复杂薄壁镁合金石膏型精密成形工艺研究

论文摘要

随着我国航天事业的飞速发展，对大型复杂薄壁结构件的需求大量增加，对空间结构件的轻量化要求也越来越高。镁合金以其密度小、比强度高、阻尼性能好，成为制造空间结构件最具发展前景的材料之一。本文对镁合金石膏型铸造的铸型配方进行了深入研究，其主要材料质量比为：-半水石膏：硫酸镁：石英粉：铝矾土粉=30：20：25：25。其中，石英粉和铝矾土粉主要起稳定铸型尺寸和防止裂纹的作用；硫酸镁可大幅度增加铸型的水浸溃散性。为了进一步改善铸型性能，还加入多种化学添加剂；譬如，降低石膏型用水量、提高石膏浆体流动性、提高铸型强度的添加剂—聚羧酸减水剂；降低石膏型线收缩的添加剂—尿素和氯化钡，调节石膏浆体凝结时间的添加剂—磷酸三钠；此外，消泡剂和高温玻璃纤维能起到减少浆体中气泡和铸型裂纹的作用。确定了能够获得强度高、收缩小、易溃散的石膏铸型的石膏型配方。研究大型石膏铸型烘干过程中水分迁移的行为及其对铸型的影响，结合SLS（选择性激光烧结）原型熔失工艺，确定其烘干和焙烧工艺为：120℃36h；200℃12h；300℃8h；500℃8h。研究表明，石膏型铸造镁合金铸件会发生严重的氧化，防氧化是石膏型铸造镁合金的重点和难点。在石膏型中加入4%～6%的片状鳞石墨可以在一定程度上减轻铸件氧化；在石膏铸型型腔中均匀地吹入少量硫粉，能够很好地消除氧化，铸件表面光洁明亮。研究发明了一种石膏铸型真空成形工艺，在浇注前及整个浇注过程中对型腔抽真空；既增加了镁液的充型能力，也减轻了镁合金铸件的氧化，辅助上述添加石墨、吹入硫粉措施，彻底消除了石膏型铸造镁合金的氧化。利用数值模拟软件对典型复杂薄壁镁合金铸件石膏型铸造的充型与凝固过程进行了模拟，优化浇注工艺；最后浇注了若干不同复杂程度的镁合金薄壁零件，验证了石膏型真空熔模铸造新工艺在成形复杂薄壁铸件时的优越性，并研究石膏型熔模铸造镁合金铸件的典型缺陷和形成原因，并提出相应的预防和解决措施。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 本课题的背景及意义
• 1.3 镁合金成形的国内外研究现状
• 1.4 石膏型熔模铸造
• 1.5 铸造镁合金的燃烧与氧化
• 1.6 本课题的目标、研究内容与技术路线
• 2 试验方案及条件
• 2.1 试验方案
• 2.2 试验条件
• 3 石膏型改性及烘干焙烧工艺
• 3.1 纯石膏性能研究
• 3.2 镁合金石膏型的改性研究
• 3.3 石膏型的烘干与焙烧工艺
• 3.4 本章小结
• 4 石膏型铸造镁合金防氧化措施
• 4.1 无阻燃条件下的石膏型铸造镁合金
• 4.2 石墨对石膏型铸造镁合金的影响
• 4.3 涂料对石膏型铸造镁合金的影响
• 4.4 工艺措施对石膏型铸造镁合金的防氧化作用
• 4.5 本章小结
• 5 复杂薄壁镁合金零件的石膏型铸造成形
• 5.1 小型复杂薄壁镁合金零件的石膏型铸造
• 5.2 壁厚不均类复杂镁合金零件的石膏型铸造
• 5.3 较大型复杂薄壁镁合金零件的石膏型铸造
• 5.4 镁合金零件的石膏型真空熔模铸造
• 5.5 镁合金卫星支架的石膏型真空熔模铸造
• 5.6 石膏型熔模铸造镁合金缺陷及防治
• 5.7 本章小结
• 6 主要结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 1 攻读硕士学位期间发表的论文及成果
• 附录 2 攻读硕士学位期间获得的奖励