薄壁铸件压铸模具的快速成型工艺研究

维普资讯 http://www.cqvip.com 第１５卷第２期　２００７年６月　山东交通学院学报　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＳＨＡＮＤＯＮＧ　ＪＩＡＯＴＯＮＧ　ＵＮＩＶＥＲＳＨ　Ｖ０１．１５　Ｎｏ．２　Ｊｕｎ．２００７　薄壁铸件压铸模具的快速成型工艺研究　赵康培　（山东交通学院工程机械系，山东济南２５００２３）　摘要：选择性激光烧结（ＳＬＳ）技术是传统快速成型和激光技术相结合的成型工艺，适当的工艺参数能够保证制件　的成型质量。结合手机外壳压铸模具动、定模镶块的快速成型制造，探讨了ＳＬＳ技术在模具快速制模中的应用。　关键词：薄壁铸件；模具；快速成型；ＳＬＳ；成型工艺　中图分类号：ＴＧ２４１　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２－００３２（２００７）０２－００４６－０３　快速成型（Ｒａｐｉｄ　Ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ，ＲＰ）技术是２０世纪８０年代末９０年代初基于材料逐层堆积进行零件加　工的一种先进制造技术。目前比较成熟的方法有立体光刻成型（ＳＬＡ）、分层实体造型（ＬＯＭ）、熔丝沉积　造型（ＦＤＭ）、三维喷涂粘接（３ＤＰ）和选择性激光烧结成型（ＳＬＳ）等　。由于快速成型具有成型速度快、　制作过程与零件的复杂程度无关、生产加工过程数字化、生产过程绿色环保等特点，因此在工业造型、汽　车、航空航天、电子产品、医学、建筑等领域广泛应用于工业产品造型评估、产品性能测试、快速制模、产品　零件的快速直接制造等。利用三维实体造型进行ＲＰ制造的工作流程如图１所示。　三维实体造型　—＿－．　生成ＳＴＬ文件　——．－｛￥ＴＬ文件纠错　———　确定摆放方式　图１　ＲＰ制造的工艺流程　图２所示手机外壳是较典型的薄壁铸件，其平均壁厚为１．６５　ｍｍ。文献［２］对该镁合金手机外壳的　压铸模具设计做了研究，模具浇注系统采用锥形双切向浇注系统。　图３是设计的压铸模具装配图。本文以该模具的动、定模镶块为例研究其快速成型制造工艺。　图２手机外壳实体造型　图３手机外壳压铸模具　ｌ　成型工艺　ＳＬＳ成型机理是利用激光束对高分子材料、金属或者陶瓷材料进行扫描，使粉末材料瞬间熔融实现　收稿日期：２００６—０９—２２　作者简介：赵康培（１９７７－），男，山东莱芜人，山东交通学院助教，工学硕士　维普资讯 http://www.cqvip.com 笙　塑　整壅堕！翌矍箜　垦箜堡　堡堕堕型三苎婴窒　！！　粘结，逐层烧结直至最终完成整个零件的加工。ＳＬＳ成型工艺主要包括材料种类、零件摆放方式、温度、　激光功率、扫描速度、扫描间距、层厚等　引。本文选用华中数控ＨＲＰＩＩＩＡ型激光快速成型机，使用的材料　为聚苯乙烯（Ｐｓ）粉末，材料的主要性能指标见表１。激光器类型为ＣＯ　射频激光器，最大功率５０　ｋＷ。　表ｌ　聚苯乙烯材料的主要性能　１．１　ＳＴＬ文件的生成　调用Ｐｒｏ／Ｅｎｇｉｎｅｅｒ软件中所带的ＳＴＬ文件生成格式模块，将三维ＣＡＤ模型转换成ＳＴＬ格式，并对三　维实体模型进行网格划分。试验中所用定模镶块和动模镶块的ＳＴＬ网格划分如图４所示。　一一　图４定、动模镶块的ＳＴＬ网格划分　１．２零件摆放方式　零件摆放的基本原则是：尽量缩短某一方向上扫描路径的长度并使２个方向的扫描路径长度相近。　扫描路径太长，扫描时间变长，烧结深度变大，一个方向的扫描路径太长，制件在该方向上容易开裂。　图５是定模镶块的４种摆放方式，图ａ），ｂ），ｃ）所示的摆放方式都存在某个方向扫描路径长且２个　方向上激光扫描路径相差较大的缺点，制备的制件容易开裂；图ｄ）所示的摆放方式２个方向上的激光扫　描路径相近且较短，因此能够很好地解决零件开裂问题。　ａ）　ｂ）　图５零件摆放方式　１．３激光功率　激光功率的高低影响工件的尺寸精度和烧结强度。激光功率高，制件烧结强度高，零件外形尺寸和　壁厚变大；激光功率低，烧结强度低，但是尺寸精度较好。因此在满足制件强度的条件下，应尽量降低激　光频率以提高尺寸精度。针对本试件的结构特点，试验中确定激光频率为１２．５　ｋＷ。　２．４温度　温度参数包括待铺粉的预热温度、成型室温度等。对粉末材料进行预热，可以减少烧结成型时工件　内部产生的热应力，防止其出现翘曲和变形，提高成型精度。就ＨＲＰＩＩＩＡ成型机而言，加工用粉末材料的　预热是通过设置成型室温度的方式来实现的。