陳勇

(江蘇振華泵業(yè)制造有限公司,江蘇泰州 225500)

基于快速成型技術(shù)的機(jī)械鑄造生產(chǎn)研究

陳勇

(江蘇振華泵業(yè)制造有限公司,江蘇泰州 225500)

基于計(jì)算機(jī)技術(shù)和材料技術(shù)的快速成型技術(shù)是當(dāng)前國(guó)際上最新的高科技技術(shù),該技術(shù)徹底脫離了傳統(tǒng)機(jī)械加工技術(shù)的藩籬,通過(guò)CAD獲得零件的幾何信息,然后控制三維數(shù)控成型系統(tǒng),然后通過(guò)激光束或者其他措施將原材料轉(zhuǎn)化成零件。采用這種技術(shù)進(jìn)行成型加工,有效提升了加工性能,同時(shí)也能夠提升生產(chǎn)效率。

快速成型 機(jī)械鑄造 應(yīng)用

1 快速成型技術(shù)的基本原理分析

快速成型技術(shù)的基礎(chǔ)還是建立在傳統(tǒng)機(jī)械加工技術(shù)之上，不過(guò)快速成型技術(shù)卻脫離了傳統(tǒng)機(jī)械加工的工作模式，通過(guò)CAD輔助設(shè)計(jì)軟件獲得零件的幾何信息，然后通過(guò)操控三維數(shù)控系統(tǒng)，并采用激光等措施將材料加工成零件。利用快速成型技術(shù)，能夠有效節(jié)省模具費(fèi)用，同時(shí)也能夠最大限度的提升生產(chǎn)效率，提高零件的質(zhì)量。這種技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)前先進(jìn)制造技術(shù)的重要構(gòu)成，有效突破了傳統(tǒng)加工制造技術(shù)的藩籬，從而推動(dòng)了當(dāng)前制造工藝的快速發(fā)展。這種技術(shù)的基本原理就是通過(guò)三維技術(shù)將平面性的材料通過(guò)激光等措施，實(shí)現(xiàn)原子級(jí)別的材料疊加，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)立體的零件。所以在分解這些三維零件時(shí)，首先分析這些零件的平面幾何信息，然后通過(guò)熔接及粘連的方式，將材料組裝成立體的零件。

2 快速成型技術(shù)的主要方法介紹

當(dāng)前快速成型加工技術(shù)的主要方法有下面幾種：立體平板印刷法以及激光分層燒結(jié)法和光掩膜法、陶瓷殼法等。方法的不同，相關(guān)的工藝也會(huì)存在著明顯區(qū)別，不過(guò)這些工藝的具體流程卻非常類似。上面提到的不少快速成型方法有的還在研究階段，不過(guò)有的已經(jīng)進(jìn)入到實(shí)用階段。立體平板印刷法這種快速成型技術(shù)就已經(jīng)比較成熟，并且在市場(chǎng)中已經(jīng)獲得很大的市場(chǎng)份額。

3 快速成型技術(shù)在機(jī)械鑄造上的應(yīng)用分析

3.1 直接鑄造法

直接鑄造法的重要特點(diǎn)就是一步成型。中間不需要經(jīng)過(guò)熔接或者其他的拼接方式。一般通過(guò)金屬澆鑄的方式獲得金屬零件。在這個(gè)過(guò)程中因?yàn)榻饘倭慵恍枰渌螤畹母淖儯跃捅环Q作直接鑄造法。不過(guò)這種方法基本上用于相對(duì)簡(jiǎn)單的零件鑄造。直接鑄造法又包括了兩種模式：

第一，直接殼型鑄造法。這種鑄造方法是通過(guò)激光對(duì)反應(yīng)性樹(shù)脂包覆的陶瓷粉進(jìn)行燒結(jié)，在這個(gè)過(guò)程中激光在燒結(jié)的過(guò)程中具有一定的選擇性，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)一次性鑄造出殼型物件。實(shí)現(xiàn)這個(gè)方法，首先要在輔助設(shè)計(jì)軟件中，將零件模型轉(zhuǎn)化成殼型，然后再設(shè)置澆注系統(tǒng)。其中殼型厚度通?？梢赃x擇5到10毫米之間。在使用激光燒結(jié)時(shí)，對(duì)非零件材料進(jìn)行選擇燒結(jié)，而零件的部分就依然還是粉末狀態(tài)。當(dāng)燒結(jié)完畢后，對(duì)剩下來(lái)的部分進(jìn)行固化，就能夠獲得殼型。然后再向這個(gè)殼型物體里面進(jìn)行澆筑，就能夠獲得金屬零件。采用這種方式顯然會(huì)節(jié)省很多傳統(tǒng)的處理過(guò)程，比如模具設(shè)計(jì)和制造等，所以能夠有效提升零件的加工速度。但是這種工藝也存在著一些缺陷，那就是這種澆筑方式構(gòu)造的零件，其表面粗糙度較高。因此該技術(shù)方法的關(guān)鍵點(diǎn)就是有關(guān)殼型厚度的選擇，固化工藝及優(yōu)化表面粗糙度等方面。

