金屬型微精密鑄造工藝的研究

楊闖+

摘要：本文基于微鑄造工藝，采用金屬型模具，以鋅合金(Zn-

Al-Cu)為研究材料，應用離心鑄造方法制備微尺度拉伸工件。微尺度拉伸工件長度4mm，最小寬度為0.2mm，最小厚度為100μm。最終3個微尺度拉伸工件都沒有完全成形，據此，金屬型微精密鑄造工藝的成形能力亟待提高，各工藝參數還有待進一步改進。

關鍵詞：微精密鑄造金屬型鋅合金

1 概述

現代社會業已進入了科學與技術高速發展的全新階段，傳統的鑄造方法已不能夠滿足高精密的快速材料制備領域，新型鑄造方法逐漸嶄露頭角。微鑄造工藝作為一種新型技術，發展時間較短。最早由德國卡爾斯魯厄研究中心開發[1-4]，該工藝不僅可以滿足尺寸精度要求，且可以極大地改善鑄件質量，同時可實現工件快速制造，它的出現彌補了現有鑄造方法的不足。國內對于微鑄造的研究尚屬于起步階段，上海大學[5]，哈爾濱工業大學[6]都對該工藝進行過相關研究，但都沒有達到理想的效果，要達到實用化目的還有很長的路要走。

本論文基于微鑄造工藝，應用自行設計的金屬型模具，采用離心鑄造技術制備微尺度合金拉伸件，進而確定離心金屬型微精密鑄造工藝。

2 試驗材料及方法

2.1 試驗材料及設備

本試驗材料采用鋅合金(Zn-Al-Cu)合金，合金成份如表1所示。該合金作為常用的工業壓鑄合金，具有良好的鑄造性能及優異的綜合性能。

表1試驗中鋅合金實際成份

■

試驗設備采用改裝的液態金屬離心微成形系統，如圖1所示[7]。

■

圖1液態金屬離心微成形系統示意圖[7]

2.2 試驗方法

基于微鑄造的工藝，本文采用離心鑄造的方法，即將液態金屬澆入旋轉的鑄型里，在離心力作用下充型并凝固成鑄件的鑄造方法。

本試驗采用的微精密鑄造工藝可以分成幾步：第一

步，金屬鑄型的加工。如圖1中所示，工件最終在圖1中D，即金屬型中成形。為了研究微精密鑄造工藝，金屬模具設計有三個微拉伸工件，示意圖如圖2所示。其中三種不同厚度的微拉伸工件，分別為100μm、200μm和300μm，工件尺寸如圖2所示。第二步，模具安裝。將金屬鑄型裝入石墨模具中，安裝好模具，對模具進行預熱，預熱溫度為280℃。第三步，液態金屬離心澆注過程。鋅合金放入陶瓷坩堝，通過電阻爐加熱熔化，加熱溫度為440℃，并保溫60min，使其充分熔化，并保證成份恒定。離心轉速分別為2700rpm，3000rpm和3300rpm。待金屬加熱到指定溫度，轉速達到預定轉速后，立即把熔融的金屬注入帶有金屬鑄型的石墨模具中。第四步，取出金屬鑄型。待冷卻到室溫，打開金屬鑄型，取出微拉伸工件。

■

圖2模具內工件示意圖

3 試驗結果

本試驗制備的工件屬于微尺度拉伸件，長度為4mm，最小寬度為0.2mm，最小厚度為100μm。通過模具預熱溫度280℃，離心系統轉速達到3300rpm，把溫度為440℃液態金屬澆入旋轉模具中，制備的工件如圖3所示。

由圖3中可以看出，厚度為300μm拉伸件成形一部分，長度達到3mm，厚度為200μm，拉伸件成形長度也達到2.5mm，而厚度為100μm拉伸件幾乎沒有成形。

4 結論

金屬型微精密鑄造工藝在模具預熱溫度280℃，離心轉速3300rpm，澆鑄溫度為440℃的工藝條件下，300μm厚拉伸件成形長度3mm，200μm厚拉伸件成形長度2.5mm，而100μm厚拉伸件沒有成形。3個工件都沒有完全成形，由此，金屬型微精密鑄造工藝的成形能力亟待提高，各工藝參數還有待進一步改進。

參考文獻：

[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，翟啟杰.微鑄造技術[J].現代鑄鐵，2004，24(2)：1-3.

[6]李邦盛，任明星，傅恒志.微精密鑄造工藝研究進展[J].鑄造，2007，56(7)：673-678.

[7]楊闖.微熔模精鑄過程微尺度成形及充型流動規律研究[D].哈爾濱工業大學，2010:90.

