《基於微噴射粘結的鑄型直接成形關鍵技術基礎研究》是依託華中科技大學，由葉春生擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於微噴射粘結的鑄型直接成形關鍵技術基礎研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：葉春生
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
採用粘結劑分層粘結粉末成形鑄型，與雷射分層燒結成形比較，具有設備投資小、運行成本低等突出優點，更適合金屬零件的快速鑄造。目前，該工藝成形鑄型的精度和強度低，需經後處理才能使用，這既降低鑄件性能，又延長製造周期。本項目將研究阻礙微噴射粘結直接成形高性能鑄型的若干關鍵技術基礎問題，為實現金屬零件快速低成本鑄造奠定理論基礎。研究噴射微滴與粉末界面結合機理、粘結劑流體在粉末層中的固化行為和鋪展滲透動力學特徵、粘結橋的形貌特徵及形成機制，研究不同鋪粉條件下粉體堆積特性、鋪粉器與已成形粉末層相互作用特徵。擬採用傾斜式成形台消除鋪粉過程中已粘結粉體的位移和開裂現象，同時通過小微滴多次噴射提高噴射精度和控制粘結劑固化時間消除輪廓邊緣粘結劑溢出等措施解決成形精度偏低問題，並通過最佳化粉體粒徑分布和間接加入亞微米級粉末提高粉體緻密度及鑄型表面構建塗層等措施提高鑄型強度。本項目的研究成果具有較大的理論和套用價值。
結題摘要
為解決微噴射粘結直接成形鑄型精度和強度偏低難題，研究了噴射過程中粘結劑液滴落點位置的影響因素及機理；研究了鋪粉過程中已粘結粉層所受力的演化規律及其對鑄型成形精度和強度的影響機制；自主研製了具有傾斜鋪粉方式的微噴射粘結成形設備及控制系統；研究了粘結過程中粘結劑液滴在粉末層中的滲透動力和固化行為；研究了不同工藝參數對鑄型成形精度和強度的影響規律及其機理；提出了以納米分散液為粘結劑的“孔隙填充”成形新方法，研究了納米分散液在粉層中的分布特徵及其對型芯性能的影響機理。研究結果表明：噴射的粘結劑液滴沿拋物線軌跡飛行而使液滴落點位置產生誤差，通過位置補償算法並使噴頭安裝高度小於1.5mm時，其噴射成形誤差小於0.2mm。在鋪粉過程中已成形粉末層受到新粉末施加的切應力和壓力應作用而易發生移動和開裂，採用發明的隨動下落式傾斜鋪粉方式使已成形粉層所受壓應力和剪應力趨於0，從而提高成形精度和強度。影響鑄型成形質量的主要因素有粉末角形係數和粒徑、粘結劑性能（表面張力、粘度、固化速率和固化強度）和噴射量、分層厚度等因素有關，這些因素互動影響粘結劑在粉層中的滲透動力、固化分布特徵以及單位粘結橋數量和強度，從而影響成形精度和性能；較佳的鑄型微噴射粘結成形工藝為型砂角形係數小於1.1、粒徑範圍為70-140目，酚醛樹脂粘結劑噴射量為25%，分層厚度0.32mm獲得的砂型X、Y、Z軸向誤差分別為0.11mm、0.09mm、-0.03mm，抗拉強度為1.21MPa，透氣率為158.5，發氣量為16.9ml/g。噴射的納米氧化鋯顆粒填充氧化鈣粉層孔隙並包裹氧化鈣顆粒表面，使坯體緻密度增大，降低燒結收縮率，且燒結形成的中間化合物鋯酸鈣可阻隔氧化鈣與水蒸氣的接觸，大幅提升其抗吸濕能力。當納米氧化鋯分散液噴射量為20%，成形的氧化鈣陶瓷型芯坯體綜合質量最好，三個軸向尺寸誤差都小於0.15mm，緻密度為0.4497；經1300℃燒結後的收縮率為2.11%、抗彎強度為14MPa、48小時吸濕率為1.18%。本項目的研究成果較適合金屬零件的低成本快速鑄造，具有重要的理論和實際意義。
