[00738892]高性能复杂零件的增材/铸造复合整体成形技术及应用

整体铸造成形是航空航天、汽车等领域关键零部件制造的发展趋势。随着高性能化、轻量化要求的不断提高，零部件结构越来越复杂，传统模具制造工艺难以甚至无法整体制造出其铸造成形所需的型(芯)，导致整体铸造无法实现。为此，该项目将激光选区烧结(Selective Laser Sintering，SLS)增材制造与整体铸造相结合，创建了高性能复杂零件的增材/铸造复合整体成形新工艺。通过采用SLS整体成形复杂熔模、砂型(芯)和陶瓷芯，并结合数值模拟调控整体铸造工艺，实现高性能复杂零件的整体铸造。该新工艺面临的主要技术难题是：同时满足SLS和铸造用熔模、砂型(芯)和陶瓷芯的材料难制备；SLS成形大尺寸熔模、砂型(芯)和陶瓷芯时精度与强度难保证；复杂零件铸造成形缺陷难控制。 在十余项国家和国际课题资助下，项目组经过十多年产学研攻关，解决了上述难题，建立了高性能复杂零件的增材/铸造复合整体成形成套技术。主要创新如下： 研发出以聚苯乙烯、宝珠砂、氧化铝为基体的新型熔模、覆膜砂和陶瓷芯粉末材料，同时满足了SLS成形和铸造工艺要求，为解决中国大尺寸复杂整体铸型(芯)的制造工艺瓶颈奠定了材料基础。 研制出大尺寸复杂零件四激光头SLS成形工艺，通过多激光头协同均衡扫描粉末烧结、自适应预热模糊控制，以及零件受控降温等创新方法，解决了大尺寸复杂件成形效率低、翘曲变形大、强度差的难题。 研发出复杂零件铸造充型凝固过程模拟仿真的工艺分析系统，通过对铸件缩孔缩松等缺陷的准确定量预测，建立了以缺陷定量预测数据为准则的优化策略与浇冒口工艺调控方法。 基于上述创新成果，获发明专利授权5项、软件著作权3项；发表论文83篇(SCI收录67篇)；出版专著教材6部；建立了14项整体铸造工艺规范和4项质量标准。中国机械工程联合会和中国机械工程学会联合组织的专家鉴定认为成果“总体技术达到国际先进水平，部分指标国际领先”。 用户达千余家，出口美国、俄罗斯、新加坡、巴西、马来西亚等国，仅10家用户统计，新增产值4.3亿余元。实现了航空航天、汽车等领域高性能复杂零件的快速整体成形，效果显著：成功用于多套型号航空发动机和飞机机体超过20种钛合金铸件的精密铸造，在中国首次整体铸造出外围尺寸1.2m的钛合金机匣；成功用于新一代运载发动机高温合金泵体的整体铸造，为新一代三型火箭和重型大运载发动机研制提供了坚实保证；成功用于汽车六缸发动机缸盖的整体铸造，将其开发周期由5个月左右缩短至20天以内，大幅提升了中国柴油发动机的自主研发能力。