【摘要】：本文基于激光3D打印技術(shù)特殊的成形方式與工藝特點(diǎn),針對激光燒結(jié)件初始強(qiáng)度低,在清粉、轉(zhuǎn)移過程中的易斷裂或缺損等問題,采用兩種熱塑性酚醛樹脂PF-1904、PFR-1350按1:1比例混合作為粘結(jié)劑,對適用于激光3D打印技術(shù)的覆膜砂制備工藝以及選區(qū)激光燒結(jié)工藝做了較為系統(tǒng)地研究。采用70/140目水洗硅砂,經(jīng)過一系列初步實(shí)驗(yàn),確定了影響覆膜砂性能的主要工藝因素有原砂溫度、酚醛樹脂含量、加入固化劑時(shí)混料溫度、加入固化劑后混砂時(shí)間等。通過正交試驗(yàn)對覆膜全過程進(jìn)行分析和優(yōu)化,結(jié)果表明,各工藝參數(shù)對覆膜砂性能的影響為:樹脂含量原砂溫度加固化劑時(shí)混料溫度加固化劑后混砂時(shí)間,獲得了最佳覆膜工藝參數(shù)組合為:原砂溫度180℃、樹脂含量3wt.%,加入固化劑時(shí)混料溫度110℃,加入固化劑后混砂35s,且常溫抗拉強(qiáng)度達(dá)到3.6MPa,發(fā)氣量18ml/g,完全能夠達(dá)到鑄造生產(chǎn)要求。此外,在達(dá)到技術(shù)指標(biāo)以及強(qiáng)度符合使用要求的前提下,寶珠砂覆膜砂樹脂含量僅為2wt.%,且發(fā)氣量明顯降低。與硅砂覆膜砂相比,寶珠砂覆膜砂燒結(jié)件的綜合性能明顯提高,尤其適用于成型復(fù)雜細(xì)薄零件的鑄造用砂型(芯)。本文使用中北大學(xué)自主研制的SLS-500點(diǎn)掃描激光快速成型機(jī),采用正交試驗(yàn)方法對覆膜砂選區(qū)激光燒結(jié)成型工藝參數(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)地研究。通過正交試驗(yàn)的極差分析發(fā)現(xiàn),燒結(jié)工藝參數(shù)對覆膜砂的燒結(jié)特性影響程度大小為:激光功率掃描距離掃描速度鋪粉層厚,最佳的燒結(jié)覆膜砂工藝參數(shù)為:激光功率24w,掃描速度1400mm/s,掃描間距0.20mm,鋪粉層厚度0.30mm。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,在此最佳燒結(jié)工藝參數(shù)下燒結(jié)試樣的初始常溫抗拉強(qiáng)度達(dá)到0.62MPa。對燒結(jié)件的后處理工藝進(jìn)行試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)保溫溫度220℃、保溫時(shí)長15min時(shí),燒結(jié)試樣常溫抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到3.5MPa以上,能夠滿足鑄造過程的使用要求。
【圖文】：

圖 2.1 混砂機(jī)干熱覆膜法的混制時(shí)間分配圖2.2 覆膜砂的固化反應(yīng)機(jī)理覆膜砂在模具或芯盒內(nèi)的硬化過程可以看作酚醛樹脂和烏洛托品在受熱條件下發(fā)生的硬化反應(yīng)。在覆膜砂受到模具溫度作用的過程中，如圖 2.2 所示，樹脂膜將發(fā)生三個(gè)階段的化學(xué)反應(yīng)和物理轉(zhuǎn)移。階段 1：樹脂受熱熔融且其粘度不斷降低，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定溫度時(shí)混在凝膠化樹脂中的烏洛托品開始發(fā)生分解并釋放出甲醛。反應(yīng)方程式如下： 26423(C H)N6HO6HCHO4NH階段 2：此階段的樹脂仍處于熱塑性狀態(tài)，且會(huì)有少量的水被釋放出來，就在這時(shí)，烏洛托品分解出的甲醛會(huì)與線型酚醛樹脂分子發(fā)生縮合反應(yīng)（即甲醛先在酚醛樹脂分子鏈上的苯酚羥基的對位處生成羥甲基，如圖 2.3 所示，然后，此酚羥基再與其他酚醛樹

中北大學(xué)學(xué)位論文14圖 2.1 混砂機(jī)干熱覆膜法的混制時(shí)間分配圖2.2 覆膜砂的固化反應(yīng)機(jī)理覆膜砂在模具或芯盒內(nèi)的硬化過程可以看作酚醛樹脂和烏洛托品在受熱條件下發(fā)生的硬化反應(yīng)。在覆膜砂受到模具溫度作用的過程中，如圖 2.2 所示，樹脂膜將發(fā)生三個(gè)階段的化學(xué)反應(yīng)和物理轉(zhuǎn)移。階段 1：樹脂受熱熔融且其粘度不斷降低，，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定溫度時(shí)混在凝膠化樹脂中的烏洛托品開始發(fā)生分解并釋放出甲醛。反應(yīng)方程式如下： 26423(C H)N6HO6HCHO4NH階段 2：此階段的樹脂仍處于熱塑性狀態(tài)，且會(huì)有少量的水被釋放出來，就在這時(shí)，烏洛托品分解出的甲醛會(huì)與線型酚醛樹脂分子發(fā)生縮合反應(yīng)（即甲醛先在酚醛樹脂分子鏈上的苯酚羥基的對位處生成羥甲基，如圖 2.3 所示，然后，此酚羥基再與其他酚醛樹脂分子苯酚核的對位或鄰位的活性氫原子縮合，生成亞甲基－CH2－鍵）使得樹脂分子由線型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)轶w型結(jié)構(gòu)，向熱固性的階段 3 進(jìn)行。樹脂貫穿砂粒間，砂粒之間形成架橋。3NH 造成的堿性氣氛
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG221

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本文編號：2631725