金属型微精密铸造工艺的研究

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）。

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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

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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]。

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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。

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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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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。

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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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