淺談快速成型技術(shù)在機(jī)械鑄造生產(chǎn)中的應(yīng)用

1、 -7-科技論壇淺談快速成型技術(shù)在機(jī)械鑄造生產(chǎn)中的應(yīng)用佟曉飛(哈爾濱恒力達(dá)機(jī)械有限公司,黑龍江哈爾濱1500001快速成型技術(shù)快速成型制造(Rapid Prototyping-RP 技術(shù)是國(guó)際上新開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)高科技成果,簡(jiǎn)稱快速成型技術(shù)。它的核心技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)和材料技術(shù)?？焖俪尚图夹g(shù)摒棄了傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法,根據(jù)CAD 生成的零件幾何信息,控制三維數(shù)控成型系統(tǒng),通過(guò)激光束或其它方法將材料堆積而形成零件的。用這種方法成型,無(wú)需進(jìn)行費(fèi)時(shí)、耗資的模具或?qū)Ｓ霉ぞ叩脑O(shè)計(jì)和機(jī)械加工,極大地提高了生產(chǎn)效率和制造柔性。2快速成型技術(shù)原理快速成型技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的重要分支,它不僅體現(xiàn)在制造思想和實(shí)現(xiàn)方法上有了

2、突破,更重要的是在制作零件的質(zhì)量、性能、大小和制作速度等方面,也取得了很大的進(jìn)展。其基本原理是:任何三維零件都可看成是許多二維平面沿某一坐標(biāo)方向疊加而成,因此可先將CAD 系統(tǒng)內(nèi)三維實(shí)體模型離散成一系列平面幾何信息,采用粘接、熔結(jié)、聚合作用或化學(xué)反應(yīng)等手段,逐層有選擇地固化液體(或粘接固體材料,從而快速堆積制作出所要求形狀的零部件(或模樣。制造方式是不斷地把材料按照需要添加在未完成的工件上,直至零件制作完畢。3快速成型方法目前世界上已投入應(yīng)用的快速成型裝置所采用的主要方法有以下6種:3.1SL (Stereo Lithography 法立體平版印刷法;3.2SLS (Selective Las

3、er Sintering 激光分層燒結(jié)法;3.3LOM (Laminated Object M anufac-tu-ring 逐層輪廊成型法;3.4SGC (Sold Ground Curing 光掩膜法;3.5FDM (Fused Deoposite M anufacturing 熔化堆積法;3.6DSPC (Direct Shell Production Casting陶瓷殼法。以上各種方法的具體工藝各有特點(diǎn),但工藝的基本過(guò)程是相同的。此外,還有一些方法尚處于研究之中。在這6種方法中,SL 法最成熟,也是市場(chǎng)的最大占有者。4快速成型技術(shù)在機(jī)械鑄造上的應(yīng)用快速成型與鑄造相結(jié)合的產(chǎn)物是快速鑄造

4、技術(shù)(Quick Casting ,簡(jiǎn)稱QC,這種快速鑄造使得多種材料、任何形狀復(fù)雜、內(nèi)部結(jié)構(gòu)精細(xì)的鑄件都能生產(chǎn)出來(lái),產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期短、精度高,大大地提高了企業(yè)獲取訂單的競(jìng)爭(zhēng)力,RP 為實(shí)現(xiàn)鑄造的短周期、多品種、低成本、高精度提供了一個(gè)快速響應(yīng)技術(shù),顯示出了強(qiáng)大的生命力和巨大的應(yīng)用潛力。4.1直接鑄造法。直接鑄造法主要是指由RP 技術(shù)直接一步成形鑄造用的型殼、型芯,型殼、型芯經(jīng)處理后,即可進(jìn)行金屬澆注,鑄造出金屬零件。由于從原型到金屬零件不經(jīng)過(guò)造型轉(zhuǎn)化,故稱直接鑄造法。該類工藝方法一般用于單件、復(fù)雜零件的制造。得金屬零件。用此方法,省去傳統(tǒng)精密鑄造多種工藝過(guò)程,是傳統(tǒng)鑄造的重大變革。它的最大優(yōu)點(diǎn)

5、是速度快,不需要任何模具,甚至不需畫(huà)圖,設(shè)計(jì)工程師通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將資料送到鑄造車間的系統(tǒng)中便可完成型殼的設(shè)計(jì)與制作。該工藝的不足之處主要是零件表面粗糙度值較高。其關(guān)鍵技術(shù)是型殼厚度、型殼表面粗糙度及固化處理工藝。Shell Production Casting ,縮寫(xiě)為DSPC,其成形方法不是采用激光進(jìn)行選擇性燒結(jié),而是采用粘結(jié)劑進(jìn)行選擇性粘接。把CAD 模型轉(zhuǎn)換成模殼,然后以類似于熔模鑄造的工藝,制造出金屬零件。從設(shè)計(jì)到成品零件出廠前后只要10天,是金屬零件設(shè)計(jì)和制造上的一個(gè)突破。直接制模鑄造使熔模鑄造成為金屬成形方法中更具吸引力的工藝,因?yàn)樗且环N柔性、環(huán)保工藝,幾乎所有的復(fù)雜外形以及某些

