快速成型制作鑄造模具

1、快速成型制作鑄造模具快速成形制造技術是目前國際上成型工藝中備受關注的焦點。 鑄 造作為一項傳統(tǒng)的工藝，制造成本低、工藝靈活性大，可以獲得復雜 形狀和大型的鑄件。 充分發(fā)揮兩者的特點和優(yōu)勢， 可以在新產品試制 中取得客觀的經濟效益?？焖俪尚沃圃?技術又稱為快 速原型制造技 術 (Rapid Prototyping Manufacturing，簡稱 RPM，) 是一項高科技成果。它包括SLS SLA SLM等成型方法，集成了 CAD技術、數(shù)控技術、激光技 術和材料技術等現(xiàn)代科技成果， 是先進制造技術的重要組成部分。 與 傳統(tǒng)制造方法不同，快速成型從零件的CAD幾何模型出發(fā)，通過軟件 分層離散和數(shù)控

2、成型系統(tǒng)， 用激光束或其他方法將材料堆積而形成實 體零件，所以又稱為材料添加制造法(Material Additive Manufacturing 或 Material Increase Manufacturing) 。由于它把 復雜的三維制造轉化為一系列二維制造的疊加， 因而可以在不用模具 和工具的條件下幾乎能夠生成任意復雜形狀的零部件，極大地提高了生產效率和制造柔性。與數(shù)控加工、鑄造、金屬冷噴涂、硅膠模等制 造手段一起， 快速自動成型已成為現(xiàn)代模型、 模具和零件制造的強有 力手段，是目前適合我國國情的實現(xiàn)金屬零件的單件或小批量敏捷制 造的有效方法，在航空航天、汽車摩托車、家電等領域得到了廣

3、泛應 用?？焖俪尚图夹g能夠快捷地提供精密鑄造所需的蠟?；蚩上?熔模以及用于砂型鑄造的木模或砂模， 解決了傳統(tǒng)鑄造中蠟?；蚰灸?等制備周期長、 投入大和難以制作曲面等復雜構件的難題。 而精密鑄 造技術（包括石膏型鑄造）和砂型鑄造技術，在我國是非常成熟的技 術，這兩種技術的有機結合，實現(xiàn)了生產的低成本和高效益，達到了 快速制造的目的。RPM技術的特點快速成型的過程是首先生成一個產品的三維 CAD實體模型或 曲面模型文件， 將其轉換成特定的文件格式， 再用相應的軟件從文件 中“切”出設定厚度的一系列片層，或者直接從 CAD文件切出一系 列的片層。這些片層按次序累積起來仍是所設計零件的形狀。然后，

4、將上述每一片層的資料傳到快速自動成型機中去， 用材料添加法并以 激光為加熱源， 依次將每一層燒結或熔結并同時連結各層， 直到完成 整個零件。成型材料為各種可燒結粉末，如石蠟、塑料、低熔點金屬 粉末或它們的混合粉末?？焖俪尚图夹g與傳統(tǒng)方法相比具有獨特的優(yōu)越性，其特點如下：1. 方便了設計過程和制造過程的集成， 整個生產過程數(shù)字化，與CAD模型具有直接的關聯(lián)性，零件所見即所得，可隨時修改、隨時 制造，緩解了復雜結構零件 CAD/CA過程中CAP啲瓶頸問題。2. 可加工傳統(tǒng)方法難以制造的零件材質，如梯度材質零件、 多材質零件等，有利于新材料的設計。3. 制造復雜零件毛坯模具的周期和成本大大降低， 用

5、工程材 料直接成形機械零件時，不再需要設計制造毛坯成形模具。4. 實現(xiàn)了毛坯的近凈型成形， 機械加工余量大大減小， 避免 了材料的浪費，降低了能源的消耗，有利于環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展。5. 由于工藝準備的時間和費用大大減少， 使得單件試制、 小 批量生產的周期和成本大大降低， 特別適用于新產品的開發(fā)和單件小 批量零件的生產。6. 與傳統(tǒng)方法相結合，可實現(xiàn)快速鑄造、快速模具制造、小 批量零件生產等功能，為傳統(tǒng)制造方法注入新的活力。RPM技術在鑄造中的應用（1）精密鑄造 精密鑄造是所有鑄造方法中最精確的一種，精度一般優(yōu)于0.5 ，且可重復性好，鑄件只需少量的機加工就可以投入使用。由 于鑄模是一次性使用，

