CN112496262A - 一种基于sls技术的铝合金铸件快速铸造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于SLS技术的铝合金铸件快速铸造工艺,它属于快速铸造领域。本发明工艺具体步骤包括:(1)设计零件模型,依次包括建立零件的三维模型、设计浇注***、模型预缩放处理、抽壳处理、设计内部支撑;(2)激光烧结成型,以PS粉末为材料进行选择性激光烧结成形,制得零件PS原型并进行PS原型后处理;(3)陶瓷型熔模铸造,以PS原型为熔模,依次进行挂浆制壳、熔模脱除、高温焙烧、金属浇注、振动脱壳及铸件后处理等工序,最终制得精密铝合金材料铸件。本发明结合了选择性激光烧结技术与陶瓷型熔模精密铸造技术,省去了熔模模具制作流程,可实现铝合金铸件快速制造,节约了铝合金铸件开发制作成本、缩短了制造周期。
Description
技术领域
本发明涉及一种铸造工艺,尤其是涉及一种基于SLS技术的铝合金铸件快速铸造工艺,它属于快速铸造领域。
背景技术
随着汽车行业轻量化发展趋势,目前铝合金材料铸件零件应用越来越广泛,尤其是天然气汽车、氢发动机汽车、混合动力汽车等新能源汽车采用铝合金材料铸件零件的比例越来越高,比如汽车发动机缸体、缸盖等零部件也都越来越多地采用铝合金材料铸件。但是,在发动机缸体、缸盖等铝合金铸件新产品开发过程中,须反复修改各设计参数,若使用传统铸造成形方法,会涉及到多次制模、制芯等流程,工艺过程复杂、模具制造成本高、新产品开发周期很长。
选择性激光烧结技术,简称SLS技术,该技术是3D打印技术的一个重要分支,利用粉末材料在激光照射下烧结的原理,层层粘结,完成模型的制作,具有制造工艺简单、材料利用率高、成型速度快等优点。聚苯乙烯粉末、ABS粉末等塑料粉末易于烧结,成型精度较高,分解温度较低,其烧结件可代替传统熔模铸造的“蜡模”,进行复杂形状金属铸件的快速制造。
公开日为2016年11月09日,公开号为CN106077515A的中国专利中,公开了一种名称为“一种多缸一盖发动机气缸盖的铸造方法”的发明专利。该专利采用双浇注口对发动机气缸盖进行铝合金砂型铸造,提高金属液的充型速度;但该专利采用砂型铸造生产发动机气缸盖,需制造砂型模具,工艺流程较为复杂,生产开发周期长;此外,砂型铸造得到的铸件精度不高,后续机械加工的工作量较大。
因此,提供一种可有效提高快速铸造工艺可靠性、降低开发制作成本、缩短制造周期的铸造工艺,显得尤为必要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足,而提供一种基于SLS技术的铝合金铸件快速铸造工艺,合理可靠,实现铝合金铸件零件的快速制造,降低铝合金铸件新产品开发成本、缩短新产品的开发周期。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是:该基于SLS技术的铝合金铸件快速铸造工艺,包括如下工艺步骤:
(1)零件模型设计:建立铝合金铸件零件的三维模型,并在零件模型上设计添加浇注***,形成零件及其浇注***整体模型,并依次进行模型预缩放处理、抽壳处理、设计添加内部支撑;
(2)激光烧结成型:将零件模型转化为STL格式后导入SLS激光烧结设备中,并以聚苯乙烯(PS)粉末为材料进行选择性激光烧结成形,制得零件PS原型,并进行原型后处理;
(3)陶瓷型熔模铸造:以PS原型为熔模进行陶瓷型熔模精密铸造,依次包括挂浆制壳、熔模脱除、高温焙烧、金属浇注、振动脱壳及铸件后处理等工序,最终制得精密铝合金材料铸件。
作为优选,本发明所述步骤(1)中,所述抽壳处理的抽壳厚度根据零件几何尺寸、结构特点以烧结材料的强度确定,抽壳厚度范围可选0.6mm-2mm。
