标题 | 金属型微精密铸造工艺的研究 |
范文 | 杨闯+ 摘要:本文基于微铸造工艺,采用金属型模具,以锌合金(Zn- Al-Cu)为研究材料,应用离心铸造方法制备微尺度拉伸工件。微尺度拉伸工件长度4mm,最小宽度为0.2mm,最小厚度为100μm。最终3个微尺度拉伸工件都没有完全成形,据此,金属型微精密铸造工艺的成形能力亟待提高,各工艺参数还有待进一步改进。 关键词:微精密铸造金属型锌合金 1 概述 现代社会业已进入了科学与技术高速发展的全新阶段,传统的铸造方法已不能够满足高精密的快速材料制备领域,新型铸造方法逐渐崭露头角。微铸造工艺作为一种新型技术,发展时间较短。最早由德国卡尔斯鲁厄研究中心开发[1-4],该工艺不仅可以满足尺寸精度要求,且可以极大地改善铸件质量,同时可实现工件快速制造,它的出现弥补了现有铸造方法的不足。国内对于微铸造的研究尚属于起步阶段,上海大学[5],哈尔滨工业大学[6]都对该工艺进行过相关研究,但都没有达到理想的效果,要达到实用化目的还有很长的路要走。 本论文基于微铸造工艺,应用自行设计的金属型模具,采用离心铸造技术制备微尺度合金拉伸件,进而确定离心金属型微精密铸造工艺。 2 试验材料及方法 2.1 试验材料及设备 本试验材料采用锌合金(Zn-Al-Cu)合金,合金成份如表1所示。该合金作为常用的工业压铸合金,具有良好的铸造性能及优异的综合性能。 表1试验中锌合金实际成份 ■ 试验设备采用改装的液态金属离心微成形系统,如图1所示[7]。 ■ 图1液态金属离心微成形系统示意图[7] 2.2 试验方法 基于微铸造的工艺,本文采用离心铸造的方法,即将液态金属浇入旋转的铸型里,在离心力作用下充型并凝固成铸件的铸造方法。 本试验采用的微精密铸造工艺可以分成几步:第一 步,金属铸型的加工。如图1中所示,工件最终在图1中D,即金属型中成形。为了研究微精密铸造工艺,金属模具设计有三个微拉伸工件,示意图如图2所示。其中三种不同厚度的微拉伸工件,分别为100μm、200μm和300μm,工件尺寸如图2所示。第二步,模具安装。将金属铸型装入石墨模具中,安装好模具,对模具进行预热,预热温度为280℃。第三步,液态金属离心浇注过程。锌合金放入陶瓷坩埚,通过电阻炉加热熔化,加热温度为440℃,并保温60min,使其充分熔化,并保证成份恒定。离心转速分别为2700rpm,3000rpm和3300rpm。待金属加热到指定温度,转速达到预定转速后,立即把熔融的金属注入带有金属铸型的石墨模具中。第四步,取出金属铸型。待冷却到室温,打开金属铸型,取出微拉伸工件。 ■ 图2模具内工件示意图 3 试验结果 本试验制备的工件属于微尺度拉伸件,长度为4mm,最小宽度为0.2mm,最小厚度为100μm。通过模具预热温度280℃,离心系统转速达到3300rpm,把温度为440℃液态金属浇入旋转模具中,制备的工件如图3所示。 由图3中可以看出,厚度为300μm拉伸件成形一部分,长度达到3mm,厚度为200μm,拉伸件成形长度也达到2.5mm,而厚度为100μm拉伸件几乎没有成形。 4 结论 金属型微精密铸造工艺在模具预热温度280℃,离心转速3300rpm,浇铸温度为440℃的工艺条件下,300μm厚拉伸件成形长度3mm,200μm厚拉伸件成形长度2.5mm,而100μm厚拉伸件没有成形。3个工件都没有完全成形,由此,金属型微精密铸造工艺的成形能力亟待提高,各工艺参数还有待进一步改进。 参考文献: [1]G.Bumeister,K.Mueller,R.Ruprech and J.Haussel.Production of Metallic High Aspect Ratio Microstructures by Microcasting.Microsystem Technologies. 2002,8:105-108. [2]G.Bumeister,R.Ruprech and J.Haussel.Microcasting of Parts Made of Metal Alloys.Microsystem Technologies. 2004,10:261-264. [3]G.Bumeister,R.Ruprech and J.Haussel.Replication of LIGA Structures using Microcasting.Microsystem Technologies. 2004,10:484-488. [4]G.Baumeister,S.Rath and J.Hausselt.Microcasting of Al Bronze and a Gold Base Alloy Improved by Plaster-bonded Investment. Microsystem Technologies. 2006,12(8):773-777. [5]李海斌,翟启杰.微铸造技术[J].现代铸铁,2004,24(2):1-3. [6]李邦盛,任明星,傅恒志.微精密铸造工艺研究进展[J].铸造,2007,56(7):673-678. [7]杨闯.微熔模精铸过程微尺度成形及充型流动规律研究[D].哈尔滨工业大学,2010:90. 基金项目:黑龙江工程学院大学生创新创业训练计划项目资助 (201311802090)。