6、 使得制造內部結構復雜的零件成為了可能， 能 生產鍛造或機加工不能生產的零件。盡管精密鑄造有著很多的優(yōu)越性, 但其生產過程復雜且冗長。壓制蠟模的鋁模制作，視其復雜程度和尺 寸大小，一般要花幾周到幾個月時間。得到鋁模后，還要幾周時間才 能得到鑄件。這幾周主要是用于制作型殼。除了耗時外，精密鑄造還 很費工，50%80%的費用都出自于人工。此外，小批量生產中的模 具費用分攤至使單價昂貴?？焖俪尚秃途荑T造是互補的，這兩種方法都適用于復雜形 狀零件的制造。如果沒有快速自動成型，鑄模的生產就是精密鑄造的 瓶頸過程；然而沒有精密鑄造，快速自動成型的應用也會存在很大的 局限性?？焖俪尚图夹g在精密鑄造中的應用

7、，可以分為三種：一是消 失成型件（模）過程，用于小批量件生產；二是直接型殼法，用于小 量生產；三是快速蠟模模具制造，用于大批量生產。圖1快速蠟模模具制造流程圖2）快速鑄造在制造業(yè)特別是航空、航天、國防、汽車等重點行業(yè)，其基 礎的核心部件一般均為金屬零件， 而且相當多的金屬零件是非對稱性 的、有著不規(guī)則曲面或結構復雜而內部又含有精細結構的零件。 這些 零件的生產常采用鑄造或解體加工的方法， 快速鑄造是所有采用快速 成型件做母?；蜻^渡模來復制金屬件的方法中最具吸引力的一種。 這 是因為鑄造工藝能生產復雜形狀的零件。在鑄造生產中，模板、芯盒、壓蠟型、壓鑄模的制造往往是 用機加工的方法來完成的，有時還

8、需要鉗工進行修整，周期長、耗資 大，從模具設計到加工制造是一個多環(huán)節(jié)的復雜過程， 略有失誤就可 能會導致全部返工。特別是對一些形狀復雜的鑄件，如葉片、葉輪、 發(fā)動機缸體和缸蓋等， 模具的制造更是一個難度非常大的過程， 即使 使用數(shù)控加工中心等昂貴的設備， 在加工技術與工藝可行性方面仍存 在很大困難。RPM 技術與傳統(tǒng)工藝相結合，可以揚長避短，收到事半功倍 的效果。利用快速成型技術直接制作蠟模， 快速鑄造過程無需開模具， 因而大大節(jié)省了制造周期和費用。 圖 2 為采用快速鑄造方法生產的四 缸發(fā)動機的蠟模及鑄件， 按傳統(tǒng)金屬鑄件方法制造， 模具制造周期約需半年，費用幾十萬；用快速鑄造方法，快速成型

9、鑄造熔模3天，鑄造10天，使整個試制任務比原計劃提前了 5個月 P圖2采用快速鑄造技術生產的四缸發(fā)動機的蠟模（3）石膏型鑄造精密鑄造通常被用來從快速成型件制造鋼鐵件。但對低熔點金屬件，如鋁鎂合金件、石膏型鑄造，效率更高。同時鑄件質量能得 到有效的保證，鑄造成功率較高。在石膏型鑄造過程中，快速成型件 仍然是可消失模型，然后由此得到石膏模進而得到所需要的金屬零件。石膏型鑄造的第一步是用快速成型件制作可消失模，然后再 將快速成型消失模埋在石膏漿體中得到石膏模，再將石膏模放進培燒 爐內培燒。這樣將快速成型消失模通過高溫分解，最終完全消失干凈， 同時石膏模干燥硬化，這個過程一般要兩天左右。最后在專門的真空 澆鑄設備內將熔溶的金屬鋁合金