作为优选,本发明所述步骤(1)中,所述内部支撑用于增强抽壳模型的强度和刚度,支撑结构根据零件各部位的厚度确定,可选用网状、蜂窝状、桁架结构的一种。
作为优选,本发明所述步骤(1)中,零件及其浇注***整体模型预缩放比例取放大2%-3%;具体的模型预缩放比例根据后续选用的烧结材料收缩率、铸造铝合金材料收缩率、型壳膨胀系数及加工余量综合确定。
作为优选,本发明所述步骤(1)中,通过Solidworks软件,建立铝合金铸件零件的三维模型;也可以采用其它的三维软件进行三维建模。
作为优选,本发明所述步骤(2)中,所述PS原型后处理包括清粉、渗蜡、烘干和打磨,以提高PS烧结件的强度和表面质量。
作为优选,本发明所述步骤(3)中,所述挂浆制壳是以特制陶瓷浆料为原料制作完全包覆PS原型的陶瓷型壳,并将陶瓷型壳干燥处理;
作为优选,本发明所述步骤(3)中,所述熔模脱除是将激光烧结PS原型烧蚀去除,烧蚀温度设置为烧结材料熔点以上20-50℃,焙烧时间为0.5-2小时,焙烧结束后对型腔内部分碳化形成的残渣进行清理。
本发明与现有技术相比,具有以下优点和效果:(1)本申请工艺合理可靠,结合了选择性激光烧结(SLS)技术与陶瓷型熔模精密铸造技术,省去了熔模模具制作流程,可实现铝合金材料铸件零件的快速制造,节约了铝合金铸件的开发制作成本、缩短了制造周期;(2)本申请将零件模型通过抽壳处理变为具有内部支撑的薄壁结构,一方面节约了激光烧结材料、节省了激光烧结成型时间,另一方面也有效防止了后续熔模脱除工序中陶瓷型壳胀裂、提高了该快速铸造工艺可靠性。
附图说明
图1是本发明实施例的工艺流程示意图。
图2是本发明实施例目标零件模型示意图。
图3是本发明实施例模型经抽壳处理后的结构示意图。
图4是本发明实施例模型添加内部支撑后的结构示意图。
图中:目标零件1,浇注***2,内部支撑3。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明,以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例。
参见图1,本实施例基于SLS技术的铝合金铸件快速铸造工艺,其主要工艺步骤为:
(1)参见图2,基于Solidworks软件建立铝合金铸件零件的三维模型,并在零件模型上设计添加浇注***,形成零件及其浇注***整体模型。
(2)基于Solidworks软件对零件及其浇注***整体模型进行模型预缩放处理,具体的模型预缩放比例根据后续选用的烧结材料收缩率、铸造铝合金材料收缩率、型壳膨胀系数及加工余量综合确定,缩放比例一般取放大2%-3%。
(3)参见图3,基于Solidworks软件对缩放后的零件及其浇注***整体模型进行抽壳处理,抽壳处理的抽壳厚度根据零件几何尺寸、结构特点以烧结材料的强度确定,抽壳厚度一般取0.6mm-2mm。
(4)参见图4,基于Solidworks软件对抽壳后的零件及其浇注***整体模型设计添加内部支撑,用于增强抽壳模型的强度和刚度,支撑结构根据零件各部位的厚度确定,可选用网状、蜂窝状、桁架结构的一种。
(5)基于Solidworks软件将添加完成内部支撑的零件及其浇注***整体模型转化为STL格式,再将其导入SLS激光烧结设备中。
(6)在SLS激光烧结设备中,以聚苯乙烯(PS)粉末为成形材料,设置好成形工艺参数后直接进行选择性激光烧结成形,制得零件及其浇注***整体PS原型。
(7)对激光烧结成形的零件及其浇注***整体PS原型进行原型后处理,依次包括清粉、渗蜡、烘干和打磨等工序,以提高PS烧结件的强度和表面质量。
