計(jì)算機(jī)技術(shù)與熔模精密鑄造(共5頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上計(jì)算機(jī)技術(shù)與熔模精密鑄造承德石油高度?？茖W(xué)校 柴增田摘要：本文概述了計(jì)算機(jī)技術(shù)在熔模精密鑄造中的應(yīng)用，包括鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝制定、壓型、熔模、型殼及型芯制造等的最新成果，展望了計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)未來(lái)精鑄業(yè)帶來(lái)的巨大變革。 關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī) 精密鑄造 壓型 熔模精密鑄造生產(chǎn)具有許多優(yōu)點(diǎn)，但其同時(shí)具有工序多，工藝過(guò)程復(fù)雜，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，影響鑄件質(zhì)量的因素較多的缺點(diǎn)，在一定程度上制約了精密鑄造的應(yīng)用和發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)在精鑄中的應(yīng)用，從精鑄件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝制定到壓型設(shè)計(jì)與制造、蠟?zāi)３尚?、型殼制造、型芯的制造等，給精鑄件的生產(chǎn)帶來(lái)了巨大變革。 1.計(jì)算機(jī)技術(shù)數(shù)

2、值模擬技術(shù)在熔模精鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工藝制定中的應(yīng)用 熔模鑄件向更輕、薄及精整化方向發(fā)展，近年來(lái)提出了凈形或近凈形化鑄造，以發(fā)揮熔模鑄造的優(yōu)勢(shì)，滿足現(xiàn)代工業(yè)對(duì)高質(zhì)量零件的需求。這就要求熔模精鑄件的結(jié)構(gòu)更加合理，制定的工藝方案更加優(yōu)化，對(duì)精鑄技術(shù)提出了越來(lái)越高的要求。 傳統(tǒng)的精鑄件生產(chǎn)工藝，包括以下5個(gè)步驟： （1）鑄件用戶給鑄造廠下達(dá)設(shè)計(jì)藍(lán)圖； （2）鑄造廠作預(yù)算并從利于生產(chǎn)和降低成本的角度對(duì)設(shè)計(jì)提出改進(jìn)意見(jiàn)； （3）鑄造廠設(shè)計(jì)鑄造工藝裝備； （4）鑄造廠向模具車間或造型車間下達(dá)工裝圖紙； （5）澆注鑄件，鑄件檢驗(yàn)。 在鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、壓型設(shè)計(jì)、注蠟工藝參數(shù)制定、澆注系統(tǒng)等過(guò)程，傳統(tǒng)的生產(chǎn)主要依靠工

3、程技術(shù)人員的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，缺乏科學(xué)的理論依據(jù)。特別對(duì)于復(fù)雜件和重要件，生產(chǎn)中往往要反復(fù)地修改鑄件結(jié)構(gòu)、壓型或鑄造工藝方案來(lái)達(dá)到最終的技術(shù)要求，計(jì)算機(jī)具有強(qiáng)大的計(jì)算能力和圖形處理能力，能將數(shù)值分析技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、可視化技術(shù)結(jié)合經(jīng)典傳熱、流動(dòng)和凝固理論，通過(guò)模擬鑄件充型、凝固及冷卻，分析精密鑄造過(guò)程的流場(chǎng)、溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)，預(yù)測(cè)鑄件組織和許多鑄造缺陷如冷隔、縮孔、熱裂和變形等。因此可以通過(guò)并行工程，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)鑄件的結(jié)構(gòu)工藝性、鑄造工藝進(jìn)行模擬，為技術(shù)人員設(shè)計(jì)較合理的鑄件結(jié)構(gòu)和確定合理的工藝方案提供了有效的依據(jù)，從而避免傳統(tǒng)的依靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝制定的盲目性，可以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，節(jié)約試

4、制成本。數(shù)值模擬過(guò)程見(jiàn)示意圖1。 2快速樣件制造技術(shù)在壓型及熔模制造中的應(yīng)用 快速樣件制造技術(shù)的出現(xiàn)，使壓型和熔模的制造周期大大縮短。所謂快速樣件制造就是首先在計(jì)算機(jī)上，形成熔模鑄件的三維CAD數(shù)據(jù)文件，將之沿高度方向切割成許多薄片，然后按次序制造和組合，最終形成一個(gè)立體形狀的制品。 （1）用快速樣件成型方法制造壓型 根據(jù)成型方法，將快速樣件成型方法制造壓型可分為兩種：一種是先用快速樣件制作方法制成樹脂或蠟質(zhì)母模（原型），再用它來(lái)翻制環(huán)氧樹脂或硅橡膠壓型。此法生產(chǎn)壓型可以滿足小批量精鑄件生產(chǎn)。如在SLA法制作的塑料母模表面噴涂約2mm厚的金屬層，并在其后部充填環(huán)氧樹脂制成金屬-環(huán)氧樹脂復(fù)合壓型

