面向熔射制模的快速制造粘土原型试验研究

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利用矿山废弃高塑性红黏土制备轻质陶粒的研究

利用矿山废弃高塑性红黏土制备轻质陶粒的研究贾晓钊;雷国元;余晓东;向锐;毛绍波;季佳善【摘要】Up to the present,farmland clay is widely used to prepare lightweight ceramsite,and the technology of prepar-ing lightweight ceramsite by using red clay as the main raw material has not yet been reported.In view of the high pileup of stripped red clay which was produced during mining process in a metallurgical flux mine,the preparation experiments of light-weight ceramsite were carried out by using red clay as the main raw material and ordinary clay,compoundL,limestone,pulver-ized coal as additives,and the effect on lightweight ceramsite′s performance of raw material ratio and baking system were stud-ied.The results showed that the rate of ceramsite cracking during roasting process and density of ceramsite can be decreased by adding ordinary clay and compound L,and the apparent density and strength of ceramsite can be decreased by increasing calci-ning temperature and the addition of ordinary clay,compound L and pulverized coal,and the strength of ceramsite can be in-creased by adding a suitable limestone.The lightweight ceramsite could be prepared if the raw pellets,which prepared with red clay,ordinary clay compound L,limestone and pulverized coal at the mass ratio of 85.5 : 7.0 : 3.5 : 3.0 : 1.0,were drying at 105 ℃ for 4h,preheated at 450℃ for 30 min and calcined at 1 170℃ for 12 min.The key performance indexes of the ceram-site prepared in the industrial test all met the quality requirements of 500 grade ceramsite in GB/T 17431.1-2010,which indi-cated that the technology has the practical value of production and application.The research results have broken through the strict restrictions on the raw materials of lightweight ceramsite,which provided a new way for the high value-added utilization of high plastic red clay in metallurgical flux mine.%生产上多取用农田黏土制备轻质陶粒,以红黏土为主要原料的技术还未见报道.某矿山在开采过程产生大量剥离红黏土,长期堆存无法利用.以该红黏土为主要原料,添加普通黏土、化合物L、石灰石、煤粉进行轻质陶粒制备试验,考察原料配比及焙烧制度对烧成陶粒性能的影响.结果表明,加入适量普通黏土、化合物L可有效降低陶粒烧制过程中的炸裂率,烧成陶粒强度、表观密度随普通黏土、化合物L、煤粉的添加量及焙烧温度的增加而降低,适量添加石灰石可增强烧成陶粒强度;以红黏土、普通黏土、化合物L、石灰石、煤粉质量比为85.5 : 7.0 : 3.5 : 3.0 :1.0混合制得陶粒生球,在105 ℃下干燥4 h、450 ℃预热30 min、1170 ℃焙烧12 min,可制得轻质陶粒.工业投笼试验所得成品陶粒的关键性能指标均达到GB/T 17431.1—2010中对500级陶粒的质量要求,说明该技术具有实际生产应用价值.研究成果突破了轻质陶粒对原料的严格限制,为矿山剥离高塑性红黏土的高附加值利用提供了新途径.【期刊名称】《金属矿山》【年(卷),期】2018(000)004【总页数】5页(P192-196)【关键词】高塑性;红黏土;轻质陶粒;焙烧制度【作者】贾晓钊;雷国元;余晓东;向锐;毛绍波;季佳善【作者单位】武汉科技大学资源与环境工程学院,湖北武汉430081;武汉科技大学资源与环境工程学院,湖北武汉430081;武钢资源集团有限公司,湖北武汉430080;武汉科技大学资源与环境工程学院,湖北武汉430081;武钢资源集团有限公司,湖北武汉430080;武钢资源集团有限公司,湖北武汉430080【正文语种】中文【中图分类】X705;TB321我国许多矿山在开采过程中会产生大量剥离红黏土而未得到利用，其堆存困扰国内矿山的发展，甚至威胁矿山的生存[1]。

基于机器人快速制造粘土类陶瓷原型工艺研究

ＭＥＮＧｅＦｉ一，ＺＨＡＮＧｉＯｌＷＡＮＧｉｌｎＨａ．ｌ，Ｇｕ —ａ
（．ｃｏｌｆｅｈｎｃｌｃｅｃｎｎｉｅｒｇｕｚｏｇＵｉｅｓｙｏＳｉｃｎｅｈｏｇ，Ｗｕ１Ｓｈｏｏｍｃａｉａｓｉｅａｄｅｇｅｉ，ＨａｈｎｎｖｒｔｆｃｅｅａｄＴｃｎｌｙｎｎｎｉｎｏ —
文章编号：０１２６（０１ｔ — ００—０１０ — ２５２１）１０７３
基于机器人快速制造粘土类陶瓷原型工艺研究
孟飞，海鸥王桂兰张，
（．中科技大学机械科学与工程学院，汉１华武
３０１３０７）
Ｕｉｒｉ，ａｃａｇ３０１，ＣｉａｎｅｓｙＮｎｈｎ３０７ｈｎ）ｖｔ
ＡｂｓｒｔＦｒｒｐｄｐｏｏｙｉｆＲａｄｔｌｅｈｎｌｇｔａｃ：ｏａｉｒｔｔｐｎｇｏｐｉｏｏｉｎｇｔｃｏｏｙ，ｔｅｐｐｅｎｌｅｈｒｗｂｃｓｏｗｏｈａｒａａｙｚｄｔｅｄａａｋｆｔｒｐｏｕｃｉｎｎｔｅｏｉｉａｒｃｓ，ｐｏｓｄａｎｗｒｃｓｎｉｅｕｔｔｅｋｙｉｓｅ．Ｉｈｅｎｗｅｒｄｔｏｓｉｈｒｇｎｌｐｏｅｓｒｐｏｅｅｐｏｅｓａｄｐｏｎｔｄｏｈｅｓｕｓｎｔｅ
的可行性。
关键词：瓷原型；业机器人；速制造；艺研究陶工快工中图分类号：Ｈ１２Ｔ２２Ｔ６；Ｐ４文献标识码：Ａ