基金項目：黑龍江工程學院大學生創新創業訓練計劃項目資助

（201311802090）。

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摘要：本文基于微鑄造工藝，采用金屬型模具，以鋅合金(Zn-

Al-Cu)為研究材料，應用離心鑄造方法制備微尺度拉伸工件。微尺度拉伸工件長度4mm，最小寬度為0.2mm，最小厚度為100μm。最終3個微尺度拉伸工件都沒有完全成形，據此，金屬型微精密鑄造工藝的成形能力亟待提高，各工藝參數還有待進一步改進。

關鍵詞：微精密鑄造金屬型鋅合金

1 概述

現代社會業已進入了科學與技術高速發展的全新階段，傳統的鑄造方法已不能夠滿足高精密的快速材料制備領域，新型鑄造方法逐漸嶄露頭角。微鑄造工藝作為一種新型技術，發展時間較短。最早由德國卡爾斯魯厄研究中心開發[1-4]，該工藝不僅可以滿足尺寸精度要求，且可以極大地改善鑄件質量，同時可實現工件快速制造，它的出現彌補了現有鑄造方法的不足。國內對于微鑄造的研究尚屬于起步階段，上海大學[5]，哈爾濱工業大學[6]都對該工藝進行過相關研究，但都沒有達到理想的效果，要達到實用化目的還有很長的路要走。

本論文基于微鑄造工藝，應用自行設計的金屬型模具，采用離心鑄造技術制備微尺度合金拉伸件，進而確定離心金屬型微精密鑄造工藝。

2 試驗材料及方法

2.1 試驗材料及設備

本試驗材料采用鋅合金(Zn-Al-Cu)合金，合金成份如表1所示。該合金作為常用的工業壓鑄合金，具有良好的鑄造性能及優異的綜合性能。

表1試驗中鋅合金實際成份

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試驗設備采用改裝的液態金屬離心微成形系統，如圖1所示[7]。

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圖1液態金屬離心微成形系統示意圖[7]

2.2 試驗方法

基于微鑄造的工藝，本文采用離心鑄造的方法，即將液態金屬澆入旋轉的鑄型里，在離心力作用下充型并凝固成鑄件的鑄造方法。

本試驗采用的微精密鑄造工藝可以分成幾步：第一

步，金屬鑄型的加工。如圖1中所示，工件最終在圖1中D，即金屬型中成形。為了研究微精密鑄造工藝，金屬模具設計有三個微拉伸工件，示意圖如圖2所示。其中三種不同厚度的微拉伸工件，分別為100μm、200μm和300μm，工件尺寸如圖2所示。第二步，模具安裝。將金屬鑄型裝入石墨模具中，安裝好模具，對模具進行預熱，預熱溫度為280℃。第三步，液態金屬離心澆注過程。鋅合金放入陶瓷坩堝，通過電阻爐加熱熔化，加熱溫度為440℃，并保溫60min，使其充分熔化，并保證成份恒定。離心轉速分別為2700rpm，3000rpm和3300rpm。待金屬加熱到指定溫度，轉速達到預定轉速后，立即把熔融的金屬注入帶有金屬鑄型的石墨模具中。第四步，取出金屬鑄型。待冷卻到室溫，打開金屬鑄型，取出微拉伸工件。

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圖2模具內工件示意圖

3 試驗結果

本試驗制備的工件屬于微尺度拉伸件，長度為4mm，最小寬度為0.2mm，最小厚度為100μm。通過模具預熱溫度280℃，離心系統轉速達到3300rpm，把溫度為440℃液態金屬澆入旋轉模具中，制備的工件如圖3所示。

由圖3中可以看出，厚度為300μm拉伸件成形一部分，長度達到3mm，厚度為200μm，拉伸件成形長度也達到2.5mm，而厚度為100μm拉伸件幾乎沒有成形。

4 結論

金屬型微精密鑄造工藝在模具預熱溫度280℃，離心轉速3300rpm，澆鑄溫度為440℃的工藝條件下，300μm厚拉伸件成形長度3mm，200μm厚拉伸件成形長度2.5mm，而100μm厚拉伸件沒有成形。3個工件都沒有完全成形，由此，金屬型微精密鑄造工藝的成形能力亟待提高，各工藝參數還有待進一步改進。

參考文獻：

[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，翟啟杰.微鑄造技術[J].現代鑄鐵，2004，24(2)：1-3.

[6]李邦盛，任明星，傅恒志.微精密鑄造工藝研究進展[J].鑄造，2007，56(7)：673-678.

[7]楊闖.微熔模精鑄過程微尺度成形及充型流動規律研究[D].哈爾濱工業大學，2010:90.