第二，直接制模鑄造法。這種方法不是選擇性燒結(jié)，而是通過(guò)粘結(jié)劑進(jìn)行選擇性粘結(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)。具體方法是通過(guò)輔助設(shè)計(jì)軟件將零件轉(zhuǎn)換成模殼，然后采用熔模鑄造的方式來(lái)進(jìn)行零件加工。在這個(gè)過(guò)程中熔模鑄造無(wú)疑是其中最為核心的部分，而且這種工藝具有環(huán)保型和柔性等特征，而且對(duì)于任何復(fù)雜的零件外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)都能夠精準(zhǔn)制造。采用這種工藝制造也可以直接選擇制造用砂，由此獲得砂型模型，然后通過(guò)澆筑就能夠獲得金屬零件。當(dāng)前這種方法主要應(yīng)用在尺寸大且復(fù)雜的零件鑄造上。

3.2 一次轉(zhuǎn)制法

一次轉(zhuǎn)制法顧名思義就是通過(guò)快速成型之后，還需要進(jìn)一步和其他制造工藝進(jìn)行融合，從而獲得最終的產(chǎn)品。通常是將快速成型技術(shù)進(jìn)行母模制造，然后通過(guò)砂型鑄造、熔模鑄造以及真空鑄造等不同工藝進(jìn)行結(jié)合，從而獲得最終的金屬零件。該工藝通常適用于小批量零件或者是單件的生產(chǎn)。下面就對(duì)幾種不同的方法進(jìn)行闡述。

第一，砂型鑄造用模的快速成型技術(shù)。首先選擇樹(shù)脂材料通過(guò)快速成型技術(shù)制成模樣，然后再通過(guò)噴涂或者鍍金的方式，獲得更加精準(zhǔn)的原型。接著就能夠?qū)⒃撛湍影惭b到芯盒或者是模板上進(jìn)行生產(chǎn)加工。具體的步驟是：首先要用專業(yè)輔助軟件對(duì)加工的零件設(shè)置一定的余量以及起模斜度和圓角等。然后將這些幾何數(shù)據(jù)傳入到系統(tǒng)中，就能夠獲得相應(yīng)的經(jīng)過(guò)少許修改的零件模樣。然后將這些模樣進(jìn)行拼接形成模板，如果模樣很大，也可以采用分模塊制作，最后進(jìn)行拼裝形成一個(gè)完整的原型模樣。通常模樣的背面可以設(shè)計(jì)成蜂窩狀結(jié)構(gòu)，而這種結(jié)構(gòu)一方面能夠減少材料的使用，另一方面還能夠節(jié)省上機(jī)時(shí)間。而蜂窩狀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要針對(duì)模型的承壓標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，另外為了有效提升模型的耐磨性能，還需要在表面上進(jìn)行鋁合金的電鍍，或者噴涂特氟隆塑料。

第二，鑄造熔?？焖俪尚图夹g(shù)。這種技術(shù)是通過(guò)輔助設(shè)計(jì)軟件和三維成型設(shè)備快速制造陶瓷殼，這能夠有效節(jié)省熔模鑄造制的時(shí)間，比如蠟?zāi)：蛪盒偷裙ば蚨伎梢允÷?。而且這種陶瓷殼模型還能夠徹底忽略蠟?zāi)Ｗ冃蔚囊蛩?，所以能夠提升零件的精度，而且還可以生產(chǎn)處中空零件。

第三，鑄造消失?？焖俪尚图夹g(shù)。這種工藝主要是通過(guò)立體印刷SLA以及融積成型FDM等方式形成的樹(shù)脂以及熱塑性材料進(jìn)行快速成型。然后將成型的模樣涂上耐火材料，并放置在密封且充滿砂的箱體中。然后將箱體的空氣抽取，形成真空環(huán)境，這樣就能夠讓砂型變得更加緊密。此時(shí)將融化的金屬通過(guò)特殊的澆筑口將其注入到砂型中，然后將模樣燒掉，于是就能夠獲得金屬零件。如果傳統(tǒng)的燒除模樣方法效果較差，所以通過(guò)選擇性的激光燒結(jié)模式，并選擇PMMA粉末來(lái)構(gòu)造模樣，就能夠有效規(guī)避燒除模樣可能留下的灰跡。

3.3 二次轉(zhuǎn)制法

這種方法的核心是：首先通過(guò)快速成型技術(shù)構(gòu)造原型模，可以選擇蠟、硅橡膠以及環(huán)氧樹(shù)脂等材料創(chuàng)建軟模具，然后將軟模具和熔模鑄造、陶瓷型鑄造機(jī)涂料轉(zhuǎn)移法等其他精密鑄造工藝相結(jié)合并獲得精密度較高的金屬零件。因?yàn)檫@種工藝需要經(jīng)過(guò)二次或者以上的轉(zhuǎn)換，所以被稱作二次轉(zhuǎn)制法。該方法通?？梢赃M(jìn)行批量零件的鑄造。而技術(shù)核心就在于尺寸進(jìn)度及表面粗糙度的處理。

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