摘要:本文基于微铸造工艺,采用金属型模具,以锌合金(Zn- Al-Cu)为研究材料,应用离心铸造方法制备微尺度拉伸工件。微尺度拉伸工件长度4mm,最小宽度为0.2mm,最小厚度为100μm。最终3个微尺度拉伸工件都没有完全成形,据此,金属型微精密铸造工艺的成形能力亟待提高,各工艺参数还有待进一步改进。 关键词:微精密铸造金属型锌合金 1 概述 现代社会业已进入了科学与技术高速发展的全新阶段,传统的铸造方法已不能够满足高精密的快速材料制备领域,新型铸造方法逐渐崭露头角。微铸造工艺作为一种新型技术,发展时间较短。最早由德国卡尔斯鲁厄研究中心开发[1-4],该工艺不仅可以满足尺寸精度要求,且可以极大地改善铸件质量,同时可实现工件快速制造,它的出现弥补了现有铸造方法的不足。国内对于微铸造的研究尚属于起步阶段,上海大学[5],哈尔滨工业大学[6]都对该工艺进行过相关研究,但都没有达到理想的效果,要达到实用化目的还有很长的路要走。 本论文基于微铸造工艺,应用自行设计的金属型模具,采用离心铸造技术制备微尺度合金拉伸件,进而确定离心金属型微精密铸造工艺。 2 试验材料及方法 2.1 试验材料及设备 本试验材料采用锌合金(Zn-Al-Cu)合金,合金成份如表1所示。该合金作为常用的工业压铸合金,具有良好的铸造性能及优异的综合性能。 表1试验中锌合金实际成份 ■ 试验设备采用改装的液态金属离心微成形系统,如图1所示[7]。 ■ 图1液态金属离心微成形系统示意图[7] 2.2 试验方法 基于微铸造的工艺,本文采用离心铸造的方法,即将液态金属浇入旋转的铸型里,在离心力作用下充型并凝固成铸件的铸造方法。 本试验采用的微精密铸造工艺可以分成几步:第一 步,金属铸型的加工。如图1中所示,工件最终在图1中D,即金属型中成形。为了研究微精密铸造工艺,金属模具设计有三个微拉伸工件,示意图如图2所示。其中三种不同厚度的微拉伸工件,分别为100μm、200μm和300μm,工件尺寸如图2所示。第二步,模具安装。将金属铸型装入石墨模具中,安装好模具,对模具进行预热,预热温度为280℃。第三步,液态金属离心浇注过程。锌合金放入陶瓷坩埚,通过电阻炉加热熔化,加热温度为440℃,并保温60min,使其充分熔化,并保证成份恒定。离心转速分别为2700rpm,3000rpm和3300rpm。待金属加热到指定温度,转速达到预定转速后,立即把熔融的金属注入带有金属铸型的石墨模具中。第四步,取出金属铸型。待冷却到室温,打开金属铸型,取出微拉伸工件。 ■ 图2模具内工件示意图 3 试验结果 本试验制备的工件属于微尺度拉伸件,长度为4mm,最小宽度为0.2mm,最小厚度为100μm。通过模具预热温度280℃,离心系统转速达到3300rpm,把温度为440℃液态金属浇入旋转模具中,制备的工件如图3所示。 由图3中可以看出,厚度为300μm拉伸件成形一部分,长度达到3mm,厚度为200μm,拉伸件成形长度也达到2.5mm,而厚度为100μm拉伸件几乎没有成形。 4 结论 金属型微精密铸造工艺在模具预热温度280℃,离心转速3300rpm,浇铸温度为440℃的工艺条件下,300μm厚拉伸件成形长度3mm,200μm厚拉伸件成形长度2.5mm,而100μm厚拉伸件没有成形。3个工件都没有完全成形,由此,金属型微精密铸造工艺的成形能力亟待提高,各工艺参数还有待进一步改进。 参考文献: [1]G.Bumeister,K.Mueller,R.Ruprech and J.Haussel.Production of Metallic High Aspect Ratio Microstructures by Microcasting.Microsystem Technologies. 2002,8:105-108. [2]G.Bumeister,R.Ruprech and J.Haussel.Microcasting of Parts Made of Metal Alloys.Microsystem Technologies. 2004,10:261-264. [3]G.Bumeister,R.Ruprech and J.Haussel.Replication of LIGA Structures using Microcasting.Microsystem Technologies. 2004,10:484-488. [4]G.Baumeister,S.Rath and J.Hausselt.Microcasting of Al Bronze and a Gold Base Alloy Improved by Plaster-bonded Investment. Microsystem Technologies. 2006,12(8):773-777. [5]李海斌,翟启杰.微铸造技术[J].现代铸铁,2004,24(2):1-3. [6]李邦盛,任明星,傅恒志.微精密铸造工艺研究进展[J].铸造,2007,56(7):673-678. [7]杨闯.微熔模精铸过程微尺度成形及充型流动规律研究[D].哈尔滨工业大学,2010:90. 基金项目:黑龙江工程学院大学生创新创业训练计划项目资助 (201311802090)。