CN103567352A - 选择性激光烧结快速成形覆膜砂的生产工艺 - Google Patents

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王春风
周承紫
易致达
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Abstract

本发明公开了一种选择性激光烧结快速成形覆膜砂的生产工艺。该覆膜砂配方为:原砂、粘结剂、固化剂、润滑剂和添加剂,其中,原砂选用粒度为100/200目的宝珠砂;粘结剂选用熔点为80-90℃的PF-1904热塑性固体酚醛树脂;固化剂选用白色或无色结晶粉末状乌洛托品;润滑剂:白色粉末状硬脂酸钙;添加剂选用硅烷类无色透明液体偶联剂KH-550。该选择性激光烧结快速成形覆膜砂的生产工艺通过选用粒细圆形的宝珠砂,选用低熔点的树脂并减少加入量,并严格控制加入加粘结剂和固化剂时的温度,加入适量的添加剂,制造出一种适合选择性激光烧结快速成形使用的高强度低发气量的覆膜砂。

Description

选择性激光烧结快速成形覆膜砂的生产工艺
技术领域
[0001]本发明涉及覆膜砂的生产工艺领域,特别涉及一种选择性激光烧结快速成形覆膜砂的生产工艺。
背景技术
[0002] 选择性激光烧结快速成形技术(简称SLS)是一种将粉末材料通过激光直接烧结成各种实体形状的一种新型铸造技术。覆膜砂是用于选择性激光烧结快速成形技术的粉末材料之中的一种。激光烧结快速成形技术是通过激光加热酚醛树脂使其受热产生软化和固化,而使覆膜砂粘结形成砂芯的技术。这种新型成形技术不需要模具,适用于新产品开发,缩短开发周期,有利于降低改模的时间成本和经济成本。
[0003] 传统的热芯盒法制芯,是把覆膜砂填入加热到一定温度的芯盒内,贴近芯盒表面的砂受热,其酚醛树脂在很短时间即可缩聚而硬化形成砂芯。这种制芯方法需要用到模具(芯盒),适用于已经成熟的大批量产品制造。该覆膜砂的配方和生产工艺如下:
[0004](一)覆膜砂的配方:
[0005] 1、原砂分别为普通硅砂或擦洗硅砂,原砂的粒度为50/100或70/140 ;
[0006] 2、粘结剂为酚醛树脂,其加入为原砂含量(质量分数)4~6%,其熔点为95~105 0C ;
[0007] 3、固化剂为乌洛托品(六次甲基四胺或称六亚甲基四胺),其加入量为树脂含量的10~15% (质量分数)
[0008] 4、润滑剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙或硬脂酸锂,其加入量为树脂含量的3.5~6%(质量分数)。
[0009] (二)生产工艺:
[0010] 生产工艺采用热法覆膜工艺,就是先将原砂加热到一定温度,然后分别与树脂、乌洛托品水溶液和硬脂酸钙混合搅拌,经冷却破碎和筛分而成。
[0011]
Figure CN103567352AD00041
[0012] 传统热芯盒法制芯用覆膜砂因其配方和生产工艺,存在如下不适合作为激光烧结快速成形用覆膜砂的缺点:
[0013] 1、原砂常用水洗硅砂或擦洗硅砂,砂子的几何形貌为不规则的多角型砂,如用于SLS,则铺粉时角型砂的摩擦力较大,对砂层的扰动较大,使激光烧结体产生位移或裂痕,造成SLS成形失败。
[0014] 2、原砂的粒度为50/100或70/140,原砂越粗,在SLS时所允许的铺粉层厚就越厚,不但容易产生台阶效应,不利于提高SLS砂芯的表面质量,而且会出现明显的分层现象,层间粘接力不够,容易造成SLS成形失败。
[0015] 3、粘结剂即酚醛树脂的加入量达到3〜6%,虽然树脂含量的较高,砂芯的强度较好,但发气量也相应较大,对砂芯的浇注不利。
[0016] 4、酚醛树脂熔点为95〜105°C,树脂的熔点不仅影响激光烧结砂芯的强度和精度,对SLS成形过程也会产生影响,特别是对预热温度产生影响。因为随着树脂熔点的升高,SLS成形过程的预热温度也相应提高。预热温度越高,树脂越容易被这些热量加热到软化温度,造成周围未烧结覆膜砂的粘接。未烧结覆膜砂的粘接是影响覆膜砂SLS砂芯精度,甚至成形失败的主要原因之