(8)以PS原型为熔模进行挂浆制壳,以特制陶瓷浆料为原料制作完全包覆PS原型的陶瓷型壳,并将陶瓷型壳干燥处理。
(9)将陶瓷型壳放到高温焙烧炉内进行熔模脱除,将激光烧结PS原型烧蚀去除,烧蚀温度设置为烧结材料熔点以上20-50℃,焙烧时间为0.5-2小时,焙烧结束后对型腔内部分碳化形成的残渣进行清理。
(10)将完成熔模脱除后的陶瓷型壳进行高温焙烧,再往型壳内部浇注熔融铝合金金属液,待冷却后再进行振动脱壳及铸件后处理等工序,最终制得精密铝合金材料铸件。
本实施例结合了选择性激光烧结技术与陶瓷型熔模精密铸造技术,省去了熔模模具制作流程,可实现铝合金材料铸件零件的快速制造,节约了铝合金铸件的开发制作成本、缩短了制造周期。
本实施例将零件模型通过抽壳处理变为具有内部支撑的薄壁结构,一方面节约了激光烧结材料、节省了激光烧结成型时间,另一方面也有效防止了后续熔模脱除工序中陶瓷型壳胀裂、提高了该快速铸造工艺可靠性。
通过上述阐述,本领域的技术人员已能实施。
此外,需要说明的是,本说明书中所描述的具体实施例,其零、部件的形状、所取名称等可以不同,本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化,均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围,均应属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于SLS技术的铝合金铸件快速铸造工艺,其特征在于:包括以下工艺步骤:
(1)零件模型设计:建立铝合金铸件零件的三维模型,并在零件模型上设计添加浇注***,形成零件及其浇注***整体模型,并依次进行模型预缩放处理、抽壳处理、设计添加内部支撑;
(2)激光烧结成型:将零件模型转化为STL格式后导入SLS激光烧结设备中,并以PS粉末为材料进行选择性激光烧结成形,制得零件PS原型,并进行PS原型后处理;
(3)陶瓷型熔模铸造:以PS原型为熔模进行陶瓷型熔模精密铸造,依次包括挂浆制壳、熔模脱除、高温焙烧、金属浇注、振动脱壳及铸件后处理等工序,最终制得精密铝合金材料铸件。
2.根据权利要求1所述的基于SLS技术的铝合金铸件快速铸造工艺,其特征在于:所述步骤(1)中,抽壳处理的抽壳厚度为0.6mm-2mm。
3.根据权利要求1所述的基于SLS技术的铝合金铸件快速铸造工艺,其特征在于:所述步骤(1)中,内部支撑采用网状、蜂窝状或桁架结构中的一种。
4.根据权利要求1所述的基于SLS技术的铝合金铸件快速铸造工艺,其特征在于:所述步骤(1)中,零件及其浇注***整体模型的预缩放比例取放大2%-3%。
5.根据权利要求1所述的基于SLS技术的铝合金铸件快速铸造工艺,其特征在于:所述步骤(1)中,通过Solidworks软件,建立铝合金铸件零件的三维模型。
6.根据权利要求1所述的基于SLS技术的铝合金铸件快速铸造工艺,其特征在于:所述步骤(2)中,PS原型后处理包括清粉、渗蜡、烘干和打磨。
7.根据权利要求1所述的基于SLS技术的铝合金铸件快速铸造工艺,其特征在于:所述步骤(3)中,挂浆制壳是以特制陶瓷浆料为原料制作完全包覆PS原型的陶瓷型壳,并将陶瓷型壳干燥处理。
8.根据权利要求1所述的基于SLS技术的铝合金铸件快速铸造工艺,其特征在于:所述步骤(3)中,所述熔模脱除是将激光烧结PS原型烧蚀去除,烧蚀温度设置为烧结材料熔点以上20-50℃,焙烧时间为0.5-2小时,焙烧结束后对型腔内部分碳化形成的残渣进行清理。
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