快速成型技術(shù)在鑄造模具制造中的應(yīng)用研究

李盟 杜建州

摘 要：熔模鑄造工藝在工業(yè)制造中發(fā)揮著重要作用，可生產(chǎn)出復(fù)雜的金屬鑄件，并具有表面質(zhì)量好，成形精度高等優(yōu)點，且生產(chǎn)出來的金屬鑄件性價比非常高。增材制造技術(shù)也是一種鑄造技術(shù)，也可以生產(chǎn)出復(fù)雜形狀的零部件，將增材制造技術(shù)與熔模鑄造工藝相結(jié)合，充分發(fā)揮兩種工藝的技術(shù)優(yōu)勢，可提高產(chǎn)品質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：快速成型;鑄造模具;應(yīng)用研究

0 引言

鑄件成型周期較長，工藝比較復(fù)雜，零件結(jié)構(gòu)和尺寸的變化對模具的設(shè)計、生產(chǎn)形成有很大影響，傳統(tǒng)鑄造業(yè)難以滿足市場需求。增材制造技術(shù)也稱為3D打印技術(shù)，自問世以來，以高效率、高質(zhì)量、高靈活性和低成本為特征，迅速引起了全世界的廣泛關(guān)注[1]。突破現(xiàn)有制造工藝的束縛，將計算機(jī)3D設(shè)計、新技術(shù)和新材料融為一體的增材制造技術(shù)具有無模具、短周期、低小批量生產(chǎn)成本、降低制造復(fù)雜性等優(yōu)點[2-3]。將選材制造技術(shù)與傳統(tǒng)鑄造技術(shù)相結(jié)合，提高鑄造靈活性，縮短準(zhǔn)備周期，提高生產(chǎn)效率，確保產(chǎn)品質(zhì)量和準(zhǔn)確性，確保產(chǎn)品使用性能，實現(xiàn)單件小批量生產(chǎn)，對現(xiàn)代鑄造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和改革具有重要意義。本文介紹了增材制造技術(shù)的特點和工藝流程，并在此基礎(chǔ)上討論了砂芯增材制造技術(shù)在鑄造行業(yè)中的優(yōu)勢和方法。

1 擠壓鑄造成型技術(shù)概述

擠壓鑄造成型技術(shù)已經(jīng)歷經(jīng)了近100年時間的發(fā)展，其源自20世紀(jì)30年代的前蘇聯(lián)，擠壓鑄造成型技術(shù)要比壓鑄成型技術(shù)晚出現(xiàn)一個世紀(jì)左右。我國的擠壓鑄造成型技術(shù)發(fā)展比較晚，發(fā)展歷程首先從一些高校與科研所展開相關(guān)理論方面的研究開始，對于鑄造技術(shù)的工藝參數(shù)和模具等一邊探索一邊設(shè)計，慢慢設(shè)計一些新型產(chǎn)品。之后，我國開始步入擠壓鑄造成型技術(shù)快速發(fā)展階段，尤其是間接鑄造成型技術(shù)的開發(fā)和運用，使得我國的擠壓鑄造成型技術(shù)有了質(zhì)的飛躍[1]。此前不能解決的金屬鑄件壁厚大的問題、造型復(fù)雜的難題等都得到了良好的解決，極大拓展了我國擠壓鑄造成型技術(shù)的應(yīng)用范圍。當(dāng)前，我國的汽車行業(yè)領(lǐng)域發(fā)展趨勢良好，運用擠壓鑄造成型技術(shù)可以生產(chǎn)質(zhì)量更好的發(fā)動機(jī)變速箱金屬零件，且汽車行業(yè)的發(fā)展也推動擠壓鑄造業(yè)的進(jìn)步[2]。

2 擠壓鑄造成型技術(shù)在金屬材料中的運用

2.1 鎂合金擠壓鑄造成型技術(shù)探究

鎂合金擠壓鑄造成型技術(shù)漸漸成為相關(guān)研究領(lǐng)域的重點內(nèi)容。和鑄造鎂合金技術(shù)對比，鎂合金擠壓鑄造技術(shù)具有更佳的力學(xué)性能。擠壓鑄造生產(chǎn)的鎂合金產(chǎn)品的綜合性能更佳，解決了鑄造鎂合金產(chǎn)品的組織缺陷問題，為性能需求更高及形狀更復(fù)雜零件產(chǎn)品帶來了機(jī)會。但由于我國的工藝水平有限，當(dāng)前還沒較為成熟的擠壓鑄造鎂合金工藝技術(shù)，在現(xiàn)實制造過程當(dāng)中出現(xiàn)了一些氣泡或者裂紋的產(chǎn)品問題，且出現(xiàn)力學(xué)性能不夠穩(wěn)定的問題。伴隨著現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，由鎂合金打造的高端精密儀器設(shè)備已在許多發(fā)達(dá)國家有了廣泛的運用。

