電機(jī)沖片的沖壓模具設(shè)計(jì)含11張CAD圖.zip,電機(jī),沖壓,模具設(shè)計(jì),11,CAD 開發(fā)薄壁復(fù)雜形狀的砂型鑄造用高溫模具工藝 a 昌原國立大學(xué)先進(jìn)材料工程學(xué)院，大韓民國慶南昌原市昌原 b大韓民國首爾153-001韓國陶瓷腦電研究院陶瓷中心工程陶瓷中心＆技術(shù)中心 摘要 已經(jīng)開發(fā)了一種用于制備可以在1000℃的熱處理下維持的模具的新工藝，導(dǎo)致制造具有薄壁和復(fù)雜形狀的鑄造產(chǎn)品。在新模具過程中，一種無機(jī)物由原硅酸四乙酯和甲醇鈉構(gòu)成的粘結(jié)劑，以及耐熱性高的珠粒粉末并且使用對(duì)熔融金屬的低熱膨脹。通過樹脂涂覆的沙子制備模具樣品。使用珠粒粉末的工藝比通過CO2工藝使用珠粒粉末的工藝顯示出更高的生坯強(qiáng)度熟料砂，而燃燒強(qiáng)度得到改善，并通過應(yīng)用新模工藝顯示出類似的值。使用無機(jī)粘合劑，具體而言，無機(jī)粘合劑及其相的玻璃化行為不是偶然的，即使在用再生珠粒粉末制備的舊樣品中也改變了。模具樣品的熱膨脹是線性的，大約0.23％直到1000℃，這表明模具具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性。實(shí)際上產(chǎn)品，一個(gè)葉輪，在由新模具工藝制備的模具中很好地鑄造，表明新模具工藝是提高模具強(qiáng)度的有效方法。 1. 介紹 傳統(tǒng)上，鑄模工業(yè)中已經(jīng)使用砂模要求高生產(chǎn)力，因?yàn)樗且粋€(gè)簡(jiǎn)單的制造過程只是將沙子和有機(jī)粘合劑的混合物稱為樹脂進(jìn)入木模[1-4]。 所以，傳統(tǒng)的沙模應(yīng)該是不可避免地會(huì)變厚以防止由于有機(jī)物而使他們倒塌在鑄造過程中粘結(jié)劑完全燒壞。 另外，它有一個(gè)缺點(diǎn)的數(shù)量，如通過氣孔的產(chǎn)生有機(jī)粘合劑的燃燒和熔融金屬的低流動(dòng)性冷鑄造，產(chǎn)生表面缺陷和意想不到的微觀結(jié)構(gòu)，分別。 另外，由于不希望的導(dǎo)熱系數(shù)厚的砂模會(huì)在產(chǎn)品中形成不利的結(jié)晶。因此，傳統(tǒng)方法制備的砂模只能是用于生產(chǎn)厚壁產(chǎn)品。 因此，薄壁鑄件具有厚度復(fù)雜的形狀通常使用精密鑄造進(jìn)行5mm以下的加工技術(shù)，投資鑄造。 但是，這種方法有復(fù)雜的生產(chǎn)成本增加的許多缺點(diǎn)和長期的過程，以及產(chǎn)品尺寸的限制。 佐佐木升級(jí)采用無機(jī)粘合劑的砂模工藝克服了這些缺點(diǎn)。無機(jī)粘結(jié)劑由硅酸鹽和鈉組成作為二氧化硅（SiO 2）和氧化鈉（Na 2 O）前體的氫氧化物（NaOH） [6-8]。 在用無機(jī)粘合劑制備的模具中，模具的機(jī)械性能是由粘合劑產(chǎn)生起始顆粒之間每個(gè)界面的強(qiáng)度[9-11]。 尤其是，斷裂強(qiáng)度來源于合成之間的玻璃相硅酸鹽和醇鈉在溶膠 - 凝膠反應(yīng)和加熱過程中治療。 上述兩種前體的反應(yīng)機(jī)理如下。 溶膠 - 凝膠反應(yīng)： 其中ROH，NaOH和（RO）3Si [O-Si（OR）2] nOR表示醇，鈉氫氧化物和硅酸烷基酯。 