机器人精加工陶瓷原型技术的路径规划研究

度和效率，本文对
四种常用机器人铣削加工路径进行比较，提出对加工工
轮廓，呈方形封闭环由外向里加工；④沿径向线加工：
其加工方式为定点向四周从里向外加工如图４所示。（）评价方法。路径规划方案妥香主要根据加工效４
（）陶瓷原型加工路径的建立。以汽车覆盖件陶瓷２
原型，其最大尺寸（７ｘ２ｘ０ｍ，成形件表面质量３０３５７）ｍ要求高。因此。以汽车覆盖件陶瓷原型为例讨论陶瓷原型的加工，具有比较典型的代表性。
基于ＵＡＭ对机器人加工路径进行规划。使用ＧＣ
代码转换。
系统之间，但由于其在同等成本下工作面积更大，所以
与现有ｆＰ统相比，具有较强的竞争力咖ｕ系。
熔射快速制模的关键问题之一是如何保证被熔射陶
（）路径规划方案。针对陶瓷毛坯进行精加工路径３规划，根据参数生成四种路径方案如下：①平行于Ｘ轴
维普资讯
第２Ｏ尝第１期
２００７年１月
Ｄｖｌｐｎｅｅｏｍｅｔ＆Ｉｎｖｔｎｏｃｉｅｙ＆ｅｅｔｉａｐｏｕｔｎｏａｉｆｍａｈｎｒｏｌｃｒｃｌｒｄｃｓ
机电产品开簋与新
瓷原型的精度与表面质量。本实验室把等离子熔射制模
技术与机器人技术相结合，提出了机器人直接铣削陶瓷原型的方法，其机器人加工路径基于ＵＡ进行规ＧＣＭ

成都粘土泥浆流变模型探讨

引用格式：梁瑛，曹文豪，季宪军，潘华利，欧国强．成都粘土泥浆流变模型探讨［Ｊ］．山地学报，２０２１，３９（２）：２１８－２２５．ＬＩＡＮＧＹｉｎｇ，ＣＡＯＷｅｎｈａｏ，ＪＩＸｉａｎｊｕｎ，ＰＡＮＨｕａｌｉ，ＯＵＧｕｏｑｉａｎｇ．ＤｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｎｔｈｅＲｈｅｏｌｏｇｉｃａｌＭｏｄｅｌｏｆＣｈｅｎｇｄｕＣｌａｙｓｌｕｒｒｙ［Ｊ］．ＭｏｕｎｔａｉｎＲｅｓｅａｒｃｈ，２０２１，３９（２）：２１８－２２５．山地学报ＭＯＵＮＴＡＩＮＲＥＳＥＡＲＣＨ文章编号：１００８－２７８６－（２０２１）２－２１８－８ＤＯＩ：１０１６０８９／ｊ．ｃｎｋｉ．１００８－２７８６．０００５８９收稿日期（Ｒｅｃｅｉｖｅｄｄａｔｅ）：２０２０－０１－２２；改回日期（Ａｃｃｅｐｔｅｄｄａｔｅ）：２０２１－０２－１５基金项目（Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｉｔｅｍ）：国家自然科学基金（４１６７２３５７，５１６７９２２９，４１６７２３１８）。

［ＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ（４１６７２３５７，５１６７９２２９，４１６７２３１８）］作者简介（Ｂｉｏｇｒａｐｈｙ）：梁瑛（１９７４－），女，河南人，硕士，副教授，主要研究方向：工程应用数学。

［ＬＩＡＮＧＹｉｎｇ（１９７４－），ｆｅｍａｌｅ，ｂｏｒｎｉｎＨｅｎａｎｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｍ．Ｓｃ．，ａｓｓｏｃｉａｔｅｐｒｏｆｅｓｓｏｒ，ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｐｐｌｉｅｄｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ］Ｅｍａｉｌ：ｌｉａｎｇｙｉｎｇ５８９＠１６３．ｃｏｍ通讯作者（Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ）：欧国强（１９５８－），男，四川人，博士，研究员，主要研究方向：山地灾害动力学。

［ＯＵＧｕｏｑｉａｎｇ（１９５８－），ｍａｌｅ，Ｐｈ．Ｄ．，ｐｒｏｆｅｓｓｏｒ，ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｍｏｕｎｔａｉｎｄｉｓａｓｔｅｒｄｙｎａｍｉｃｓ］Ｅｍａｉｌ：ｏｕｇｑ＠ｉｍｄｅ．ａｃ．ｃｎ成都粘土泥浆流变模型探讨梁瑛１，曹文豪１，季宪军１，潘华利２，欧国强２（１．南阳理工学院，河南南阳４７３００４；２．中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所，成都６１００４１）摘　要：泥浆是泥石流动力学的重要研究对象。