[0017] 5、传统热芯盒法制芯用覆膜砂由于生产工艺的原因,存放时间不能过长,且容易结块,使覆膜砂的强度下降,烧结时不能顺利成形。
[0018] 综上,决定覆膜砂性能的主要参数有:覆膜砂的配制方法、原砂的粒度、流动性、树脂的熔点、热胀率、灼烧减量、发气量、砂型(芯)的后固化温度等。传统热芯盒法制芯用覆膜砂由于存在原砂粒度大、形状不规则、树脂加入量大致使发气量大、树脂熔点高导致未烧结覆膜砂的粘接等缺点,并不适合作为激光烧结快速成形的粉末材料。
发明内容
[0019] 本发明是为了克服上述现有技术中缺陷,根据本发明提供了一种砂的粒度小、形状为圆球形,烧结发气量少,强度高,存放时不会结块的选择性激光烧结快速成形覆膜砂的生产工艺。
[0020] 为达到上述目的,根据本发明提供了一种选择性激光烧结快速成形覆膜砂的生产工艺,
[0021] 第一、该覆膜砂配方为:原砂、粘结剂、固化剂、润滑剂和添加剂,
[0022] 其中,原砂选用粒度为100/200目的宝珠砂;粘结剂选用熔点为80_90°C的PF-1904热塑性固体酚醛树脂;固化剂选用白色或无色结晶粉末状乌洛托品;润滑剂:白色粉末状硬脂酸钙;添加剂选用硅烷类无色透明液体偶联剂KH-550 ;
[0023] 第二、该覆膜砂配方基本成分的配比为:
[0024]
Figure CN103567352AD00061
[0025]
[0026] 第三、该覆膜砂的覆膜工艺采用热法混砂覆膜。
[0027] 上述技术方案中,热法混砂覆膜工艺流程如下:
[0028]
Figure CN103567352AD00062
[0029] 。
[0030] 上述技术方案中,热法混砂覆膜工艺流程的工艺步骤2为:原砂温度降至1200C ±5°C时,加入树脂。
[0031] 上述技术方案中,热法混砂覆膜工艺流程的工艺步骤5为:原砂温度降至950C ±5°C时,加入固化剂乌洛托品。
[0032] 上述技术方案中,覆膜砂配方中的原砂选用人造球形宝珠砂。
[0033] 与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:该选择性激光烧结快速成形覆膜砂的生产工艺通过选用粒细圆形的宝珠砂,选用低熔点的树脂并减少加入量,并严格控制加入加粘结剂和固化剂时的温度,加入适量的添加剂,制造出一种适合选择性激光烧结快速成形使用的高强度低发气量的覆膜砂。
附图说明
[0034] 图1是本发明的选择性激光烧结快速成形覆膜砂的生产工艺的热法覆膜混砂工艺流程图。
具体实施方式
[0035] 下面结合附图,对本发明的一个具体实施方式进行详细描述,但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。需要理解的是,本发明的以下实施方式中所提及的“上”、“下”、“左”、“右”、“正面”和“反面”均以各图所示的方向为基准,这些用来限制方向的词语仅仅是为了便于说明,并不代表对本发明具体技术方案的限制。
[0036] 本发明的选择性激光烧结快速成形覆膜砂的生产工艺从原材料的选用、配方的改进和覆膜工艺流程的优化入手,通过选用粒度细的圆形宝珠砂、减少树脂的加入量,加入适量的添加剂,以生产出一种适合选择性激光烧结快速成形使用的高强度低发气量覆膜砂。
[0037] 本发明的选择性激光烧结快速成形覆膜砂的生产工艺为:
[0038](一 )、覆膜砂配方
[0039] 1、原砂:铸造级宝珠砂,Al2O3 ≥ 75%, Fe2O3 ( 5%,TiO2 ( 5%,粒度 100/200 目;
[0040] 2、粘结剂:热塑性固体酚醛树脂,型号为PF-1904,要求熔点为80~90°C ;
[0041] 3、固化剂:乌洛托品即六亚甲基四胺,白色或无色结晶粉末;