NaOR被水解形成NaOH（通過等式（1））和（RO）3 Si [O-Si（OR）2] nOR水解形成SiO2和ROH（通過等式（2））。 熱處理反應(yīng)： 反應(yīng)生成玻璃相的硅酸鈉（Na2O·SiO2）在約1000℃的溫度下NaOH和SiO 2之間，這可以給模具增添力量。 在上述反應(yīng)過程中，涂覆在顆粒表面上的有機(jī)粘合劑被玻璃相取代由無機(jī)前體合成，稱為有機(jī)無機(jī)物轉(zhuǎn)換過程。 因此，無機(jī)前體應(yīng)該均勻地涂覆在顆粒表面和轉(zhuǎn)化效率上的無機(jī)前體對(duì)玻璃相應(yīng)該進(jìn)行優(yōu)化以提供對(duì)模具具有足夠的強(qiáng)度，導(dǎo)致保持模具 在鑄造期間的形狀。 表一 在這項(xiàng)研究中，他們的工藝是為制備模具而開發(fā)的在1000°C的溫度下保持形狀，然后是真實(shí)的產(chǎn)品，a250毫米葉輪，與實(shí)際鑄模一起鑄造而成。 之間的關(guān)系討論了斷裂強(qiáng)度和制備工藝。 2.實(shí)驗(yàn)程序 2.1。 準(zhǔn)備模具樣品 用于制備模具樣品的無機(jī)粘合劑前體薄壁鑄件由原硅酸四乙酯（TEOS; Sigma-Aldrich Korea，Yongin，Korea）作為SiO2前體和鈉甲醇鹽（NaOMe; Sigma-Aldrich Korea）作為Na 2 O前體。該珠粒粉末（標(biāo)稱粒徑0.15mm，伊藤忠Ceratech Corporation，瀨戶，日本）用作制備模具的起始材料樣品。 熟料沙（名義粒度0.15毫米，南甘CastingMaterials，釜山，韓國）被用作準(zhǔn)備的起始材料比較樣本。 基本配方和實(shí)驗(yàn)范圍通過有機(jī) - 無機(jī)轉(zhuǎn)化工藝制備模具如表1所示。 表2 模具樣本的大小作為開始基板的尺寸為10mm×10mm×50mm由商業(yè)鑄造公司（Jinsung Metal，Gimhae，韓國）。 通過樹脂涂覆有機(jī)粘合劑的珠粒粉末砂（RCS）工藝被塞進(jìn)一個(gè)成型模具中金屬，然后在200℃下熱處理1小時(shí)。 熟料沙混合在一起用水玻璃（硅酸鈉，Na 2 O-SiO 2，53％水合的H 2 O; Sigma-韓國Aldrich韓國龍仁公司）被塞進(jìn)成型模具中然后在二氧化碳?xì)夥障掠不?0秒。 用珠粒粉和熟料制備模具樣品在室溫下將沙子浸入無機(jī)粘合劑前體中。將浸漬的樣品在80℃下干燥1小時(shí)以消除H2O和ROH在溶膠 - 凝膠反應(yīng)過程中合成，然后在1000℃下熱處理，在大氣中停留1小時(shí)Na2O和SiO2的無機(jī)前體的玻璃化。 冷卻在每個(gè)過程之后處理至室溫。詳細(xì)的解釋有機(jī) - 無機(jī)轉(zhuǎn)化過程的結(jié)果如圖1所示。 2.2。 準(zhǔn)備實(shí)際的模具和鑄件 在這項(xiàng)工作中，目前有250毫米直徑的葉輪被用于發(fā)電廠的燃料氣體脫硫系統(tǒng)中制造成實(shí)際的鑄造產(chǎn)品。因此，含鉻量高的鐵增加耐腐蝕性和抗磨損性用作實(shí)際鑄造的基體金屬?；氐慕M成金屬如表2所示。首先，木制成型模具進(jìn)行制備一個(gè)真正的模具是通過逆向工程設(shè)計(jì)和制造的（Sungil Turbine Co.，釜山，韓國）。