摘要:本文基于微铸造工艺,采用金属型模具,以锌合金(Zn- Al-Cu)为研究材料,应用离心铸造方法制备微尺度拉伸工件。微尺度拉伸工件长度4mm,最小宽度为0.2mm,最小厚度为100μm。最终3个微尺度拉伸工件都没有完全成形,据此,金属型微精密铸造工艺的成形能力亟待提高,各工艺参数还有待进一步改进。 关键词:微精密铸造金属型锌合金 1 概述 现代社会业已进入了科学与技术高速发展的全新阶段,传统的铸造方法已不能够满足高精密的快速材料制备领域,新型铸造方法逐渐崭露头角。微铸造工艺作为一种新型技术,发展时间较短。最早由德国卡尔斯鲁厄研究中心开发[1-4],该工艺不仅可以满足尺寸精度要求,且可以极大地改善铸件质量,同时可实现工件快速制造,它的出现弥补了现有铸造方法的不足。国内对于微铸造的研究尚属于起步阶段,上海大学[5],哈尔滨工业大学[6]都对该工艺进行过相关研究,但都没有达到理想的效果,要达到实用化目的还有很长的路要走。 本论文基于微铸造工艺,应用自行设计的金属型模具,采用离心铸造技术制备微尺度合金拉伸件,进而确定离心金属型微精密铸造工艺。 2 试验材料及方法 2.1 试验材料及设备 本试验材料采用锌合金(Zn-Al-Cu)合金,合金成份如表1所示。该合金作为常用的工业压铸合金,具有良好的铸造性能及优异的综合性能。 表1试验中锌合金实际成份 ■ 试验设备采用改装的液态金属离心微成形系统,如图1所示[7]。 ■ 图1液态金属离心微成形系统示意图[7] 2.2 试验方法 基于微铸造的工艺,本文采用离心铸造的方法,即将液态金属浇入旋转的铸型里,在离心力作用下充型并凝固成铸件的铸造方法。 本试验采用的微精密铸造工艺可以分成几步:第一 步,金属铸型的加工。如图1中所示,工件最终在图1中D,即金属型中成形。为了研究微精密铸造工艺,金属模具设计有三个微拉伸工件,示意图如图2所示。其中三种不同厚度的微拉伸工件,分别为100μm、200μm和300μm,工件尺寸如图2所示。第二步,模具安装。将金属铸型装入石墨模具中,安装好模具,对模具进行预热,预热温度为280℃。第三步,液态金属离心浇注过程。锌合金放入陶瓷坩埚,通过电阻炉加热熔化,加热温度为440℃,并保温60min,使其充分熔化,并保证成份恒定。离心转速分别为2700rpm,3000rpm和3300rpm。待金属加热到指定温度,转速达到预定转速后,立即把熔融的金属注入带有金属铸型的石墨模具中。第四步,取出金属铸型。待冷却到室温,打开金属铸型,取出微拉伸工件。 ■ 图2模具内工件示意图 3 试验结果 本试验制备的工件属于微尺度拉伸件,长度为4mm,最小宽度为0.2mm,最小厚度为100μm。通过模具预热温度280℃,离心系统转速达到3300rpm,把温度为440℃液态金属浇入旋转模具中,制备的工件如图3所示。 由图3中可以看出,厚度为300μm拉伸件成形一部分,长度达到3mm,厚度为200μm,拉伸件成形长度也达到2.5mm,而厚度为100μm拉伸件几乎没有成形。 4 结论 金属型微精密铸造工艺在模具预热温度280℃,离心转速3300rpm,浇铸温度为440℃的工艺条件下,300μm厚拉伸件成形长度3mm,200μm厚拉伸件成形长度2.5mm,而100μm厚拉伸件没有成形。3个工件都没有完全成形,由此,金属型微精密铸造工艺的成形能力亟待提高,各工艺参数还有待进一步改进。 参考文献: [1]G.Bumeister,K.Mueller,R.Ruprech and J.Haussel.Production of Metallic High Aspect Ratio Microstructures by Microcasting.Microsystem Technologies. 2002,8:105-108. [2]G.Bumeister,R.Ruprech and J.Haussel.Microcasting of Parts Made of Metal Alloys.Microsystem Technologies. 2004,10:261-264. [3]G.Bumeister,R.Ruprech and J.Haussel.Replication of LIGA Structures using Microcasting.Microsystem Technologies. 2004,10:484-488. [4]G.Baumeister,S.Rath and J.Hausselt.Microcasting of Al Bronze and a Gold Base Alloy Improved by Plaster-bonded Investment. Microsystem Technologies. 2006,12(8):773-777. [5]李海斌,翟启杰.微铸造技术[J].现代铸铁,2004,24(2):1-3. [6]李邦盛,任明星,傅恒志.微精密铸造工艺研究进展[J].铸造,2007,56(7):673-678. [7]杨闯.微熔模精铸过程微尺度成形及充型流动规律研究[D].哈尔滨工业大学,2010:90. 基金项目:黑龙江工程学院大学生创新创业训练计划项目资助 (201311802090)。 |
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