基金項目：黑龍江工程學院大學生創新創業訓練計劃項目資助

（201311802090）。

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摘要：本文基于微鑄造工藝，采用金屬型模具，以鋅合金(Zn-

Al-Cu)為研究材料，應用離心鑄造方法制備微尺度拉伸工件。微尺度拉伸工件長度4mm，最小寬度為0.2mm，最小厚度為100μm。最終3個微尺度拉伸工件都沒有完全成形，據此，金屬型微精密鑄造工藝的成形能力亟待提高，各工藝參數還有待進一步改進。

關鍵詞：微精密鑄造金屬型鋅合金

1 概述

現代社會業已進入了科學與技術高速發展的全新階段，傳統的鑄造方法已不能夠滿足高精密的快速材料制備領域，新型鑄造方法逐漸嶄露頭角。微鑄造工藝作為一種新型技術，發展時間較短。最早由德國卡爾斯魯厄研究中心開發[1-4]，該工藝不僅可以滿足尺寸精度要求，且可以極大地改善鑄件質量，同時可實現工件快速制造，它的出現彌補了現有鑄造方法的不足。國內對于微鑄造的研究尚屬于起步階段，上海大學[5]，哈爾濱工業大學[6]都對該工藝進行過相關研究，但都沒有達到理想的效果，要達到實用化目的還有很長的路要走。

本論文基于微鑄造工藝，應用自行設計的金屬型模具，采用離心鑄造技術制備微尺度合金拉伸件，進而確定離心金屬型微精密鑄造工藝。

2 試驗材料及方法

2.1 試驗材料及設備

本試驗材料采用鋅合金(Zn-Al-Cu)合金，合金成份如表1所示。該合金作為常用的工業壓鑄合金，具有良好的鑄造性能及優異的綜合性能。

表1試驗中鋅合金實際成份

■

試驗設備采用改裝的液態金屬離心微成形系統，如圖1所示[7]。

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圖1液態金屬離心微成形系統示意圖[7]

2.2 試驗方法

基于微鑄造的工藝，本文采用離心鑄造的方法，即將液態金屬澆入旋轉的鑄型里，在離心力作用下充型并凝固成鑄件的鑄造方法。

本試驗采用的微精密鑄造工藝可以分成幾步：第一

步，金屬鑄型的加工。如圖1中所示，工件最終在圖1中D，即金屬型中成形。為了研究微精密鑄造工藝，金屬模具設計有三個微拉伸工件，示意圖如圖2所示。其中三種不同厚度的微拉伸工件，分別為100μm、200μm和300μm，工件尺寸如圖2所示。第二步，模具安裝。將金屬鑄型裝入石墨模具中，安裝好模具，對模具進行預熱，預熱溫度為280℃。第三步，液態金屬離心澆注過程。鋅合金放入陶瓷坩堝，通過電阻爐加熱熔化，加熱溫度為440℃，并保溫60min，使其充分熔化，并保證成份恒定。離心轉速分別為2700rpm，3000rpm和3300rpm。待金屬加熱到指定溫度，轉速達到預定轉速后，立即把熔融的金屬注入帶有金屬鑄型的石墨模具中。第四步，取出金屬鑄型。待冷卻到室溫，打開金屬鑄型，取出微拉伸工件。

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圖2模具內工件示意圖

3 試驗結果

本試驗制備的工件屬于微尺度拉伸件，長度為4mm，最小寬度為0.2mm，最小厚度為100μm。通過模具預熱溫度280℃，離心系統轉速達到3300rpm，把溫度為440℃液態金屬澆入旋轉模具中，制備的工件如圖3所示。

由圖3中可以看出，厚度為300μm拉伸件成形一部分，長度達到3mm，厚度為200μm，拉伸件成形長度也達到2.5mm，而厚度為100μm拉伸件幾乎沒有成形。

4 結論

金屬型微精密鑄造工藝在模具預熱溫度280℃，離心轉速3300rpm，澆鑄溫度為440℃的工藝條件下，300μm厚拉伸件成形長度3mm，200μm厚拉伸件成形長度2.5mm，而100μm厚拉伸件沒有成形。3個工件都沒有完全成形，由此，金屬型微精密鑄造工藝的成形能力亟待提高，各工藝參數還有待進一步改進。

參考文獻：

[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，翟啟杰.微鑄造技術[J].現代鑄鐵，2004，24(2)：1-3.

[6]李邦盛，任明星，傅恒志.微精密鑄造工藝研究進展[J].鑄造，2007，56(7)：673-678.

[7]楊闖.微熔模精鑄過程微尺度成形及充型流動規律研究[D].哈爾濱工業大學，2010:90.

基金項目：黑龍江工程學院大學生創新創業訓練計劃項目資助

（201311802090）。

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