涂有有機(jī)物的珠粒粉末通過RCS過程的前體被塞進(jìn)木制品中成型模，并將該模具在200℃下熱處理10小時(shí)。將制備的實(shí)際模具浸入無機(jī)前體溶液中與制備他們的樣品時(shí)使用的組成相同。實(shí)際上將用無機(jī)前體涂布的模具在80℃下干燥1分鐘時(shí)間為24小時(shí)，然后在1000℃下熱處理1小時(shí)。冷卻過程到每個(gè)過程之后的室溫。在感應(yīng)加熱爐中融化的熔融金屬1600°C倒入實(shí)際中在室溫下在大氣中模塑，并冷卻至室溫。最后，對(duì)鑄造產(chǎn)品進(jìn)行機(jī)械加工作為后期處理。 圖1.有機(jī) - 無機(jī)轉(zhuǎn)化過程的示意圖。 （1）起始涂有有機(jī)粘合劑的粉末 （2）在無機(jī)前體中浸漬砂模 （3）用涂覆在有機(jī)粘合劑上的無機(jī)前體起始粉末 （4）干燥和熱處理過程 （5）僅涂布無機(jī)粘合劑的起始粉末 表3 比較用于制造砂模的各種起始粉末的性能 2.3。描述 起始粉末的形態(tài)和大小以及斷裂使用掃描觀察制備的模具樣品的表面電子顯微鏡（SEM;型號(hào)JSM-5610; JEOL，日本東京）。 圖2.珠粒的微觀結(jié)構(gòu)：（a）原始和（b）再循環(huán)。 每個(gè)數(shù)字表示在浸入前體溶液之前微粒的微觀結(jié)構(gòu)，即低和高分別在顆粒界面放大。 虛線箭頭表示在顆粒之間的界面處合成的玻璃相。 元素分析結(jié)果被插入到每個(gè)圖中。 圖3.珠粒子的XRD分析結(jié)果：（a）原始和（b）再循環(huán)。 該對(duì)加熱后的模具樣品中的顆粒表面進(jìn)行元素分析使用能量色散譜儀進(jìn)行處理（Oxford Instruments，Oxford，UK）使用X射線衍射儀（XRD; X-pert。）分析原始和回收的珠狀粉末的相MPD，型號(hào)PW3040; Philips Eindhoven，荷蘭）。 有毒氣體使用TruSpec元素進(jìn)行準(zhǔn)備好的模具樣品的測(cè)試分析儀（LECO Co.，St. Joseph，MI，USA）和SC-432DR硫分析儀（LECO Co.）。 之前的模具樣品的斷裂強(qiáng)度并在熱處理后用萬能試驗(yàn)機(jī)測(cè)量（Instron 5566; Instron Corp.，Norwood，MA，USA）中的4點(diǎn)以0.5mm min-1的速率彎曲模式。 測(cè)試進(jìn)行了室溫和五次運(yùn)行以確定標(biāo)準(zhǔn)差的斷裂強(qiáng)度。 熱膨脹的以5℃min-1的加熱速率測(cè)量模具樣品使用膨脹計(jì)（型號(hào)500S; Mac Science，Tokyo，日本）。 圖4.使用CO2和RCS工藝制備的模具樣品的斷裂強(qiáng)度熟料沙子和珠子粉末，個(gè)別。 3。結(jié)果與討論 通常，砂鑄中使用的模具已經(jīng)制備好天然沙，人造沙，熟料，鉻鐵礦等本研究使用具有莫來石相的珠粒粉末作為起始物材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的砂粉，因?yàn)橹榉劬哂袃?yōu)異的耐熱性和低熱膨脹率金屬在高溫下，如表3所示[15]。然而，熱量傳統(tǒng)砂粉如SiO2，熟料和鋯石的抗性，隨著溫度的升高而不斷下降此外，燒毀金屬滲透層開始在界面處產(chǎn)生模具和傳統(tǒng)砂型中的熔融金屬，然后熔化金屬迅速傳播到內(nèi)部模子。