5、，可以滿足數(shù)百件批量的精鑄件生產(chǎn)。 另一種方法是根據(jù)CAD系統(tǒng)生產(chǎn)的壓型型塊幾何模型，直接由SLA、SLS等法制成樹脂壓型。SLS法制造壓型是將加工對(duì)象由樹脂粉末換成表面帶一薄層熱固性樹脂的鋼粉，經(jīng)激光燒結(jié)后，粘結(jié)成壓型，然后再焙燒制品，將樹脂燒掉，最后以銅液滲入，就可獲得與金屬性能相似的壓型。 （2）快速樣件成型方法制造熔模 表1列舉的快速樣件成型方法-SLA法、SLS法、FDM法和LOM法，均可用于快速制造熔模。使用SLS法和FDM法制作的蠟?zāi)?，可以直接用于精鑄件生產(chǎn)用的熔模；LOM法生產(chǎn)的紙制品，需對(duì)其外表面噴涂聚氨酯后，方可作為"熔模"進(jìn)行制殼，或直接將紙制品外涂掛

6、陶瓷型殼，而后將紙模燒掉。SLA法是用新型樹脂生產(chǎn)樹脂模樣，將未固化的樹脂倒出，而形成中空模樣，硬化后，用蠟將樹脂排出口密封，然后裝上蠟質(zhì)澆注系統(tǒng)，就可制殼了。 表1 快速樣件制造方法的比較 特點(diǎn)熔融堆積法(FDM)立體平板印刷法(SLA)選擇激光燒結(jié)法(SLS)層合物制造法(LOM)工藝原理熱塑性材料熔融,從活動(dòng)口擠出,冷卻固化成層堆積UV光固化液態(tài)光敏樹脂激光加熱燒結(jié)鋪展的熱塑性材料粉末激光切割片材層,粘合.能源擠出頭加熱器激光器或UV燈或光纖CO2激光器CO2激光器原材料熱塑性材料液態(tài)光敏樹脂熱塑性材料粉末膠粘襯底片材目前常用材料ABS樹脂、尼龍、蠟專用光聚合樹脂樹脂粉、蠟粉紙層 厚（u

7、m）最小：50一般：127-254最?。?0一般：127-254最小：60一般：127最?。?4一般：188制品尺寸精度（mm）±0.127±0.1-0.2±0.2±0.13DSPC法直接制造型殼 直接型殼制造又稱DSPC法，與迄今所有的制殼工藝都有本質(zhì)的不同，主要由型殼設(shè)計(jì)（SDV）和型殼制造（SPU）兩大部分組成。 SDV法是將所制零件的CAD模型轉(zhuǎn)換為型殼的數(shù)字化零件，并顯示在屏幕上，當(dāng)確定好每個(gè)型殼上零件的數(shù)量、型殼壁厚以及收縮率、澆注系統(tǒng)等鑄造參數(shù)后，計(jì)算機(jī)就很快顯示所制鑄件型殼的幾何形狀，并進(jìn)行鑄造工藝的模擬，然后將有關(guān)數(shù)據(jù)傳輸給SPU。 S

8、PU控制著一個(gè)可以精確上下移動(dòng)的活塞，活塞上連接著一個(gè)料箱；與裝有細(xì)陶瓷粉料斗相連的噴頭，首先在料箱中均勻"噴鋪"一薄層細(xì)陶瓷粉末；另外，計(jì)算機(jī)根據(jù)SPU數(shù)據(jù)控制著一個(gè)噴射印刷頭，從中可以噴射出硅溶膠粘結(jié)劑，當(dāng)印刷頭在料箱中掠過(guò)細(xì)陶瓷粉時(shí)，根據(jù)指令"噴"出粘結(jié)劑。這樣在有粘結(jié)劑的區(qū)域，將耐火材料粘在一起，形成型殼的一個(gè)截面，然后活塞向下移動(dòng)，噴頭再噴出一層粉料。這樣一層一層進(jìn)行，最后制成整體型殼。未被粘結(jié)的耐火材料粉料可對(duì)粘結(jié)層起支撐作用，焙燒后，回收未粘結(jié)的粉末，就可以澆注金屬液了。其工作原理見(jiàn)圖2。DSPC法使熔模鑄造省去了制造壓型、制造蠟?zāi)＜巴繏旃?/p>