基于选择性激光烧结PS原型的快速铸造工艺研究

第３６卷第４期２０１９年４月机㊀㊀电㊀㊀工㊀㊀程ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ＆ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｏｌ.３６Ｎｏ.４Ａｐｒ.２０１９收稿日期:２０１８－１１－０８基金项目:浙江省公益技术研究工业资助项目(２０１７Ｃ３１０９１)ꎻ浙江省重大科技专项重大工业资助项目(２０１８Ｃ０１０６７)作者简介:邵中魁(１９８８－)ꎬ男ꎬ浙江浦江人ꎬ硕士ꎬ工程师ꎬ主要从事３Ｄ打印技术方面的研究ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｚｋｓｈａｏ１９８８＠１６３.ｃｏｍＤＯＩ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１００１－４５５１.２０１９.０４.００９基于选择性激光烧结ＰＳ原型的快速铸造工艺研究∗邵中魁１ꎬ沈小丽１ꎬ何朝辉１ꎬ黄建军１ꎬ姜耀林１ꎬ潘㊀煜２(１.浙江省机电设计研究院有限公司ꎬ浙江杭州３１１３０５ꎻ２.浙江省机电产品质量检测所ꎬ浙江杭州３１００５１)摘要:针对传统熔模精密铸造工艺中熔模制作过程复杂的问题ꎬ以某典型零件为研究对象ꎬ开展了基于选择性激光烧结技术的熔模精密铸造工艺研究ꎮ首先采用ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ建立了零件的三维模型ꎬ将模型导入激光烧结设备中ꎬ调整并优化了烧结设备的工艺参数ꎬ以ＰＳ(聚苯乙烯)粉末为原材料进行了激光烧结成型ꎬ制得了零件的ＰＳ原型ꎻ然后ꎬ以该ＰＳ原型与蜡浇注系统结合后的整体模型作为熔模替代了传统压制蜡模ꎬ进行了熔模精密铸造ꎬ制得了目标零件的精密铸件ꎻ最后ꎬ测量并分析了铸件的尺寸精度和表面质量ꎮ研究结果表明:通过该快速铸造工艺制得的铸件质量较好ꎬ尺寸精度可达ＣＴ６级ꎬ表面粗糙度可达Ｒａ６.３μｍꎮ关键词:选择性激光烧结ꎻ快速铸造ꎻ聚苯乙烯原型ꎻ熔模中图分类号:ＴＨ１６４ꎻＴＧ２４１㊀㊀㊀㊀文献标志码:Ａ文章编号:１００１－４５５１(２０１９)０４－０３８７－０４ＲａｐｉｄｃａｓｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｂａｓｅｄｏｎＰＳｐｒｏｔｏｔｙｐｅｍａｄｅｂｙｓｅｌｅｃｔｉｖｅｌａｓｅｒｓｉｎｔｅｒｉｎｇＳＨＡＯＺｈｏｎｇ￣ｋｕｉ１ꎬＳＨＥＮＸｉａｏ￣ｌｉ１ꎬＨＥＣｈａｏ￣ｈｕｉ１ꎬＨＵＡＮＧＪｉａｎ￣ｊｕｎ１ꎬＪＩＡＮＧＹａｏ￣ｌｉｎ１ꎬＰＡＮＹｕ２(１.ＺｈｅｊｉａｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ＆ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＨａｎｇｚｈｏｕ３１１３０５ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＺｈｅｊｉａｎｇＴｅｓｔｉｎｇ＆ＩｎｓｐｅｃｔｉｏｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｆｏｒＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＰｒｏｄｕｃｔｓＱｕａｌｉｔｙꎬＨａｎｇｚｈｏｕ３１００５１ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙｏｆｍａｋｉｎｇｆｉｒｅｄｍｏｌｄｉｎｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｐｒｅｃｉｓｉｏｎｃａｓｔｉｎｇｉｎｄｕｓｔｒｙꎬａｎｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔｃａｓｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｓｔｕｄｙｏｎｔｙｐｉ￣ｃａｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔｗａｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｓｅｌｅｃｔｉｖｅｌａｓｅｒｓｉｎｔｅｒｉｎｇ.