最終，它變成了由燒焦層制成的完整模具在鑄造過程中砂模容易塌陷。據(jù)報(bào)道通過使用珠粒粉末可以減少燒層的厚度即使在傳統(tǒng)的砂模中，由于高耐熱性[15]。在這項(xiàng)工作，新工藝中使用的有機(jī)粘合劑（樹脂）被替代與無機(jī)粘合劑（玻璃相）在熱處理期間改善表面特性。因此，燒傷層沒有形成通過新工藝制備的模具。 圖5.用珠粒粉末制備的模具樣品的熱膨脹。 顆粒形貌，界面微觀結(jié)構(gòu)和檢測(cè)元素在模具樣品的界面處用原始和未處理的樣品制備再生珠粒粉末如圖2所示。再生珠粒粉末是用于砂型鑄造的模具粉末。 每個(gè)數(shù)字都在圖2（a）和（b）表示浸漬前顆粒的微觀結(jié)構(gòu)在無機(jī)前體中，以及在低倍和高倍率下熱處理后顆粒之間的界面。該再生粉末顯示出幾乎相同的球形和尺寸原始粉末，如圖2（b-1）所示。 指示的是玻璃相在圖2中用虛線箭頭表示，由無機(jī)前體制成是在單個(gè)粒子之間的界面處產(chǎn)生的用回收粉末以及原始粉末制備模具（圖2（a-2）和（b-2））。 另外，元素Al，Si和Na來自于一起檢測(cè)起始粉末和無機(jī)前體在兩個(gè)顆粒表面上。 圖6.實(shí)際模具和產(chǎn)品：（a）木模，（b）鑄造后的鑄造葉輪，以及（c）后處理后的鑄造葉輪。 原始和回收的珠粒粉末的XRD峰顯示在圖3.僅檢測(cè)到莫來石相的峰。 這個(gè)結(jié)果意味著莫來石在極端情況下不受影響（無機(jī)前體的基本溶液和在1000℃下的熱處理）。也就是說，它表明珠粉是穩(wěn)定的和可重復(fù)使用的用來制備砂模，如圖1和2所示。 2和3.因此，珠粒粉末被確定為最佳的起始材料價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力，盡管珠粉價(jià)格較高比傳統(tǒng)的一次性砂粉。 通過制備的模具樣品的斷裂強(qiáng)度值兩種類型的工藝（CO2和RCS工藝）和起始粉末（熟料和小珠）在圖4中示出，其被測(cè)量熱處理前后的模具樣品。 模具樣品通過CO2工藝制備的綠色強(qiáng)度為5.6±0.5MPa（平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差）和8.3±的燃燒強(qiáng)度為0.3MPa。 傳統(tǒng)上使用熟石灰砂的CO2工藝用于制造大型葉輪，是由相同的公司進(jìn)行比較。 在通過制備的樣品中RCS過程中，強(qiáng)度被確定為7.3±2.5和綠色和燃燒強(qiáng)度分別為8.7±1.4 MPa。 在二氧化碳過程中，模具樣品的生坯強(qiáng)度來自于水玻璃。水玻璃可以很好地和均勻地混合在一起由液相引起的熟石沙。但是，在RCS流程中，生坯由各種樹脂之間的聚合反應(yīng)形成（苯酚和異氰酸酯等）。因此，100％聚合和均勻聚合度是RCS工藝中非常困難的問題。因此，模具強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)偏差通過RCS工藝制備的樣品要大于用CO2制備的樣品處理。然而，在二氧化碳過程中使用的水玻璃產(chǎn)生玻璃相以及H2O和Na2CO3在模具制備過程中，以及副產(chǎn)品（H2O和Na2CO3）會(huì)在模具中引起缺陷導(dǎo)致由CO2制備的模具中的生坯強(qiáng)度相對(duì)較低處理。