基于快速成型技術的機械鑄造生產研究

陳勇

(江蘇振華泵業制造有限公司,江蘇泰州 225500)

基于快速成型技術的機械鑄造生產研究

陳勇

(江蘇振華泵業制造有限公司,江蘇泰州 225500)

基于計算機技術和材料技術的快速成型技術是當前國際上最新的高科技技術,該技術徹底脫離了傳統機械加工技術的藩籬,通過CAD獲得零件的幾何信息,然后控制三維數控成型系統,然后通過激光束或者其他措施將原材料轉化成零件。采用這種技術進行成型加工,有效提升了加工性能,同時也能夠提升生產效率。

快速成型 機械鑄造 應用

1 快速成型技術的基本原理分析

快速成型技術的基礎還是建立在傳統機械加工技術之上，不過快速成型技術卻脫離了傳統機械加工的工作模式，通過CAD輔助設計軟件獲得零件的幾何信息，然后通過操控三維數控系統，并采用激光等措施將材料加工成零件。利用快速成型技術，能夠有效節省模具費用，同時也能夠最大限度的提升生產效率，提高零件的質量。這種技術已經成為當前先進制造技術的重要構成，有效突破了傳統加工制造技術的藩籬，從而推動了當前制造工藝的快速發展。這種技術的基本原理就是通過三維技術將平面性的材料通過激光等措施，實現原子級別的材料疊加，進而實現立體的零件。所以在分解這些三維零件時，首先分析這些零件的平面幾何信息，然后通過熔接及粘連的方式，將材料組裝成立體的零件。

2 快速成型技術的主要方法介紹

當前快速成型加工技術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法和光掩膜法、陶瓷殼法等。方法的不同，相關的工藝也會存在著明顯區別，不過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，不過有的已經進入到實用階段。立體平板印刷法這種快速成型技術就已經比較成熟，并且在市場中已經獲得很大的市場份額。

3 快速成型技術在機械鑄造上的應用分析

3.1 直接鑄造法

直接鑄造法的重要特點就是一步成型。中間不需要經過熔接或者其他的拼接方式。一般通過金屬澆鑄的方式獲得金屬零件。在這個過程中因為金屬零件不需要其他形狀的改變，所以就被稱作直接鑄造法。不過這種方法基本上用于相對簡單的零件鑄造。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激光對反應性樹脂包覆的陶瓷粉進行燒結，在這個過程中激光在燒結的過程中具有一定的選擇性，這樣就能夠實現一次性鑄造出殼型物件。實現這個方法，首先要在輔助設計軟件中，將零件模型轉化成殼型，然后再設置澆注系統。其中殼型厚度通常可以選擇5到10毫米之間。在使用激光燒結時，對非零件材料進行選擇燒結，而零件的部分就依然還是粉末狀態。當燒結完畢后，對剩下來的部分進行固化，就能夠獲得殼型。然后再向這個殼型物體里面進行澆筑，就能夠獲得金屬零件。采用這種方式顯然會節省很多傳統的處理過程，比如模具設計和制造等，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造的零件，其表面粗糙度較高。因此該技術方法的關鍵點就是有關殼型厚度的選擇，固化工藝及優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，而是通過粘結劑進行選擇性粘結來實現。具體方法是通過輔助設計軟件將零件轉換成模殼，然后采用熔模鑄造的方式來進行零件加工。在這個過程中熔模鑄造無疑是其中最為核心的部分，而且這種工藝具有環保型和柔性等特征，而且對于任何復雜的零件外形和內部結構都能夠精準制造。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，然后通過澆筑就能夠獲得金屬零件。當前這種方法主要應用在尺寸大且復雜的零件鑄造上。

3.2 一次轉制法

一次轉制法顧名思義就是通過快速成型之后，還需要進一步和其他制造工藝進行融合，從而獲得最終的產品。通常是將快速成型技術進行母模制造，然后通過砂型鑄造、熔模鑄造以及真空鑄造等不同工藝進行結合，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。下面就對幾種不同的方法進行闡述。

第一，砂型鑄造用模的快速成型技術。首先選擇樹脂材料通過快速成型技術制成模樣，然后再通過噴涂或者鍍金的方式，獲得更加精準的原型。接著就能夠將該原型模樣安裝到芯盒或者是模板上進行生產加工。具體的步驟是：首先要用專業輔助軟件對加工的零件設置一定的余量以及起模斜度和圓角等。然后將這些幾何數據傳入到系統中，就能夠獲得相應的經過少許修改的零件模樣。然后將這些模樣進行拼接形成模板，如果模樣很大，也可以采用分模塊制作，最后進行拼裝形成一個完整的原型模樣。通常模樣的背面可以設計成蜂窩狀結構，而這種結構一方面能夠減少材料的使用，另一方面還能夠節省上機時間。而蜂窩狀的結構設計要針對模型的承壓標準進行設計，另外為了有效提升模型的耐磨性能，還需要在表面上進行鋁合金的電鍍，或者噴涂特氟隆塑料。

第二，鑄造熔模快速成型技術。這種技術是通過輔助設計軟件和三維成型設備快速制造陶瓷殼，這能夠有效節省熔模鑄造制的時間，比如蠟模和壓型等工序都可以省略。而且這種陶瓷殼模型還能夠徹底忽略蠟模變形的因素，所以能夠提升零件的精度，而且還可以生產處中空零件。

第三，鑄造消失模快速成型技術。這種工藝主要是通過立體印刷SLA以及融積成型FDM等方式形成的樹脂以及熱塑性材料進行快速成型。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，形成真空環境，這樣就能夠讓砂型變得更加緊密。此時將融化的金屬通過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。如果傳統的燒除模樣方法效果較差，所以通過選擇性的激光燒結模式，并選擇PMMA粉末來構造模樣，就能夠有效規避燒除模樣可能留下的灰跡。

3.3 二次轉制法

這種方法的核心是：首先通過快速成型技術構造原型模，可以選擇蠟、硅橡膠以及環氧樹脂等材料創建軟模具，然后將軟模具和熔模鑄造、陶瓷型鑄造機涂料轉移法等其他精密鑄造工藝相結合并獲得精密度較高的金屬零件。因為這種工藝需要經過二次或者以上的轉換，所以被稱作二次轉制法。該方法通常可以進行批量零件的鑄造。而技術核心就在于尺寸進度及表面粗糙度的處理。

[1]張文兵,嚴美寧,婁占軍.模具零件快速成型制造的實現與應用[J].北京工業職業技術學院學報,2014(01).

[2]張鈞.快速成型技術在集成制造及微機械制造中的應用[J].裝備制造技術,2014(01).

[3]閆玉蕾.快速成型技術在模具設計與制造中的應用[J].職教研究, 2014(03).