Ｆｉｒｓｔｌｙꎬｔｈｅ３ＤｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｓｕｐｐｏｒｔｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄｂｙＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓａｎｄｔｈｅｎｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｏｌａｓｅｒｓｅｌｅｃｔｉｏｎｓｉｎｔｅｒｉｎｇｍｏｌｄｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔｔｏｈａｖｅｓｏｍｅｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙｔｒｅａｔｍｅｎｔａｎｄｔｈｅｎｓｉｎｔｅｒｅｄｆｏｒｔｈｅＰＳｐｒｏｔｏｔｙｐｅ.Ａｆ￣ｔｅｒｗａｒｄｓꎬｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｓｕｐｐｒｅｓｓｅｄｗａｘｍｏｄｅｌｗａｓｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅｄｂｙｔｈｅｃｏｍｂｉｎｅｄｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅＰＳｐｒｏｔｏｔｙｐｅａｎｄｔｈｅｗａｘｃａｓｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍｔｏｂｅｔｈｅｆｉｒｅｄｍｏｌｄｉｎｃａｓｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｔｏｍａｋｅｃａｓｔｉｎｇｐｒｏｄｕｃｔｓ.Ａｔｌａｓｔꎬｔｈｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｐｒｅｃｉｓｉｏｎａｎｄｓｕｒｆａｃｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ.Ｔｈｅｒｅ￣ｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｃａｓｔｉｎｇｐｒｏｄｕｃｔｓｍａｄｅｂｙｔｈｉｓｒａｐｉｄｃａｓｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｈａｖｅｇｏｏｄｑｕａｌｉｔｙａｓｔｈｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌａｃｃｕｒａｃｙｃａｎｒｅａｃｈＣＴ６ａｎｄｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓｃａｎｒｅａｃｈＲａ６.３μｍ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｓｅｌｅｃｔｉｖｅｌａｓｅｒｓｉｎｔｅｒｉｎｇꎻｒａｐｉｄｃａｓｔｉｎｇꎻＰＳｐｒｏｔｏｔｙｐｅꎻｆｉｒｅｄｍｏｌｄ０㊀引㊀言熔模精密铸造是一种近净成型的先进铸造技术ꎬ适用于多种类型㊁多种合金的铸造ꎬ在实际工程中应用广泛ꎮ熔模精密铸造的第一道生产工序是制造熔模[１￣２]ꎮ传统的蜡质熔模一般采用压蜡模具压制而成ꎬ而传统的压蜡模具制造工艺一般采用数控加工或电火花加工ꎬ模具开发周期长㊁制造成本高ꎬ难以满足现代社会个性化㊁小批量生产的市场需求ꎮ因此ꎬ开发一种经济快速的熔模制造方法具有重要意义[３]ꎮ３Ｄ打印技术是制造业领域正在迅速发展的一项新兴技术ꎬ其仅利用三维设计数据在一台设备上即可快速而精确地制造出任意复杂形状的零件[４]ꎬ因此ꎬ结合了３Ｄ打印技术和铸造技术的快速铸造技术可在很大程度上降低铸造的时间和经济成本ꎬ受到了许多学者的关注[５￣６]ꎮ姜耀林等[７]通过光固化３Ｄ打印技术制作了叶轮树脂模型ꎬ并以该模型作为熔模进行了熔模精密铸造ꎬ制得了离心泵叶轮精密金属零件ꎻ谭东等[８]综合利用了选择性激光烧结和光固化等３Ｄ打印技术制造了车钩砂型铸造需要的砂芯ꎬ实现了车钩的快速铸造ꎮ但是ꎬ目前基于选择性激光烧结的熔模精密快速铸造工艺方面的研究并不多见ꎮ选择性激光烧结技术是一种典型的３Ｄ打印技术ꎬ可选用成型材料的范围广㊁制造工艺简单㊁成型精度高[９￣１０]ꎮＰＳ粉末是选择性激光烧结工艺中常用的一种成型材料ꎬ具有烧结温度低㊁烧结变形小㊁成型性能优良ꎬ价格低廉㊁分解温度较低等优点[１１]ꎬ因此ꎬ将选择性激光烧结ＰＳ原型作为熔模用于熔模精密铸造具有较大的应用前景ꎮ本文将以典型支架零件为研究对象ꎬ开展基于选择性激光烧结技术的熔模精密铸造工艺研究ꎮ１㊀快速制作熔模本研究选择３个具有典型形状的支架零件作为研究对象ꎬ采用ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ软件建立３个支架零件三维模型ꎬ如图１所示ꎮ图１㊀支架零件的三维模型其次ꎬ笔者将３个支架零件的三维模型数据导入激光选区烧结成型设备(激光烧结３Ｄ打印机)中ꎬ优化设计激光烧结工艺参数ꎬ具体包括激光功率㊁扫描速度和铺粉厚度ꎮ再以ＰＳ粉末为材料将３个支架零件激光烧结成型ꎬ制得了各支架零件的ＰＳ原型ꎬ并对其进行清粉㊁渗蜡㊁干燥和打磨等后处理ꎮ然后ꎬ本研究在支架零件ＰＳ原型的基础上粘制蜡浇注系统ꎬ该蜡浇注系统主要包括浇冒口㊁横浇道和排气孔等ꎮ为节省材料和提高效率ꎬ本研究将３个支架零件的ＰＳ原型粘制在同一个蜡浇注系统上ꎬ最后制得的零件ＰＳ原型及其浇注系统的整体熔模模型ꎬ如图２所示ꎮ图２㊀整体熔模模型２㊀熔模精密铸造本研究将前述制得的零件ＰＳ原型及其浇注系统的整体熔模模型作为铸造熔模ꎬ进行了熔模精密铸造ꎮ采用硅溶胶铸造工艺ꎬ在该熔模表面进行挂浆撒砂制壳ꎬ型壳制作过程如图３所示ꎮ图３㊀型壳制壳过程首先进行第一次挂浆㊁撒砂㊁制壳ꎬ形成了面层砂型壳ꎮ为提高铸件表面质量ꎬ第一层型壳采用较细的莫来砂作为面层砂ꎬ重复多次制壳过程ꎬ最终制得型壳ꎮ制壳完成后ꎬ分两步完成熔模脱除工作ꎮ(１)为水浴脱蜡ꎬ即将内含ＰＳ原型及蜡浇注系统的硅溶胶型壳整体放到高温脱蜡釜中沸水脱蜡ꎬ低熔点的蜡浇注系统会完全熔化流出型壳ꎬ流出的液蜡经后续冷却后可回收并再次使用ꎻ(２)将型壳中的蜡浇注系统脱除后ꎬ须再进行ＰＳ原型的脱除ꎬ由于ＰＳ材料的熔融温度８８３机㊀㊀电㊀㊀工㊀㊀程第３６卷为２４０ħꎬ须将内含零件ＰＳ原型的型壳放置到高温焙烧炉里进行高温焙烧ꎬ焙烧时间约为１ｈꎬ以保证型壳内部的ＰＳ原型烧蚀干净ꎮ焙烧完毕后的高温型壳没有裂痕出现ꎬ可进行后续金属液浇注ꎮ通常可用于传统熔模铸造的金属材料基本都可用于快速铸造工艺ꎬ该实验具体采用的浇注金属液为普通铸钢ꎮ完成金属液浇注并冷却后的金属铸件如图４所示ꎮ图４㊀金属铸件其中ꎬ未脱壳的金属铸件外部还包覆了一层硅溶胶型壳ꎬ将其放置在振动脱壳机上ꎬ得到脱除型壳后的铸件ꎮ本研究通过切除浇注系统ꎬ并对３个金属铸件进行表面抛丸处理ꎬ最终制得３个支架零件精密铸件ꎬ如图５所示ꎮ图５㊀零件支架的精密铸件由图５可知ꎬ该批零件无明显的肉眼可见缺陷ꎮ３㊀铸件质量评估基于选择性激光烧结技术的快速精密铸造工艺所采用的熔模是ＰＳ烧结件ꎬ传统熔模铸造采用的熔模是模具压制的蜡质熔模ꎬ两种熔模的制作方式不同㊁材质不同ꎬ会有不同的表面粗糙度和收缩膨胀率ꎬ最终影响到金属铸件的尺寸精度和表面粗糙度ꎮ为评估采用基于选择性激光烧结技术的快速精密铸造工艺快速制造的金属铸件的质量ꎬ本研究对上述零件铸件的尺寸精度和表面粗糙度进行测量分析ꎮ根据前期的试验研究总结可知ꎬ通过该快速精密铸造工艺制得的金属铸件的综合平均收缩率为９７.９８％ꎬ则铸件尺寸的理论值＝模型尺寸ˑ９７.９８％ꎮ首先对支架的铸件尺寸精度进行校验ꎬ支架的铸件尺寸测量示意图如图６所示ꎮ图６㊀支架尺寸测量示意图支架１㊁支架２㊁支架３的尺寸精度校验结果分别如表(１~３)所示ꎮ表１㊀支架１铸件尺寸精度校验结果序号理论值/ｍｍ实测平均值/ｍｍ尺寸误差/ｍｍ１８８.１８８８.２２＋０.０４２６３.６８６３.４９－０.１９３６３.６８６３.６２－０.０６４３４.２９３４.３１＋０.０２表２㊀支架２铸件尺寸精度校验结果序号理论值/ｍｍ实测平均值/ｍｍ尺寸误差/ｍｍ１６３.６９６３.８１＋０.１２２７４.４６７４.４５－０.０１３５８.７９５８.６４－０.１５４２９.３９２９.５０＋０.１１㊀㊀表３㊀支架３铸件尺寸精度校验结果序号理论值/ｍｍ实测平均值/ｍｍ尺寸误差/ｍｍ１６３.６９６３.８９＋０.２０２６２.７１６２.５１－０.２０３５１.９３５１.８８－０.０５４２９.３９２９.５１＋０.１２㊀㊀由表(１~３)可知:支架铸件的尺寸误差范围为－０.２０ｍｍ~＋０.２０ｍｍꎬ可达到ＣＴ６级精度ꎮ完成尺寸测量后ꎬ再对支架铸件的表面粗糙度进行测量ꎮ测量方法为在３个支架铸件表面分别随机选择均匀布置的２０个点进行表面粗糙度测量ꎬ并记录测量值ꎮ３个支架铸件表面粗糙度的测量值如表４所示ꎮ９８３第４期邵中魁ꎬ等:基于选择性激光烧结ＰＳ原型的快速铸造工艺研究表４㊀支架铸件表面粗糙度(单位:μｍ)序号支架１支架２支架３１３.４８２.５２３.７４２３.２２３.２４４.６２３４.５６２.９７４.５１４３.６８４.１３２.８４５５.２６５.２０４.７６６２.７８３.１２２.７４７４.６２２.７７３.０９８３.８６４.１３４.２５９３.９４３.４５５.４１１０４.４６４.２１２.４３１１５.１２３.５２５.１０１２３.９４５.４４２.８４１３３.８８３.５６２.８５１４２.９６３.７７３.４７１５３.８２３.９８３.８７１６３.３４２.９９３.