9、序，工藝過(guò)程大大簡(jiǎn)化，而且由于不用考慮蠟?zāi)Ｗ冃蔚纫蛩兀芍频媒鼉粜瘟慵?。利用此工藝的工廠，可在收到定單后的一周內(nèi)交付熔模鑄件。 圖2 直接型殼制造法（DSPC）4利用計(jì)算機(jī)控制激光制作陶瓷型芯 許多精鑄件需要制作陶瓷型芯特別是復(fù)雜、精細(xì)的陶瓷型芯，如渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)空心葉片等，計(jì)算機(jī)可以根據(jù)CAD數(shù)據(jù)，控制激光束在陶瓷型芯上精確地加工出各種不同結(jié)構(gòu)的型芯，特別是對(duì)于用傳統(tǒng)制芯工藝很難制出的型芯，更顯出其優(yōu)點(diǎn)。 其工藝過(guò)程如圖3所示。 圖3 激光加工陶瓷型芯流程圖5并行工程和集成技術(shù)在精鑄業(yè)中的應(yīng)用展望 計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和普及，并行工程和集成技術(shù)在精鑄業(yè)中的應(yīng)用將會(huì)逐漸廣泛，將成為精鑄業(yè)未來(lái)的發(fā)展

10、趨勢(shì)。 （1）并行工程 并行工程就是將精鑄件用戶與精鑄廠之間建立起緊密聯(lián)系的電子數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)，使用戶和鑄造廠之間進(jìn)行并行的產(chǎn)品和工藝設(shè)計(jì)。用戶通過(guò)此網(wǎng)向鑄造廠下達(dá)精鑄件的電子化模型圖，鑄造工程師可從計(jì)算機(jī)工作站中看到所生產(chǎn)零件的三維圖象，確定幾組工藝方案后在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行工藝方案的數(shù)值模擬，可以顯示出不同工藝條件下可能存在的問(wèn)題，如熱裂、縮孔等，鑄造工程師再迅速將有缺陷的電子化模型數(shù)據(jù)文件傳遞給用戶和設(shè)計(jì)師，以便作出改進(jìn)而獲得高質(zhì)量鑄件。同樣，壓型、熔模、型殼制造的過(guò)程也可以實(shí)現(xiàn)并行，這樣可以極大縮短研制、開發(fā)生產(chǎn)周期，降低成本，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 （2）集成技術(shù) 對(duì)于一個(gè)未采用CAD系統(tǒng)設(shè)計(jì)

11、的零件或要復(fù)制某一樣件，可以采用CT檢測(cè)技術(shù)、數(shù)值模擬和快速樣件制造集成技術(shù)。 CT技術(shù)即計(jì)算機(jī)層析射線攝影法，是一種X射線檢測(cè)技術(shù)，能用來(lái)獲得零件斷面的二維圖象，將各斷面二維圖象組合，就可以獲得被測(cè)對(duì)象的三維立體形態(tài)。利用此技術(shù)，可以精確獲得鑄件的CAD模型數(shù)據(jù)，結(jié)合快速樣件制造和數(shù)值模擬，可以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，降低制造型殼的成本。同時(shí)，CT技術(shù)測(cè)得的零件形狀，可以用來(lái)對(duì)比設(shè)計(jì)鑄件和生產(chǎn)鑄件的尺寸；檢測(cè)實(shí)際鑄件和設(shè)計(jì)鑄件的缺陷位置和數(shù)值模擬預(yù)測(cè)結(jié)果的符合程度。 結(jié)束語(yǔ) 計(jì)算機(jī)在精鑄業(yè)中的應(yīng)用，克服了精鑄生產(chǎn)過(guò)程的缺點(diǎn)，使得精鑄生產(chǎn)技術(shù)更加靈活，適應(yīng)性更強(qiáng)，更適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)對(duì)鑄件快速、優(yōu)質(zhì)、復(fù)雜的要求。 1.計(jì)算機(jī)技術(shù)數(shù)值模擬技術(shù)在熔模精鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工藝制定中的應(yīng)用，為技術(shù)人員設(shè)計(jì)較合理的鑄件結(jié)構(gòu)和確定合理的工藝方案提供