[0042] 4、润滑剂:硬脂酸钙,均匀细微的白色粉末;
[0043] 5、添加剂:硅烷类偶联剂KH-550,无色透明液体。
[0044] (二 )、覆膜砂基本成分配比
[0045]
Figure CN103567352AD00071
[0046]
[0047](三)、覆膜工艺流程
[0048] 如图1所示,采用热法覆膜,先将原砂加热,然后分别与树脂、乌洛托品和硬脂酸钙等混合搅拌,经冷却、破碎和筛分制成。热法覆膜混砂工艺流程如下:
[0049]
Figure CN103567352AD00072
[0050] 该选择性激光烧结快速成形覆膜砂的生产工艺具有以下技术效果:
[0051] 1、原砂选用100/200目的人造球形宝珠砂,砂的粒度小,形状为圆球形,在SLS铺粉时砂子的流动性好,摩擦力较小,台阶效应也小,表面光滑,这样SLS砂芯的激光烧结强度也较高,砂芯的表面质量也很好。
[0052] 2、研制出熔点为80_90°C的树脂,加入量仅为原砂2.6%,这样的覆膜砂不仅发气量低,仅为12-16ml/g,而且烧结后的拉伸强度达到0.32-0.38Mpa,烘烤后的拉伸强度达到
2.4-2.8Mpa,完全能满足长度达900_的复杂薄壁缸盖砂芯的制作。
[0053] 3、加入占树脂1%的硅烷类偶联剂KH-550,降低了树脂的加入量,既减少了覆膜砂的发气量,又提高了烧结后砂芯的强度。
[0054] 4、在生产工艺中严格控制加入粘结剂和固化剂时的温度。本方案中混砂温度降至120°C ±5°C时,加树脂,在这个个温度加入树脂,既不会造成树脂氧化或烧损,又能保证树脂全部熔化,使树脂能全部包覆到砂粒表面,保证芯砂在成形时有较高的强度;温度降至950C ±5°C时,加固化剂,这个时候加入固化剂乌洛托品,能保证乌洛托品此时不会与树脂发生固化反应,而在烧结砂芯时才会发生固化反应,保证芯砂在存放时不会结块。
[0055] 综上,该选择性激光烧结快速成形覆膜砂的生产工艺通过选用粒细圆形的宝珠砂,选用低熔点的树脂并减少加入量,并严格控制加入加粘结剂和固化剂时的温度,加入适量的添加剂,制造出一种适合选择性激光烧结快速成形使用的高强度低发气量的覆膜砂。
[0056] 以上公开的仅为本发明的几个具体实施例,但是,本发明并非局限于此,任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种选择性激光烧结快速成形覆膜砂的生产工艺,其特征在于, 第一、该覆膜砂配方为:原砂、粘结剂、固化剂、润滑剂和添加剂, 其中,原砂选用粒度为100/200目的宝珠砂;粘结剂选用熔点为80-90°C的PF-1904热塑性固体酚醛树脂;固化剂选用白色或无色结晶粉末状乌洛托品;润滑剂:白色粉末状硬脂酸钙;添加剂选用硅烷类无色透明液体偶联剂KH-550 ; 第二、该覆膜砂配方基本成分的配比为:
Figure CN103567352AC00021
第三、该覆膜砂的覆膜工艺采用热法混砂覆膜。
2.根据权利要求1所述的选择性激光烧结快速成形覆膜砂的生产工艺,其特征在于:所述热法混砂覆膜工艺流程如下:次序工艺步骤 I混料时间(秒)
Figure CN103567352AC00022
3.根据权利要求2所述的选择性激光烧结快速成形覆膜砂的生产工艺,其特征在于:所述热法混砂覆膜工艺流程的工艺步骤2为:原砂温度降至120°C ±5°C时,加入树脂。
4.根据权利要求2所述的选择性激光烧结快速成形覆膜砂的生产工艺,其特征在于:所述热法混砂覆膜工艺流程的工艺步骤5为:原砂温度降至95°C ±5°C时,加入固化剂乌洛托品。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的选择性激光烧结快速成形覆膜砂的生产工艺,其特征在于:所述覆膜砂配方中 的原砂选用人造球形宝珠砂。
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