成型室的温度设置主要考虑成型层的冷却情况。一般来　说，成型室的温度要低于粉末材料的软化温度，在不发生翘曲和变形的情况下低些为宜。由于聚苯乙烯　材料的软化温度在７０～９８℃内，试验中成型室温度确定为６５℃。　维普资讯 http://www.cqvip.com 山东交通学院学报　２００７年６月　１．５扫描速度　在激光功率不变时，扫描速度会影响激光对粉末的加　热温度和时间，最终影响烧结厚度。扫描速度低，会提高　制件的强度，但会降低生产效率；扫描速度设置较大，则不　能保证粉末完全烧结，制件的强度低甚至无法成型。扫描　速度的设置应当考虑激光功率、成型室温度、层厚等因素。　当激光功率为１２．５　ｋＷ时，调节激光扫描间距、激光　烧结层厚、制件摆放角度等工艺参数，观察各工艺参数组　合下烧结件的表面粗糙情况。最终试验采用图６所示的　工艺参数。　图６工艺参数设置　２结果及分析　图７为最终制得的快速成型件。对制件进行分析可　以看出：分型面的选择较为合理，能使模具具有良好的溢　流排气条件，且设置在金属液最后填充的部位；采用锥形　双切向浇注系统可以最大限度地减少浇注过程中金属液　的流程，有利于薄壁压铸件的生产；推杆的分布合理，使　铸件各部位的受推压力均衡；通过在溢流槽上增设推杆，　图７制备的快速成型件　避免了在铸件表面和基准表面设置推杆；同时溢流槽的设置也较为合理。　３　结　语　选择适当的成型工艺是ＳＬＳ的关键，合适的成型工艺可以保证薄壁铸件快速成型制件的加工粕　表面质量。在激光功率为１２．５　ｋＷ、扫描速度为２　０００　ｍｍ／ｓ、烧结间距０．１　ｍｍ、单层烧结厚度０．２　成型室温度为６５℃的试验条件下，所得ＳＬＳ制件质量较好，能够很好地体现模具设计的设计思路。　所提供的有关参数，可供同类零件快速成型制造时参考。　参考文献：　［１］王秀峰，罗杰．快速原型制造技术［Ｍ］．北京：中国轻工业出版社，２００１：５－１８．　［２］赵康培．基于数值模拟的镁合金通讯件压铸模具设计［Ｄ］．哈尔滨：哈尔滨理工大学，２００４　［３］朱林泉，白培康．快速成型与快速制造技术［Ｍ］．北京：国防工业出版社，２００３：８２—８８．　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ＲＰＭ　ｏｆ　Ｃａｓｔｉｎｇ　Ｄｉｅ　ｆｏｒ　Ｔｈｉｎ－Ｗａｌｌｅｄ　Ｃａｓｔｉｎｇ　ＺＨＡＯ　Ｋａｎｇ－ｐｅｉ　（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｊｉａｏｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎａｎ　２５００２３，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ　Ｌａｓｅｒ　Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ（ＳＬＳ）ｉｓ　ａ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｒａｄｉｔｉｏｍ　ａｎｄ　ｌａｓｅｒ．Ｐｒｏｐｅｒ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｃａｎ　ｅｎｓｕｒｅ　ｔｏ　ｏｂｔａｉｎ　ａ　ｈｉｇｈ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｐｒｏｄｕｃｔ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＳＬＳ　ｉｎ　ｒａｐｉｄ　ｄｉｅ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ｉｓ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｂｙ　ｍｅａｎｓｏｆ　ｔｈｅ　ＲＰＭ　ｏｆ　ｃｅｌｌ　ｐｈｏｎｅ　ｃｏｖｅｒ　Ｓ　ｄｉｅ—ｉｒ　．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｔｈｉｎ—ｗａｌｌｅｄ　ｃａｓｔｉｎｇ；ｄｉｅ；ｒａｐｉｄ　ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ；ＳＬＳ；ｆｏｒｍｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　（责任编辑：脚