８２１７４.５６４.７４４.１２１８２.７４２.７１３.４０１９４.５８３.５２４.９２２０３.２６４.９６２.８９平均值３.８５３.７４３.７８㊀㊀由表４可知:(１)３个支架的平均粗糙度分别为３.８５μｍ㊁３.７４μｍ和３.７８μｍꎬ所有支架的总体平均粗糙度为３.７９μｍꎬ说明铸件的表面质量较为稳定ꎬ样点选区较为合理ꎻ(２)３个支架铸件表面粗糙度范围为２.４３μｍ~５.４４μｍ之间ꎬ说明通过本研究开发的基于选择性激光烧结ＰＳ粉末的快速铸造工艺制得的金属铸件表面粗糙度可达Ｒａ６.３μｍꎬ表面质量较为理想ꎮ４㊀结束语本文对一种基于选择性激光烧结ＰＳ粉末的快速精密铸造工艺进行了研究ꎮ结论如下: (１)该工艺成功完成了典型金属零部件的精密铸件制造ꎻ对金属铸件进行测试发现ꎬ铸件的尺寸精度在ʃ０.２ｍｍ之间ꎬ可达到ＣＴ６级精度ꎬ表面粗糙度达到Ｒａ６.３μｍꎬ铸件质量较为理想ꎻ且ＰＳ粉末烧结件的熔融温度较低ꎬ在型壳内焙烧时基本无胀型现象出现ꎬ铸造成功率较高ꎻ(２)该工艺可省去传统熔模铸造中模具制造的经济和时间成本ꎬ且工艺简单㊁通用性强ꎬ适用于各种零件的小批量快速生产以及新产品的开发试制ꎮ参考文献(Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ):[１]㊀聂㊀爽ꎬ刘子辉.精密铸造铸件的生产流程及工艺控制[Ｊ].现代铸铁ꎬ２０１７(６):３９￣４３.[２]㊀钱㊀兵ꎬ孙嘉繁ꎬ谢㊀菲ꎬ等ꎮＳｉ对离心铸造２５Ｃｒ３５ＮｉＮ６＋微合金乙烯裂解炉管抗氧化和抗渗碳性能的影响[Ｊ].压力容器ꎬ２０１８ꎬ３５(５):２８￣３４.[３]㊀姜耀林ꎬ邵中魁.３Ｄ打印在快速熔模精密铸造技术中的应用[Ｊ].机电工程ꎬ２０１７ꎬ３４(１):４８￣５１.[４]㊀张学军ꎬ唐思熠ꎬ肇恒跃ꎬ等.３Ｄ打印技术研究现状和关键技术[Ｊ].材料工程ꎬ２０１６ꎬ４４(２):１２２￣１２８. [５]㊀张建平ꎬ高㊀飞ꎬ王玲玲.快速成型技术在熔模精密铸造中的应用[Ｊ].新技术新工艺ꎬ２０１４(３):５￣８. [６]㊀张㊀渝.３Ｄ打印技术及其在快速铸造成形中的应用[Ｊ].铸造技术ꎬ２０１６(４):７５９￣７６４.[７]㊀姜耀林ꎬ邵中魁ꎬ郭㊀嘉.基于３Ｄ打印技术的离心泵叶轮快速精铸工艺研究[Ｊ].制造业自动化ꎬ２０１５ꎬ３７(２):１５３￣１５６.[８]㊀谭㊀东ꎬ夏少华ꎬ史耀君ꎬ等.基于３Ｄ打印技术的车钩快速铸造工艺研究[Ｊ].铸造ꎬ２０１８(６):４７５￣４７８. [９]㊀ＫＵＭＡＲＳ.Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅｌａｓｅｒｓｉｎｔｅｒｉｎｇ:ａｑｕａｌｉｔａｔｉｖｅａｎｄｏｂ￣ｊｅｃｔｉｖｅａｐｐｒｏａｃｈ[Ｊ].ＪＯＭꎬ２００３ꎬ５５(１０):４３￣４７. [１０]㊀ＳＨＩＲＡＺＩＳＦꎬＧＨＡＲＥＨＫＨＡＮＩＳꎬＭＥＨＲＡＬＩＭꎬｅｔａｌ.Ａｒｅｖｉｅｗｏｎｐｏｗｄｅｒ￣ｂａｓｅｄａｄｄｉｔｉｖｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｆｏｒｔｉｓｓｕｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ:ｓｅｌｅｃｔｉｖｅｌａｓｅｒｓｉｎｔｅｒｉｎｇａｎｄｉｎｋｊｅｔ３Ｄｐｒｉｎｔｉｎｇ[Ｊ].Ｓｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＡｄｖａｎｃｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓꎬ２０１５ꎬ１６(３):０３３５０２.[１１]㊀杨来侠ꎬ刘㊀旭.ＰＳ粉的选择性激光烧结成型工艺实验[Ｊ].塑料ꎬ２０１６ꎬ４５(１):１００￣１０３.[编辑:李㊀辉]本文引用格式:邵中魁ꎬ沈小丽ꎬ何朝辉ꎬ等.基于选择性激光烧结ＰＳ原型的快速铸造工艺研究[Ｊ].机电工程ꎬ２０１９ꎬ３６(４):３８７－３９０.ＳＨＡＯＺｈｏｎｇ￣ｋｕｉꎬＳＨＥＮＸｉａｏ￣ｌｉꎬＨＥＣｈａｏ￣ｈｕｉꎬｅｔａｌ.ＲａｐｉｄｃａｓｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｂａｓｅｄｏｎＰＳｐｒｏｔｏｔｙｐｅｍａｄｅｂｙｓｅｌｅｃｔｉｖｅｌａｓｅｒｓｉｎｔｅｒｉｎｇ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ＆ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１９ꎬ３６(４):３８７－３９０.«机电工程»杂志:ｈｔｔｐ://ｗｗｗ.ｍｅｅｍ.ｃｏｍ.ｃｎ０９３机㊀㊀电㊀㊀工㊀㊀程第３６卷。

