基于增材制造技术的钛合金直齿面齿轮快速精铸工艺研究

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文档主要内容

文档类型：论文
适配人群：从事钛合金精密铸造、增材制造、航空航天材料研发的工程师、科研人员及高校相关专业师生。

文档可解决的实际问题：针对钛合金直齿面齿轮传统减材加工中刀具磨损严重、工艺成本高的问题，提出基于熔模精铸的增材制造方案，并重点攻克型壳材料与钛合金液高温反应的技术难点，为低成本、高质量生产提供理论依据与材料选择参考。
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基于增材制造技术的钛合金直齿面齿轮快速精铸工艺研究，聚焦于熔模精铸方法在钛合金齿轮制造中的应用。钛合金因重量轻、强度高、耐高温及化学稳定性优异，成为航天领域直齿面齿轮的理想材料。然而，传统减材加工难以应对钛合金的高硬度与高强度，导致刀具损耗大、工艺复杂。熔模精铸作为一种增材制造技术，可有效降低生产成本，但钛合金液在熔融状态下活性极高，易与常规型壳材料发生剧烈反应，因此型壳材料的选择成为技术核心与创新突破点。

研究选用Ti-6Al-4V钛铝基合金作为齿轮材料，该合金综合性能满足当前工业需求。型壳材料由耐火材料、粘结剂及附加物组成。在耐火材料方面，石墨材料虽常用，但对纯度和密度要求苛刻，且热稳定性有限，超过温度阈值会与钛合金液剧烈反应；难熔金属粉料在脱蜡过程中易沉积，浇铸时同样引发反应，并存在氧化问题。因此，研究选用低成本氧化物陶瓷材料，其中安定氧化锆（ZrO₂）表现突出：其热膨胀率小且均匀，焙烧时热稳定性好，不发生胀壳；高温灼减量小于1.5%，强度大，化学稳定性优异，且生产工艺简单、成本低廉。对比其他常见材料（如氧化铝、氧化镁、熔融石英等），安定氧化锆在1400℃至1800℃范围内反应微弱或仅轻微反应，远优于同类材料。

粘结剂的作用是粘结耐火材料并保证型壳脱蜡焙烧后的强度，其选择需兼顾高温稳定性与长期可靠性。本文未详细展开粘结剂配方，但强调其技术指标直接影响型壳质量。

核心结论：采用安定氧化锆作为耐火材料，可有效解决钛合金熔模精铸中型壳与金属液反应的技术难题，为Ti-6Al-4V直齿面齿轮的快速精铸提供可行方案。该工艺不仅降低生产成本，还拓展了钛合金在精密齿轮制造中的应用前景，对航天、高端装备等领域具有重要参考价值。