2.2 選擇性激光燒結(jié)技術(shù)在熔模鑄造工藝中的應(yīng)用

在農(nóng)機(jī)生產(chǎn)過程中，通過積極合理的選擇性激光燒結(jié)技術(shù)的運用，可以準(zhǔn)確的將需要生產(chǎn)制造的農(nóng)機(jī)零件模型進(jìn)行打印，并在下一階段的生產(chǎn)中實施熔模鑄造工藝，可以快速精確的生產(chǎn)出具有復(fù)雜性特點的農(nóng)機(jī)構(gòu)件。將選擇性激光燒結(jié)工藝技術(shù)與熔模鑄造工藝技術(shù)進(jìn)行有效的結(jié)合，還可以將一些沒有模具的農(nóng)機(jī)構(gòu)件進(jìn)行快速制造，并對那些需要較高精確度的零件也能快速生產(chǎn)出來，提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。

2.3 三維印刷技術(shù)在熔模鑄造工藝中的應(yīng)用

將三維印刷技術(shù)與熔模鑄造工藝技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，對農(nóng)機(jī)零部件的鑄造砂型進(jìn)行直接的成型打印，有效提高了生產(chǎn)效率，減少了零部件的生產(chǎn)工序，在保證質(zhì)量的同時實現(xiàn)綠色生產(chǎn)。將分層實體制造技術(shù)與熔模鑄造工藝技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，可以對小型、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的淺腔模具進(jìn)行高速、高質(zhì)量的生產(chǎn)制造，對生產(chǎn)出來的農(nóng)機(jī)零部件樣件進(jìn)行表面處理，可以有效提高其耐磨性、防潮性、強(qiáng)度等性能。與傳統(tǒng)的生產(chǎn)技術(shù)相比，這種技術(shù)可以有效縮短生產(chǎn)所消耗的時間，提升了農(nóng)機(jī)零部件的生產(chǎn)效率與質(zhì)量，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)奠定了良好的基礎(chǔ)。

3 增材制造在模具精密鑄造中的優(yōu)勢

傳統(tǒng)的砂型鑄造通常包括鑄造工藝和模具設(shè)計、鑄造模具制造、模具準(zhǔn)備、合金熔體鑄造、鑄造處理和鑄造檢查等多個階段。隨著產(chǎn)品更換速度的加快，產(chǎn)品開發(fā)和試生產(chǎn)工藝，特別是復(fù)雜的零件產(chǎn)品，傳統(tǒng)的砂型鑄造模式逐漸顯示出制造周期長、開發(fā)成本高、鑄造產(chǎn)量低的問題，不適合快速設(shè)計和制造要求。特別的，傳統(tǒng)的砂型模具制造中，砂型模具的精度極大程度的影響著成型鑄件的精度。因而，為制造出高精度的模具，首先需要保證鑄造模具的精度，傳統(tǒng)鑄造模具的單件小批量生產(chǎn)中，手工操作占據(jù)著很重要的部分，人為因素干擾很大，很難保證制作出來的鑄造模具的精度，并且耗費大量時間。

3.1 模具生產(chǎn)的自動化與精確化

采用增材制造技術(shù)，操作者只需設(shè)計鑄件的三維模型，而生產(chǎn)工作可由打印機(jī)完成。目前市場上普通的打印機(jī)已經(jīng)可實現(xiàn)0.1mm的精度控制，而高端的打印機(jī)可控制精度在0.01mm以下。傳統(tǒng)的砂型模具制備過程中，因為人為因素的干擾，即技術(shù)人員的熟練度不同，很難保證生產(chǎn)出來的鑄造模具的精度。可見，采用增材制造的方法生產(chǎn)鑄件相比于傳統(tǒng)的鑄造方法更具自動化與精確化，節(jié)省了人力，提高了精度。

3.2 生產(chǎn)過程的快速化

通過上述分析可知，采用增材制造技術(shù)，可以省去了制備母模所消耗的大量的時間。同樣的，由于增材制造技術(shù)的應(yīng)用，使得設(shè)計、生產(chǎn)和檢驗等各環(huán)節(jié)大幅度加快，工藝穩(wěn)定性與結(jié)構(gòu)適應(yīng)性大幅度提升，最終縮短鑄造周期，實現(xiàn)快速反應(yīng)。

4 結(jié)束語

無論什么樣的工藝技術(shù)都有著自身的優(yōu)點和缺點，需要科技人員緊跟時代的發(fā)展需要。當(dāng)前，我國還不能完全自主研發(fā)制造擠壓鑄造成型機(jī)器來滿足行業(yè)需求，在極大程度上限制了我國擠壓制造工藝的提升。所以，加大投入研發(fā)自主知識產(chǎn)權(quán)的擠壓鑄造成型設(shè)備和工藝是提升我國擠壓鑄造技能的有效方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]張汪年，鄧寧，梁偉杰，王新海，康輝.快速成型技術(shù)在《模具制造工藝學(xué)》中應(yīng)用[J].合成材料老化與應(yīng)用，2015，44（06）：122-124.

[2]任志林.快速成形技術(shù)在鑄造模具制造中的應(yīng)用[J].山東工業(yè)技術(shù)，2015（22）：28.

[3]王愛陽.快速成型技術(shù)在塑料模具制造中的應(yīng)用[J].塑料科技，2015，43（05）：95-99.