快速原型技术及其在模具制造中的应用

快速原型技术及其在模具制造中的应用
钱碧波
【期刊名称】《机械研究与应用》
【年(卷),期】1998(011)002
【摘要】介绍快速原型技术的机理及几咱快速原型制造技术，并对该技术在模具制造中的应用作了较为详尽的阐述。

【总页数】3页(P3-5)
【作者】钱碧波
【作者单位】浙江大学机械系
【正文语种】中文
【中图分类】TG76
【相关文献】
1.快速原型制造技术及其在模具制造中的应用 [J], 杨统;方志刚
2.浅谈快速原型制造技术在快速模具制造中的应用 [J], 闫红蕾
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的原型收缩，都将导致原型精度低且不好控制，烧结陶。，瓷的加工需要大量的时间和能源消耗此外它还通常需要特定的设备，如钻石刀具，这类设备非常昂贵，［ 78 ］。而且生产成本占陶瓷零件的 80% ，针对上述问题为了获得高质量的原型，本文选用可烧结为耐高温原型的粘土作为加工材料。高温焙烧后的粘土原型是优良的耐高温材料，这一特性符合熔。射制模技术要求粘土作为制造陶瓷的一种传统材料，在我国大量存在，资源丰富、价格低廉，同时采用传统的铣削加工能获得好的原型精度。但是自然状态的粘土含水量大、质地软，不易成型，且毛坯装夹困难，切［ 9 ］屑粘刀、排屑不畅等一系列问题，导致这类研究很少。因此本文从粘土干燥，高速钢刀具铣削加工性能，耐高温熔射原型加工实验等方面展开研究。
2012 年 11 月
孟
飞，等：面向熔射制模的快速制造粘土原型试验研究 1. 2 加工实验
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实验
为了满足熔射快速制造金属模具工艺的需要，陶瓷坯料首先要满足一定的机加工性，同时还必须满足后续等离子喷涂工艺的要求。因此，确定制造原型的材料就成为本工艺是否可行的关键。对多种传统陶瓷骨料如陶瓷粉、粘土、膨润土、陶土等进行成型实验研究以寻找具有合适加工性能和强度的陶瓷坯料。实验结果表明，粘土坯料具有较好的成型性和机加工特性以及廉价性，同时也能满足后续等离子熔射成形的需要。 1. 1 干燥实验软质粘土从景德镇采购，天然粘土含水量约 15% ，粉料粒度 0. 3 ～ 0. 5 μm，经过多次揉捏挤出体内气泡后初步制成毛坯，由于粘土含水率比较大，比较松软，根本不能进行夹持，而且加工时候粘土会粘刀和不易排屑，这样使得加工不能正常进行。所以必经过 5℃ / min 升温到 50℃ 后保须放进加热炉中烘干，然后再升温到 80℃ 再保温 3 个小时后，粘土的自温，由水基本蒸发，同时避免粘土原型在干燥过程中开裂。达到粘土可加工且易排屑的效果，而且毛坯装夹力度达到 3Mpa，可以夹持。这样得到可以进行数控加工的毛坯。经过多次实验后得到如图 1 所示的干燥制度。 3 所示。干燥前和干燥后效果如图 2，
刀痕均匀。用双管显微镜测得加工后的表面粗糙度 Rz 达到 1. 01 μm。
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结束语
本研究的目的是快速制造等离子熔射制模技术经研究证明选用传统耐高温材料中的耐高温原型，粘土做为原材料，采用适当干燥工艺使得粘土毛坯适合机加工和夹持，然后进行数控机床的传统铣削制造耐高温原型可行，减少了旧工艺中翻制原型工艺流程长和精度丢失等弊端。选用沙发模型做为例精加工的仿真和加工实验，原型表子进行了粗加工、面光滑，表面粗糙度 1 μm 左右，符合熔射制模要求。该工艺不需要快速原型设备，且原材料价格低廉，切削力小，适合制造形状复杂的耐高温原型。
1. 2. 1 建立模型选取如图 4 所示的陶瓷工艺品沙发模型进行加工实验。模型尺寸是 80mm × 80mm × 40mm。该形状较复杂，有斜面，圆角，圆弧等特征。本研究使用 Pro / E 为主要三维设计软件，其中 Pro / E CAM 模块为加工制造模块，功能强大，可以实现对复杂零件的加工。
收稿日期： 2012 － 07 － 27 ；修回日期： 2012 － 08 － 20 * 基金项目：国家自然科学基金资助项目（ 43007402 ）作者简介：孟飞（ 1975 —），男，南昌人，华中科技大学机械科学与工程学院博士研究生，华东交通大学机电工程学院讲师，研究方向为工业机器人加工技术及快速制造原型技术；（ E － mail） mengfei2003@ ecjtu． jx． cn。
［参考文献］［ 1］张海鸥．直接原型熔射快速制造金属模具技术［M］． 2005 年中国机械工程学会年会论文集， 2005 ： 140 － 144．［ 2］王运赣．快速模具制造及其应用［ M］．武汉：华中科技大 2004．学出版社，［ 3］ Antonio J，Pontes，Miguel P，Queirós，Pedro G． Martinho， etal． Experimental assessment of hybrid mould performance ［ J］． International Journal of Advanced Manufacturing Technology． 2010 （ 50 ）： 441 － 448．［ 4］李德元，张洪兵，张忠礼．电弧喷涂与 RP 原型技术结合 J］．模具工业， 2010 ， 36 （ 4 ）： 67 －的钢基模具制备方法［ 71．［ 5］ C． M． Cheah， C． K． Chua， C． W． Lee， etal． Rapid prototyping and tooling techniques： a review of applications for rapid investment casting［ J］． International Journal of Advanced Manufacturing Technology． 2005 （ 25 ）： 308 － 320．［ 6］ JamesR． Knirsch． Faster，Less Expensive Dies Using RSP ． Journal of Materials Engineering and PerformTooling［J］ ance． 2007 ， 16 （ 4 ）： 432 － 439．［ 7］ S． H． Ng，J． B． Hull，J． L． Henshall． Machining of novel alumina / cyanoacrylate green ceramic compacts［ J］． Journal of Materials Processing Technology， 2006 （ 175 ）： 299 － 305．［ 8］ Andreas Pfrengle， Joachim R． Binder and HansJoachim RitzhauptKleissl［J］． Optimizing NetShape Ceramics for Green Machining． Int． J． Appl． Ceram． Technol． 2010 ， 7 （ 2 ）： 189 － 196．［ 9］孟飞，张海鸥，王桂兰．基于机器人快速制造粘土类陶瓷．组合机床与自动化加工技术， 2011 原型工艺研究［J］（ 11 ）： 70 － 72 ， 76．（编辑李秀敏）