6、復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)都能制作。該工藝的成形材料也可以是鑄造用砂,直接制得鑄造用的砂型,澆注后即可獲得金屬零件。該方法由于設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用低,成形尺寸大,成形材料便宜,適合用于單件大型復(fù)雜零件的鑄造。4.2一次轉(zhuǎn)制法。一次轉(zhuǎn)制法主要是指由RP 技術(shù)(如FDM 法、LOM 法、SLS 法、SLA 法等提供的原型作為母模,可直接與普通砂型鑄造、熔模鑄造、消失模鑄造與真空鑄造等鑄造工藝結(jié)合,制造金屬零件。由于從原型到金屬零件要經(jīng)過(guò)一次轉(zhuǎn)化,故稱一次轉(zhuǎn)制法。該類工藝方法一般用于單件、鍍,或者是用LOM 法制得原型,然后將模樣直接安裝在模板、芯盒上使用。在制作砂型鑄造用模樣時(shí),還將鑄造工藝專用軟件與快速成型技術(shù)相結(jié)

7、合。首先用鑄造工藝專用軟件在為欲制作的零件加上加工余量、起模斜度、鑄造圓角等。將有關(guān)數(shù)據(jù)一起送入快速成型機(jī)中即可自動(dòng)制作出所需零件的模樣。制成的模樣可以用來(lái)拼裝模板,也可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)木模用于手工砂型鑄造,過(guò)大的模樣可以分段制作后再組合。為了節(jié)省樹(shù)脂和上機(jī)時(shí)間,模樣背面通常都制成蜂窩狀結(jié)構(gòu),采用這種結(jié)構(gòu)有時(shí)可節(jié)省材料70%。模樣表面厚度和蜂窩狀結(jié)構(gòu)的具體尺寸根據(jù)模樣承受的壓力來(lái)決定。為了提高模樣的耐磨性,可在樹(shù)脂模樣表面噴涂鋁合金或特氟隆塑料。DSPC 含義是直接制模鑄造,它通過(guò)電子模型制成固體的三維陶瓷模殼。該工藝與熔模鑄造制殼工藝有本質(zhì)不同,它直接利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)自動(dòng)制造陶瓷殼,而無(wú)需

8、模具或壓型,使熔模鑄造省去了制壓型、蠟?zāi)Ｒ约巴繏焱苛系墓ば?大大縮短了熔模鑄件的生產(chǎn)周期;也不用考慮蠟?zāi)Ｗ冃蔚纫蛩氐挠绊憽Ｒ虼?不僅可制得近凈形零件,并能制造出中空的零件。使用該法的工廠可在收到訂單后一周內(nèi)可交付高精度的鑄件。疊層實(shí)體制造LOM 、融積成型FDM 等生成的樹(shù)脂或熱塑性材料原型均可以采用實(shí)型鑄造工藝直接生產(chǎn)鑄件。將涂有耐火材料的成型模樣放置于密封并充滿干砂的箱體中,抽掉箱中空氣,使砂型緊實(shí);將熔化的金屬液通過(guò)特殊的澆冒口系統(tǒng)進(jìn)入砂型中,燒掉模樣并取代其位置而形成金屬零件。但由于燒掉模樣時(shí)而殘留下少量的灰分,所以直接影響零件的表面質(zhì)量。選擇性激光燒結(jié)新研究開(kāi)發(fā)聚苯乙烯和PMMA 粉

9、末,其燒結(jié)溫度低、強(qiáng)度高、燃燒快、灰分少。用其燒結(jié)而成的聚苯乙烯或PMMA 模樣可作為實(shí)型鑄造的消失模。4.3二次轉(zhuǎn)制法二次轉(zhuǎn)制法主要是指由RP 技術(shù)(如FDM 法、LOM 法、SLS 法、SLA 法等提供的原型作母模,可澆注蠟、硅橡膠、環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨脂等軟材料,構(gòu)成軟模具,再用軟模具與熔模鑄造、陶瓷型鑄造、石膏型鑄造和涂料轉(zhuǎn)移法精密鑄造等鑄造工藝結(jié)合,制造金屬零件。由于從原型到金屬零件要經(jīng)過(guò)二次或二次以上工藝轉(zhuǎn)化,故稱二次轉(zhuǎn)制法。該類工藝方法一般用于批量零件制造。該技術(shù)的關(guān)鍵是原型翻制軟模具的尺寸精度和表面粗糙度的保證及模具的定位。5結(jié)論快速成形制造技術(shù)是目前國(guó)際上成型工藝中備受關(guān)注的焦點(diǎn)。鑄造作為一項(xiàng)傳統(tǒng)的工藝,制造成本低、工藝靈活性大,可以獲得復(fù)雜形狀和大型的鑄件。充分發(fā)揮兩者的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),可以在新產(chǎn)品試制中取得客觀的經(jīng)濟(jì)效益。參考文獻(xiàn)1朱青.快速成型技術(shù)在鑄造中的應(yīng)用.2中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)鑄造專業(yè)學(xué)會(huì).鑄造手