鑄造用模具快速成型工藝及性能研究

王闖

摘 要： 脆性材料主要通過鑄造工藝形成，模具應用質量影響了產品的最終質量。我國近年來逐步擴大鑄造市場的需求，一定程度推動其發(fā)展。傳統(tǒng)模具主要采取手工方法，質量缺乏穩(wěn)定性，操作時間較長，生產環(huán)境不佳，一定程度約束了模具的可持續(xù)發(fā)展。目前，隨著不斷加快的市場競爭，工業(yè)發(fā)展也體現出成本低、質量高、品種多的特點。在這一前提下產生了快速成型技術。本文針對這一工藝，提出其原理和應用方法，簡單分析了需要注意的問題。

關鍵詞： 鑄造模具;快速成型;工藝性能

鑄造是十分關鍵的技術，其應用在復雜零件材料中形成巨大的優(yōu)勢，但整體柔性不足。快速成型工藝在鑄造用模具中的融合應用，可以有效降低零部件的生產成本，提升生產水平，與市場發(fā)展需求高度相符。這項技術能夠為精密性鑄造工藝提供必需的蠟模，有效壓縮了制作傳統(tǒng)蠟模所需的時間，提升了柔性水平。

一、技術性能分析

在二十世紀八十年后期產生了快速成型技術，屬于全新的堆積制造材料工藝，也是制造行業(yè)取得的重大研究成績。其全面綜合了各個學科知識。可以自由、迅速和準確的改變設計思路使其轉變?yōu)榫邆湟欢ㄐ阅艿脑汀＿M一步為制作零件、檢驗設計思想等提供了一種成本低廉的實際手段。

其中選擇性激光燒結技術（SLA）根據分層疊加理論，由于計算機帶來的全面控制功能，通過激光能量燒結、逐層堆積粉末材料使其成形。首先，需要制作樣品三維模型，之后通過軟件獲得各個層次的處理加工數據，形成文件。燒結之前，科學設計各種工藝參數，在預先設定的溫度下加熱粉料提升至送粉缸，由于鋪粉棍的影響下在工作平臺上平鋪粉末，計算機控制形成的激光束對額定速率和功率截面輪廓有效掃描。掃描以后的粉末產生實體輪廓，而尚未掃描的部分則對下一粉末層提供支撐。當結束第一層掃描操作后，向下一分層成功轉移操作臺，有效抬高送粉設備順利實施鋪粉，直到產生掃描燒結，高度融合前后形成的實體片層。不斷反復，指導結束操作。[1]

二、技術應用

（一）基本原理

利用切片軟件對三維實體造型或數字化測量三維數據進行分層處置，根據分層零件截面采用激光束逐一對固化粉末材料進行掃描，燒結形成實體。這一操作速度不會影響鑄件復雜度，僅與蠟模質量有關。選擇蠟基聚苯乙烯粉末作為原材料，通過激光燒結成型后，開始修補浸蠟和打磨處置。

蠟模的型殼干燥時間類似于一般蠟模的涂料與撒砂技術，不同之處在于不存在熔點固定的模料，所以脫蠟與焙燒工藝與普通蠟模也存在著一定差異。

制殼主要技術：首先，在低溫蠟制作過程中消除澆注系統(tǒng)，借助通道對蠟基聚苯乙烯進行制作，嚴控操作時間，保證澆道順暢即可，較長時間容易產生脹裂;之后，在電爐內部焙燒型殼，1h之內保持350-400℃，完全流出材料，再加溫到達950℃保持4h，完全燃燒以后清除干凈。不管是脫蠟或是焙燒，都需要向下傾斜燒口杯，及時流出原料，防止其膨脹以后產生脹裂。

（二）模型預處理

采取比較有代表性的鑄件，設計半空心蜂窩結構快速成型模實驗，選擇專用樹脂。為避免在脫蠟與焙燒操作中發(fā)生型殼脹裂等問題，制作前可以預處理模型。

第一，將細蠟棒上粘結模型左右，完成制作以后除去頂部的型殼，之后采取燒燙的鐵絲將蠟棒以及內部模型表皮積極燙穿，產生通風孔，這樣就避免除去蒸汽時澆到蠟，同時模型包含的空氣由于加熱產生膨脹力，有利于氧氣順利進入殼深處，確保在焙燒操作中完全燃燒樹脂。[2]

第二，在模型粘接內部澆口位置實施鉆孔，之后與澆口粘接，主要作用是輸送氧氣，有利于燃燒模型。在澆筑型殼之前應堵上通風口，這樣的做法會相應增加操作流程;因此，不需要實施預處理，根據普通制模技術開展有關的試驗。

（三）制殼技術

選擇硅溶膠-硅酸乙酯復合型殼，實際采取硅溶膠涂料作為面層;將硅酸乙酯涂抹在2-6層。科學制作硅酸乙酯水解液，包含高低強度型殼。首先，采取蒸汽脫蠟釜對澆注系統(tǒng)包含的低溫蠟有效除去，綜合應用脫蠟蒸汽壓力，經過5-15min處理以后;之后，分別采取天然氣爐與臺車式型殼焙燒電爐處置型殼。[3]

（四）鑄件實際尺寸

檢查小批量生產的鋁合金殼體鑄件尺寸，除了在制作模型過程中設定收縮方向概率不恰當，導致個別加工余量形成較大的差異之外，其余尺寸都滿足規(guī)定的標準。

三、應用中需要注意的問題

（一）零部件表面質量問題

由于加工技術存在的特點，一般是逐層鋪粉零件之后逐一燒結產生，所以若結構形成較大坡度則會發(fā)生顯著的階梯紋。若在外表面浸蠟以后實施精修可對梯紋有效清除，若該類梯紋出現在零件內部則不能徹底去除，對表面質量帶來一定的影響。因此，怎樣利用處理數據軟件或其它方法滿足質量要求是當前需要重點解決的問題。

（二）脫蠟工藝

當前蠟模選擇PSB粉制作，主要通過明火或高溫爐對陰干型殼空架進行燒蝕，熔化流出型殼中的蠟模，余量分解。若明火上的空架尚未燃燒完全則會對空氣質量造成影響，與工業(yè)綠色環(huán)保理念不符;若在高溫爐內直接放置型殼，由爐膛緩慢流出乳化的蠟液，容易發(fā)生燃燒，并鉆出火苗，產生嚴重的安全事故。因此，需要研究全新燒結原料使其滿足綠色環(huán)保生產的需要。

四、結語

鑄造工業(yè)已經逐步完成商業(yè)化操作并處在迅速發(fā)展過程中，研發(fā)產業(yè)化技術，可以相應改進鑄造工藝。其中選擇性激光燒結技術表現出較強的先進性，其也產生了巨大的競爭優(yōu)勢，但這一工藝也存在著一定不足，在技術應用過程中尚處在初級階段。因此，需要不斷提升技術水平，重點發(fā)展附加價值較高的鑄造產品，提升產品的核心競爭力。

參考文獻：

[1]呂志剛，周澤衡.我國精密鑄造行業(yè)發(fā)展面臨的機遇和挑戰(zhàn)[J].特種鑄造及有色合金，2016（1）：65-68.

[2]陳勝利.快速成形技術及其發(fā)展趨勢[J].制造業(yè)自動化，2015（10）：30-32.

[3]陳冰.快速成形技術在熔模鑄造中的應用[J].特種鑄造及有色合金，2016（12）：732-734.