基于快速成型技术的机械铸造生产研究

陈勇

(江苏振华泵业制造有限公司,江苏泰州 225500)

基于快速成型技术的机械铸造生产研究

陈勇

(江苏振华泵业制造有限公司,江苏泰州 225500)

基于计算机技术和材料技术的快速成型技术是当前国际上最新的高科技技术,该技术彻底脱离了传统机械加工技术的藩篱,通过CAD获得零件的几何信息,然后控制三维数控成型系统,然后通过激光束或者其他措施将原材料转化成零件。采用这种技术进行成型加工,有效提升了加工性能,同时也能够提升生产效率。

快速成型 机械铸造 应用

1 快速成型技术的基本原理分析

快速成型技术的基础还是建立在传统机械加工技术之上，不过快速成型技术却脱离了传统机械加工的工作模式，通过CAD辅助设计软件获得零件的几何信息，然后通过操控三维数控系统，并采用激光等措施将材料加工成零件。利用快速成型技术，能够有效节省模具费用，同时也能够最大限度的提升生产效率，提高零件的质量。这种技术已经成为当前先进制造技术的重要构成，有效突破了传统加工制造技术的藩篱，从而推动了当前制造工艺的快速发展。这种技术的基本原理就是通过三维技术将平面性的材料通过激光等措施，实现原子级别的材料叠加，进而实现立体的零件。所以在分解这些三维零件时，首先分析这些零件的平面几何信息，然后通过熔接及粘连的方式，将材料组装成立体的零件。

2 快速成型技术的主要方法介绍

当前快速成型加工技术的主要方法有下面几种：立体平板印刷法以及激光分层烧结法和光掩膜法、陶瓷壳法等。方法的不同，相关的工艺也会存在着明显区别，不过这些工艺的具体流程却非常类似。上面提到的不少快速成型方法有的还在研究阶段，不过有的已经进入到实用阶段。立体平板印刷法这种快速成型技术就已经比较成熟，并且在市场中已经获得很大的市场份额。

3 快速成型技术在机械铸造上的应用分析

3.1 直接铸造法

直接铸造法的重要特点就是一步成型。中间不需要经过熔接或者其他的拼接方式。一般通过金属浇铸的方式获得金属零件。在这个过程中因为金属零件不需要其他形状的改变，所以就被称作直接铸造法。不过这种方法基本上用于相对简单的零件铸造。直接铸造法又包括了两种模式：

第一，直接壳型铸造法。这种铸造方法是通过激光对反应性树脂包覆的陶瓷粉进行烧结，在这个过程中激光在烧结的过程中具有一定的选择性，这样就能够实现一次性铸造出壳型物件。实现这个方法，首先要在辅助设计软件中，将零件模型转化成壳型，然后再设置浇注系统。其中壳型厚度通常可以选择5到10毫米之间。在使用激光烧结时，对非零件材料进行选择烧结，而零件的部分就依然还是粉末状态。当烧结完毕后，对剩下来的部分进行固化，就能够获得壳型。然后再向这个壳型物体里面进行浇筑，就能够获得金属零件。采用这种方式显然会节省很多传统的处理过程，比如模具设计和制造等，所以能够有效提升零件的加工速度。但是这种工艺也存在着一些缺陷，那就是这种浇筑方式构造的零件，其表面粗糙度较高。因此该技术方法的关键点就是有关壳型厚度的选择，固化工艺及优化表面粗糙度等方面。

第二，直接制模铸造法。这种方法不是选择性烧结，而是通过粘结剂进行选择性粘结来实现。具体方法是通过辅助设计软件将零件转换成模壳，然后采用熔模铸造的方式来进行零件加工。在这个过程中熔模铸造无疑是其中最为核心的部分，而且这种工艺具有环保型和柔性等特征，而且对于任何复杂的零件外形和内部结构都能够精准制造。采用这种工艺制造也可以直接选择制造用砂，由此获得砂型模型，然后通过浇筑就能够获得金属零件。当前这种方法主要应用在尺寸大且复杂的零件铸造上。

3.2 一次转制法

一次转制法顾名思义就是通过快速成型之后，还需要进一步和其他制造工艺进行融合，从而获得最终的产品。通常是将快速成型技术进行母模制造，然后通过砂型铸造、熔模铸造以及真空铸造等不同工艺进行结合，从而获得最终的金属零件。该工艺通常适用于小批量零件或者是单件的生产。下面就对几种不同的方法进行阐述。

第一，砂型铸造用模的快速成型技术。首先选择树脂材料通过快速成型技术制成模样，然后再通过喷涂或者镀金的方式，获得更加精准的原型。接着就能够将该原型模样安装到芯盒或者是模板上进行生产加工。具体的步骤是：首先要用专业辅助软件对加工的零件设置一定的余量以及起模斜度和圆角等。然后将这些几何数据传入到系统中，就能够获得相应的经过少许修改的零件模样。然后将这些模样进行拼接形成模板，如果模样很大，也可以采用分模块制作，最后进行拼装形成一个完整的原型模样。通常模样的背面可以设计成蜂窝状结构，而这种结构一方面能够减少材料的使用，另一方面还能够节省上机时间。而蜂窝状的结构设计要针对模型的承压标准进行设计，另外为了有效提升模型的耐磨性能，还需要在表面上进行铝合金的电镀，或者喷涂特氟隆塑料。

第二，铸造熔模快速成型技术。这种技术是通过辅助设计软件和三维成型设备快速制造陶瓷壳，这能够有效节省熔模铸造制的时间，比如蜡模和压型等工序都可以省略。而且这种陶瓷壳模型还能够彻底忽略蜡模变形的因素，所以能够提升零件的精度，而且还可以生产处中空零件。

第三，铸造消失模快速成型技术。这种工艺主要是通过立体印刷SLA以及融积成型FDM等方式形成的树脂以及热塑性材料进行快速成型。然后将成型的模样涂上耐火材料，并放置在密封且充满砂的箱体中。然后将箱体的空气抽取，形成真空环境，这样就能够让砂型变得更加紧密。此时将融化的金属通过特殊的浇筑口将其注入到砂型中，然后将模样烧掉，于是就能够获得金属零件。如果传统的烧除模样方法效果较差，所以通过选择性的激光烧结模式，并选择PMMA粉末来构造模样，就能够有效规避烧除模样可能留下的灰迹。

3.3 二次转制法

这种方法的核心是：首先通过快速成型技术构造原型模，可以选择蜡、硅橡胶以及环氧树脂等材料创建软模具，然后将软模具和熔模铸造、陶瓷型铸造机涂料转移法等其他精密铸造工艺相结合并获得精密度较高的金属零件。因为这种工艺需要经过二次或者以上的转换，所以被称作二次转制法。该方法通常可以进行批量零件的铸造。而技术核心就在于尺寸进度及表面粗糙度的处理。

[1]张文兵,严美宁,娄占军.模具零件快速成型制造的实现与应用[J].北京工业职业技术学院学报,2014(01).

[2]张钧.快速成型技术在集成制造及微机械制造中的应用[J].装备制造技术,2014(01).

[3]闫玉蕾.快速成型技术在模具设计与制造中的应用[J].职教研究, 2014(03).