规则孔型泡沫金属的构形与制备技术研究

论文摘要

本文研究了一种新型的利用石膏型熔模铸造制备规则孔型泡沫铝的工艺。该工艺利用CAD软件的建模功能预设计出多孔结构模型,通过快速成形（RP）技术制作相应蜡模,并采用可溶性石膏作为铸型材料。实验中设计了三种规则多孔结构（金刚石型结构、正十四面体结构、菱形十二面体结构）,并通过分析结构各部分间的几何关系,利用UG环境下的草图和表达式功能创建了全参数化尺寸驱动的模型,为结构有限元分析和快速成形提供了建模支持。随后以金刚石型结构为例,选择圆形截面作为分析结构的支柱截面,利用结构代表单元模型推导出了相对密度公式;通过施加周期性边界条件,采用有限元法得到了小应变下的结构变形形态及等效弹性模量,最后借助Origin的曲线拟合功能得到了相对模量随相对密度的变化关系。利用选区激光烧结（SLS）快速成形工艺,以PS基模料为成形材料,制作出了上面三种结构的成形模样。根据石膏型的高温线收缩特性及强度要求,配制了石膏混合料;分析了PS模料的热失重（TG）曲线,根据模料的分解与温度之间的关系,并考虑石膏型的焙烧特性制定出了石膏型焙烧工艺曲线;在石膏混合料中通过添加13.8%的水溶性盐MgSO4,提高了石膏型的水溶性,降低了铸件的清理难度;最后利用抽真空的方法浇注出了材质为ZL102的多孔铝。实验表明,这种基于CAD/RP技术的石膏型熔模铸造工艺成功地解决了目前多孔泡沫金属制备中存在的结构不规则、工艺可控性不高、性能变化较大等问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 多孔泡沫金属的结构与性能
• 1.2.1 电、热、声学性能
• 1.2.2 能量吸收及抗冲击性能
• 1.2.3 力学性能
• 1.3 多孔泡沫金属的制备技术研究现状
• 1.3.1 多孔泡沫金属制备概述
• 1.3.2 目前研究存在的问题
• 1.4 本课题的研究思路与方法
• 1.4.1 研究思路
• 1.4.2 研究方法
• 第二章 规则孔型结构模型的参数化设计
• 2.1 菱形十二面体几何结构分析
• 2.2 菱形十二面体建模
• 2.2.1 建模思路
• 2.2.2 建模过程
• 2.2.3 更改表达式实现参数化
• 2.3 本章小结
• 第三章 规则多孔结构材料弹性模量的有限元分析
• 3.1 结构相对密度的计算
• 3.2 代表单元结构的有限元法
• 3.3 有限元分析结果
• 3.4 其它两种结构的弹性模量
• 3.5 本章小结
• 第四章 多孔结构模型的快速成形
• 4.1 快速成形技术简介
• 4.2 多孔结构的快速成形
• 4.2.1 三维 CAD模型准备
• 4.2.2 快速成形的前处理
• 4.2.3 SLS成形工艺
• 4.3 样件的清粉
• 4.4 本章小结
• 第五章 可溶石膏型熔模精铸工艺制备多孔泡沫铝
• 5.1 SLS原型材料的热性能分析
• 5.2 基于SLS原型的石膏型熔模精铸工艺原理与路线
• 5.3 石膏型制作工艺
• 5.3.1 石膏混合料的配制
• 5.3.2 浆体的搅拌
• 5.3.3 灌浆
• 5.3.4 硬化干燥
• 5.3.5 焙烧脱模
• 5.4 多孔泡沫铝成形工艺
• 5.4.1 铝合金熔炼
• 5.4.2 合金液浇注及凝固
• 5.5 后期清理
• 5.6 缺陷及分析
• 5.7 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 存在问题
• 6.3 展望
• 参考文献
• 附录
• （A） 金刚石型结构有限元分析命令流
• （B） 十四面体结构有限元分析命令流
• （C） 菱形十二面体结构有限元分析命令流
• 读研期间发表论文情况
• 致谢