的激光束的作用下，酚醛树脂也产生熔化现象，从而将上下层的硅砂颗粒更紧密的粘连到一起。

本发明主要解决的问题在于光纤激光器对硅砂的透过率很高达90％以上，直接将光束作用在硅砂颗粒上无法达到加工成型效果。通过对硅砂进行包覆处理，从而使得硅砂能够加工成型，解决了光纤激光器无法加工硅砂的难题。

具体实施方式

首先有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制。

本发明实例选用小功率光纤激光器作为成型热源，扫描***采用数字式扫描振镜；硅砂颗粒粒径为100μm，表面包覆有1μm酚醛树脂。使用Pro/E三维建模软件创建外径为30mm，内径为25mm的空心半球以及底部为30mm×30mm，顶部为直径30mm，高度为30mm的模型。本实例按以下方法进行：采用热包覆工艺，将硅砂与酚醛树脂加入混砂机中进行混合包覆得到成型加工所需的包覆砂。将需要成型的三维模型导入控制软件中进行分层切片处理，设定加工参数为功率5W，扫描速度70mm/s，扫描间隔0.1mm。根据分层信息，对模型进行逐层成型加工直至完成所有层片的成型。

Claims (1)

1.基于光纤激光器的硅砂加工成型方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)先将硅砂加入混砂机中加热到200～220℃之间，然后按酚醛树脂与硅砂重量比1.9％～2.1％加入酚醛树脂；当砂温降到105～110℃时，加入乌洛托品水溶液使酚醛树脂固化，乌洛托品水溶液中乌洛托品∶水质量比＝1∶1～1.5，乌洛托品水溶液中加入量是酚醛树脂质量的10％～15％之间；在混制过程中需要通入加速冷却和砂粒的分散过程的压缩空气；

(2)将要成型的制件模型导入加工软件中，根据所要加工模型的形状，要达到的精度以及颗粒的大小进行分层填充处理；

(3)根据模型的大小计算所需粉末颗粒的总量，将足量的混合颗粒添加入送粉机构中，保证加工过程中粉末颗粒充足；

(4)打开激光器，调整激光功率、加工速度以及扫描间隔，对制件进行分层加工成型。