葉輪快速成型件的熔模鑄造工藝與數(shù)值模擬研究.pdf

1、熔模鑄造是一種材料凈成型技術(shù)，通過該技術(shù)可生產(chǎn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的精密鑄件。但其工藝存在制造過程繁瑣，生產(chǎn)周期較長、廢品率較高等缺點(diǎn)。計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)和快速成型技術(shù)的迅速發(fā)展為熔模鑄造帶來新的發(fā)展方向，這些技術(shù)可以縮短熔鑄鑄造的試驗(yàn)和生產(chǎn)周期，提高經(jīng)濟(jì)效益和市場競爭力。本文就數(shù)值模擬和FDM快速成型技術(shù)在熔模鑄造中應(yīng)用進(jìn)行了研究，借助于數(shù)值模擬仿真技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)葉輪澆注方案；借助于快速成型技術(shù)快速生成PLA葉輪模具，簡化了工藝流程縮短了制模時(shí)間，

2、最后通過澆注驗(yàn)證了數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性和快速制模的可行性。
　　首先，用三維繪圖軟件Pro/E繪制了葉輪模型，然后對葉輪模型設(shè)計(jì)了頂注式澆注方案，再運(yùn)用鑄造數(shù)值模擬軟件ProCAST對頂注式方案進(jìn)行了數(shù)值模擬，具體工藝參數(shù)設(shè)置為：澆注鋁合金液溫度720℃，澆注速度0.15m/s，將型殼預(yù)熱到300℃。數(shù)值模擬結(jié)果顯示：充型過程存在紊流，葉片中心部位產(chǎn)生較大的縮松縮孔缺陷，并且葉片根部與殼體連接處存在221Mpa應(yīng)力易造成鑄件缺陷。改進(jìn)

3、方案采用了側(cè)注式澆注系統(tǒng)，在殼體上中下部位各設(shè)置一個(gè)澆口，模擬試驗(yàn)參數(shù)與原方案相同，結(jié)果表明側(cè)注式澆注系統(tǒng)充型過程平穩(wěn)，橫澆道和內(nèi)澆口的設(shè)計(jì)有助于順序凝固，讓鑄件得到有效的補(bǔ)縮，降低了葉片的縮孔縮松。最大縮孔率為0.69出現(xiàn)在葉片和殼體連接部位，最大應(yīng)力為158Mpa出現(xiàn)在葉片根部。側(cè)注式澆注方案縮松縮孔率和最大有效應(yīng)力均小于頂注式方案且滿足使用需求。
　　其次，運(yùn)用FDM快速成型技術(shù)，使用了自制的kossel結(jié)構(gòu)FDM3D打印機(jī)

4、打印出葉輪實(shí)體模型，對提高鋁合金葉輪FDM打印精度做了相關(guān)討論和分析，根據(jù)PLA和鋁合金的收縮率建立了修正比例為1.013的模型，針對葉輪的結(jié)構(gòu)特征在每個(gè)葉片下面設(shè)置20mm*20mm*14mm的支撐，支撐選擇30％填充，葉輪主體采用100％填充。每個(gè)單層設(shè)置三層輪廓，直線填充，層高0.2mm，填充速度70mm/s，打印托盤溫度設(shè)置為60℃.經(jīng)過2小時(shí)打印后獲得葉輪模型，去除支撐后獲得葉輪實(shí)體，最后通過快速成型2小時(shí)成功制作出精度為0.

5、2mm的PLA葉輪實(shí)體。將葉輪模型粘接在蠟澆道后，根據(jù)模具的特性選擇硅溶膠作為粘接劑制定了4層制殼工藝。
　　最后，研究了脫P(yáng)LA模的過程。用高壓釜脫蠟后進(jìn)行焙燒脫去PLA模，清洗檢查后進(jìn)行澆注。在焙燒過程中，加熱溫度至250℃后保持一個(gè)小時(shí)，PLA葉輪模型分解為二氧化碳、水、乙醛、一氧化碳，實(shí)現(xiàn)了脫P(yáng)LA模。并使用模擬方案的工藝參數(shù)進(jìn)行澆注。實(shí)驗(yàn)表明，快速成型的PLA模具可以應(yīng)用于熔模鑄造，葉輪鑄件完整質(zhì)量良好驗(yàn)證了數(shù)值模擬的準(zhǔn)