快速成型技术在铸造模具制造中的应用研究

李盟 杜建州

摘 要：熔模铸造工艺在工业制造中发挥着重要作用，可生产出复杂的金属铸件，并具有表面质量好，成形精度高等优点，且生产出来的金属铸件性价比非常高。增材制造技术也是一种铸造技术，也可以生产出复杂形状的零部件，将增材制造技术与熔模铸造工艺相结合，充分发挥两种工艺的技术优势，可提高产品质量。

关键词：快速成型;铸造模具;应用研究

0 引言

铸件成型周期较长，工艺比较复杂，零件结构和尺寸的变化对模具的设计、生产形成有很大影响，传统铸造业难以满足市场需求。增材制造技术也称为3D打印技术，自问世以来，以高效率、高质量、高灵活性和低成本为特征，迅速引起了全世界的广泛关注[1]。突破现有制造工艺的束缚，将计算机3D设计、新技术和新材料融为一体的增材制造技术具有无模具、短周期、低小批量生产成本、降低制造复杂性等优点[2-3]。将选材制造技术与传统铸造技术相结合，提高铸造灵活性，缩短准备周期，提高生产效率，确保产品质量和准确性，确保产品使用性能，实现单件小批量生产，对现代铸造产业的发展和改革具有重要意义。本文介绍了增材制造技术的特点和工艺流程，并在此基础上讨论了砂芯增材制造技术在铸造行业中的优势和方法。

1 挤压铸造成型技术概述

挤压铸造成型技术已经历经了近100年时间的发展，其源自20世纪30年代的前苏联，挤压铸造成型技术要比压铸成型技术晚出现一个世纪左右。我国的挤压铸造成型技术发展比较晚，发展历程首先从一些高校与科研所展开相关理论方面的研究开始，对于铸造技术的工艺参数和模具等一边探索一边设计，慢慢设计一些新型产品。之后，我国开始步入挤压铸造成型技术快速发展阶段，尤其是间接铸造成型技术的开发和运用，使得我国的挤压铸造成型技术有了质的飞跃[1]。此前不能解决的金属铸件壁厚大的问题、造型复杂的难题等都得到了良好的解决，极大拓展了我国挤压铸造成型技术的应用范围。当前，我国的汽车行业领域发展趋势良好，运用挤压铸造成型技术可以生产质量更好的发动机变速箱金属零件，且汽车行业的发展也推动挤压铸造业的进步[2]。

2 挤压铸造成型技术在金属材料中的运用

2.1 镁合金挤压铸造成型技术探究

镁合金挤压铸造成型技术渐渐成为相关研究领域的重点内容。和铸造镁合金技术对比，镁合金挤压铸造技术具有更佳的力学性能。挤压铸造生产的镁合金产品的综合性能更佳，解决了铸造镁合金产品的组织缺陷问题，为性能需求更高及形状更复杂零件产品带来了机会。但由于我国的工艺水平有限，当前还没较为成熟的挤压铸造镁合金工艺技术，在现实制造过程当中出现了一些气泡或者裂纹的产品问题，且出现力学性能不够稳定的问题。伴随着现代科技的快速发展，由镁合金打造的高端精密仪器设备已在许多发达国家有了广泛的运用。

2.2 选择性激光烧结技术在熔模铸造工艺中的应用

在农机生产过程中，通过积极合理的选择性激光烧结技术的运用，可以准确的将需要生产制造的农机零件模型进行打印，并在下一阶段的生产中实施熔模铸造工艺，可以快速精确的生产出具有复杂性特点的农机构件。将选择性激光烧结工艺技术与熔模铸造工艺技术进行有效的结合，还可以将一些没有模具的农机构件进行快速制造，并对那些需要较高精确度的零件也能快速生产出来，提高了产品的生产效率。

2.3 三维印刷技术在熔模铸造工艺中的应用

将三维印刷技术与熔模铸造工艺技术进行结合，对农机零部件的铸造砂型进行直接的成型打印，有效提高了生产效率，减少了零部件的生产工序，在保证质量的同时实现绿色生产。将分层实体制造技术与熔模铸造工艺技术进行结合，可以对小型、结构复杂的浅腔模具进行高速、高质量的生产制造，对生产出来的农机零部件样件进行表面处理，可以有效提高其耐磨性、防潮性、强度等性能。与传统的生产技术相比，这种技术可以有效缩短生产所消耗的时间，提升了农机零部件的生产效率与质量，為农业生产奠定了良好的基础。

3 增材制造在模具精密铸造中的优势

传统的砂型铸造通常包括铸造工艺和模具设计、铸造模具制造、模具准备、合金熔体铸造、铸造处理和铸造检查等多个阶段。随着产品更换速度的加快，产品开发和试生产工艺，特别是复杂的零件产品，传统的砂型铸造模式逐渐显示出制造周期长、开发成本高、铸造产量低的问题，不适合快速设计和制造要求。特别的，传统的砂型模具制造中，砂型模具的精度极大程度的影响着成型铸件的精度。因而，为制造出高精度的模具，首先需要保证铸造模具的精度，传统铸造模具的单件小批量生产中，手工操作占据着很重要的部分，人为因素干扰很大，很难保证制作出来的铸造模具的精度，并且耗费大量时间。

3.1 模具生产的自动化与精确化

采用增材制造技术，操作者只需设计铸件的三维模型，而生产工作可由打印机完成。目前市场上普通的打印机已经可实现0.1mm的精度控制，而高端的打印机可控制精度在0.01mm以下。传统的砂型模具制备过程中，因为人为因素的干扰，即技术人员的熟练度不同，很难保证生产出来的铸造模具的精度。可见，采用增材制造的方法生产铸件相比于传统的铸造方法更具自动化与精确化，节省了人力，提高了精度。

3.2 生产过程的快速化

通过上述分析可知，采用增材制造技术，可以省去了制备母模所消耗的大量的时间。同样的，由于增材制造技术的应用，使得设计、生产和检验等各环节大幅度加快，工艺稳定性与结构适应性大幅度提升，最终缩短铸造周期，实现快速反应。

4 结束语

无论什么样的工艺技术都有着自身的优点和缺点，需要科技人员紧跟时代的发展需要。当前，我国还不能完全自主研发制造挤压铸造成型机器来满足行业需求，在极大程度上限制了我国挤压制造工艺的提升。所以，加大投入研发自主知识产权的挤压铸造成型设备和工艺是提升我国挤压铸造技能的有效方法。

参考文献：

[1]张汪年，邓宁，梁伟杰，王新海，康辉.快速成型技术在《模具制造工艺学》中应用[J].合成材料老化与应用，2015，44（06）：122-124.

[2]任志林.快速成形技术在铸造模具制造中的应用[J].山东工业技术，2015（22）：28.

[3]王爱阳.快速成型技术在塑料模具制造中的应用[J].塑料科技，2015，43（05）：95-99.