第 11 期 2012 年 11 月
组合机床与自动化加工技术 Modular Machine Tool ＆ Automatic Manufacturing Technique
No． 11 Nov． 2012
文章编号： 1001 － 2265 （ 2012 ） 11 － 0050 － 03
面向熔射制模的快速制造粘土原型试验研究
图1
粘土原型干燥温度制度
图6
粗加工刀轨
图7
精加工刀轨
图2
毛坯成形
图8
加工过程仿真
图3
毛坯烘干
1. 2. 3 加工实验由于粘土毛坯尺寸精度开始沙发模型的加工，直接影响到后续模具的精度，为了保证尺寸精度，加工前需要毛坯上平面进行加工。加工过程包括毛坯上表面铣削、粗加工、精加工，刀具选择 12 端铣刀
图4
沙发模型
沙发模型的加工流程基本如图 5 所示。
图5
加工流程图
1. 2． 2 加工仿真根据沙发模型的形状尺寸、加工质量要求以及粘土加工工艺特点设置合适的加工参数（如加工方式、加工区域、刀具参数、加工余量和轨迹间距等），分别生成如图 6 和图 7 所示。最后粗加工和精加工加工刀轨，仿真如图 8 所示。加工刀轨生成后通过后处理输出 NC 代码，作为数控加工轨迹文件的源文件。
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引言
等离子熔射制造模具（ Rapid Plasma Spray Tooling， RPST）是快速制造模具技术的一种，因其几乎不尺寸及表面精度高于受制模材料和尺寸大小限制，铸造和烧结法、制模时间和成本远少于和低于电铸［12 ］。其工艺就是在快速原型法而受到国内外关注（或过渡基模）表面上运用等离子喷涂方法喷涂金属粉末形成金属壳层，然后通过一些后处理工序能够很快制造出金属模具，可广泛用于注塑模、汽车覆盖［34 ］。件拉延模等模具的制造传统的制造耐高温熔射原型方法通常是通过干压粉末，或者通过硅胶模翻制耐高温熔射原型，以及快速［ 57 ］。原型系统制造以上制造的原型方法及烧结引起
孟Hale Waihona Puke 1， 2 1 2 飞，张海鸥，刘平安
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（ 1．华中科技大学机械科学与工程学院，武汉 330017 ）
430074 ； 2．华东交通大学机电工程学院，南昌
摘要：针对等离子熔射制模技术中耐高温原型制造问题，该研究选用传统耐高温材料粘土做为原材料，采用干燥工艺使得粘土毛坯适合机加工和夹持，同时采用数控机床的传统铣削方法制造耐高温原型，减少了旧工艺中翻制原型工艺流程长和精度丢失等弊端。选用沙发模型做为耐高温原型的例子进行了粗加工、精加工的仿真和加工实验，原型表面精度达到 1 μm。符合熔射制模要求，证明该工艺路线可行。关键词：熔射制模; 耐高温原型; 铣削加工; 实验研究中图分类号： TH16 ； TG65 文献标识码： A Experimental Study of Rapid Manufacturing Clay Prototype for Spray Molding 2 MENG Fei1，，ZHANG Haiou1 ，LIU Pingan2 （ 1． School of Mechanical Science ＆ Engineering，Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430074 ，China； 2． School of Mechanical and Electrical Engineering Departments，East China Jiaotong University，Nanchang 330017 ，China） Abstract： Focus on manufacturing problems of hightemperature prototyping in plasma spray tooling technology ，in this study ，the traditional hightemperature materials clay w as chosen as raw material，the drying process makes the clay blanks suitable for machining and clamping ，hightemperature prototype w as manufactured by the conventional milling of CNC machine tools，reducing the draw backs of the old process length and loss of accuracy in reproduction of the prototype． The sofa model w as selected as a hightemperature prototype example，it w as simulated in a roughing ，finishing machining and processed， surface accuracy of the prototype w as 1 μm． This w as in line w ith the melting shot molding requirements， and that the process route w as feasible． Key words： spray molding ； hightemperature prototype； milling machining ； experimental study