同時(shí)，珠粒粉可以很好地重新排列由于網(wǎng)絡(luò)和聚合物的纏結(jié)而形成過程鏈條長，導(dǎo)致相對(duì)較高的生坯強(qiáng)度。然而，在新模具工藝中應(yīng)用的無機(jī)前體被轉(zhuǎn)化在溶膠 - 凝膠反應(yīng)和熱處理期間進(jìn)入玻璃相，誘導(dǎo)通過這兩種工藝制備的模具的燃燒強(qiáng)度 [16-18]。為此，使用了液體狀態(tài)的無機(jī)前體在表面進(jìn)行無機(jī)前體的均勻涂覆粒子。因此，新模具工藝是改進(jìn)的有效方法兩種工藝中的模具強(qiáng)度。 此外，在鑄造過程中還保留了它們的形狀與力量一起的一個(gè)主要因素。 熱膨脹，相關(guān)到模具的尺寸穩(wěn)定性，在低值時(shí)測(cè)量大約0.23％，直至1000℃的溫度，如圖5所示。濃度有毒氣體在燃燒試驗(yàn)中的應(yīng)用可以在鑄造過程中產(chǎn)生的無機(jī)粘合劑顯著低于傳統(tǒng)砂型模具，如圖所示有毒氣體分析見表4.因此，這表明使用了無機(jī)物前驅(qū)體和珠粒粉末是制造該產(chǎn)品的理想選擇砂型鑄造模具。 用于準(zhǔn)備實(shí)際鑄件的木模照片模具，鑄造產(chǎn)品和后處理后的產(chǎn)品在圖6中。鑄造用砂模可以通過成型來制備由金屬或木頭制成的模具。 但是，大多數(shù)砂模都是制造的使用木制成型模具。 在木制成型模具的情況下（圖6（a）），生坯中的光滑和干凈的表面很難準(zhǔn)備，因?yàn)樗皇┘訅毫Α?金屬成型模具可以用于改善綠色身體的表面狀況壓力，而生產(chǎn)外套高于木制成型模子。 自從產(chǎn)品以來，鑄造產(chǎn)品的表面（圖6（b））并不清楚剛剛使用用木制成型模制備的模具鑄造，通過后處理得到改進(jìn)（圖6（c））。 最后演員可以成功制造出具有薄壁和復(fù)雜形狀的產(chǎn)品通過應(yīng)用新的模具工藝。 4。結(jié)論 無機(jī)前體和珠粒粉末已被用于克服常規(guī)砂模的缺點(diǎn)，如頻繁崩塌現(xiàn)象和鑄造過程中的嚴(yán)重缺陷。無機(jī)物前體是非常環(huán)保的，并有助于改善模具的強(qiáng)度。回收粉末的形狀和大小沒有改變，與原始粉末相比。模具顯示通過使用珠粒粉末的RCS方法制備的樣品比通過二氧化碳工藝使用的更高的生坯強(qiáng)度熟料沙子。但是，燃燒強(qiáng)度得到了改善并顯示出來通過引入使用無機(jī)物的新模具工藝來獲得相似的值表明新模具工藝是改進(jìn)模具的有效方法兩個(gè)過程中的強(qiáng)度。另外，他們準(zhǔn)備通過新的模具工藝顯示0.25％的尺寸穩(wěn)定性高達(dá)a溫度為1000°C。鑄造產(chǎn)品，葉輪，具有薄壁而且復(fù)雜的形狀可以通過應(yīng)用成功地制造出來newmold過程。因此，使用無機(jī)前體的新模工藝并且可以將珠粒粉末用作其制造方法模具用于復(fù)雜形狀的薄壁鑄造。 致謝 這項(xiàng)工作得到了韓國能源技術(shù)研究院的支持評(píng)估和規(guī)劃（KETEP，授權(quán)號(hào)20142020103400 /2013-101010-170C）由韓國政府部門資助貿(mào)易，工業(yè)和能源以及國家研究基金會(huì)韓國（NRF，批準(zhǔn)號(hào)碼：2011-0030058）由韓國資助政府。