快速成型技術(shù)在熔模精密鑄造中的應(yīng)用

馮慶輝 錢文勇

摘 要：快速成型技術(shù)是高柔性的現(xiàn)代化制造工藝，在無專門工具的情況下直接完成零部件的成型制備?？焖俪尚图夹g(shù)在熔模精密鑄造中的有效應(yīng)用，可滿足新產(chǎn)品的試制與小批量的生產(chǎn)要求。本文即從快速成型技術(shù)出發(fā)，從組合工藝、蠟?zāi)＝M焊、制殼工藝以及產(chǎn)品實(shí)例等方面，深入分析了快速成型技術(shù)在熔模精密鑄造中的具體應(yīng)用，以促進(jìn)二者的緊密融合。

關(guān)鍵詞：快速成型技術(shù)；精密鑄造；應(yīng)用；蠟?zāi)?/p>

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.24.040

近年來，隨著我國市場經(jīng)濟(jì)制度的逐步完善與國家綜合實(shí)力的迅速提升，航空航天以及國防科技開始成為國家重點(diǎn)發(fā)展的行業(yè)。航天探測、國防建設(shè)、汽車生產(chǎn)等均離不開金屬零件，這些金屬零件不僅是上述產(chǎn)業(yè)的必要物質(zhì)基礎(chǔ)，更具有著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精細(xì)化程度高等特點(diǎn)。部分金屬零件的結(jié)構(gòu)并不對(duì)稱，甚至存在著多種類型的不規(guī)則曲面，這顯著增加了金屬零件的鑄造難度。傳統(tǒng)的金屬部件鑄造技術(shù)需要通過設(shè)計(jì)母?；蜻^渡模來完成復(fù)制，耗時(shí)長、成本高且制造困難，快速成型技術(shù)的形成則解決了這一難題?？焖俪尚图夹g(shù)可在短時(shí)間內(nèi)快捷的制備出蠟?zāi)；蚩上勰?，增?qiáng)了精密鑄造的效率與柔性。本文即分析了快速成型技術(shù)在熔模精密鑄造中的應(yīng)用。

1 快速成型技術(shù)及制作流程

快速成型技術(shù)，英文表達(dá)為Rapid Prototyping Manufacturing，可簡稱為RPM，它主要包含三種成型制造方法，分別是SLS、SLA以及SLM。與傳統(tǒng)的制造工藝相比，快速成型技術(shù)同時(shí)融合了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、材料技術(shù)等諸多新型科技手段，具有高柔性、低成本、方便快捷等優(yōu)勢。通常情況下，快速成型技術(shù)的工藝流程主要包含三項(xiàng)步驟：第一，利用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)軟件形成待生產(chǎn)產(chǎn)品的三維實(shí)體模型，并將該三維模型轉(zhuǎn)換為RP文件標(biāo)準(zhǔn)的STL格式，若模型轉(zhuǎn)換過程中發(fā)生了錯(cuò)誤，設(shè)計(jì)人員應(yīng)及時(shí)查驗(yàn)并予以修補(bǔ)。第二，整理上述環(huán)節(jié)中形成的每一片層的資料，并發(fā)送至快速自動(dòng)成型機(jī)中。第三，在產(chǎn)品的快速制造過程中，技術(shù)人員以激光作為產(chǎn)品快速成型加工的加熱源，采取材料添加法，將每一層燒結(jié)或熔結(jié)，逐步將各層連結(jié)在一起，直至制備出完整的零件產(chǎn)品。

2 快速成型技術(shù)在熔模精密鑄造中的應(yīng)用

2.1 快速成型與熔模精密鑄造的組合工藝

熔模精密鑄造是當(dāng)前我國零件制造方法中的核心組成，具有著廣泛的應(yīng)用，其精確度高、可重復(fù)性好且工作量少。與其他鑄造方法不同的是，精密鑄造以蠟?zāi)；蚱渌上Ｓ玫哪＞邽榛A(chǔ)，其鑄造效率取決于鑄件的結(jié)構(gòu)和尺寸，通常情況下，精密鑄造的鑄件需要耗時(shí)幾周到幾個(gè)月不等。待模具設(shè)計(jì)與加工完成后，并不能立刻投入使用，而需要進(jìn)一步制備蠟?zāi)：托蜌ぁＴ谏a(chǎn)量較小的情況下，模具設(shè)計(jì)與制造往往需要分?jǐn)偢甙旱某杀尽?/p>

快速成型技術(shù)可在較大程度上解決傳統(tǒng)鑄造工藝的問題，其不需制造模具，即可直接成型精鑄蠟?zāi)！＿\(yùn)用激光快速成型法制作的蠟?zāi)Ｋ捎玫牟牧现饕鞘灧勰?，通過激光束層層燒結(jié)而成。此種成型技術(shù)可廣泛應(yīng)用于不同材料，包含石蠟粉末、陶瓷粉末、金屬粉末等，利用陶瓷粉末制備陶瓷型殼，利用金屬粉末則可制備出金屬模具?？焖俪尚图夹g(shù)與熔模精密鑄造的緊密融合重點(diǎn)包含三種情況：其一，成型蠟?zāi)；蛳?，適用于小批量鑄造結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件；其二，直接型殼法，其特點(diǎn)是批量?。黄淙?，快速成型蠟?zāi)Ｄ＞?，該方法主要?yīng)用于大批量的零件鑄造。

2.2 蠟?zāi)５某叽缗c組焊

蠟?zāi)Ｊ强焖俪尚图夹g(shù)得以廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)，其在具體的零件成型鑄造中至關(guān)重要。一般狀態(tài)下，鑄造人員應(yīng)尤其注意蠟?zāi)５某叽缗c組焊。首先，蠟?zāi)５某叽缭O(shè)計(jì)。蠟?zāi)５某叽绱笮?huì)受到多種因素的共同影響，如蠟?zāi)Ｊ湛s率、合金收縮率、模殼膨脹系數(shù)以及可采用的工藝技術(shù)等，因此，鑄造人員必須綜合考量。通常，蠟?zāi)５氖湛s率需要經(jīng)過實(shí)驗(yàn)方可確定。若鑄造人員選用Pro/E制備產(chǎn)品零件的三維造型，隨后進(jìn)行格式的轉(zhuǎn)換，待技術(shù)人員明確收縮率之后，可通過Magies RP軟件對(duì)零件進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆趴s處理，這可在較大程度上保障蠟?zāi)３叽绶闲枨蟆３酥?，合金或模殼的種類也是影響線收縮性的重要因素，為排除這二者的影響，鑄造人員需首先確定鑄件的實(shí)際尺寸，再針對(duì)性的調(diào)整蠟?zāi)３叽纾瑥亩鴥?yōu)化蠟?zāi)Ｅc鑄件的質(zhì)量。其次，蠟?zāi)５慕M焊。通過快速成型技術(shù)制備的蠟?zāi)Ｔ途哂休^高的質(zhì)量要求，不僅不能產(chǎn)生任何形變，且尺寸精準(zhǔn)無誤差。蠟?zāi)Ｔ徒?jīng)過相應(yīng)的整潔處理即可進(jìn)行阻焊、粘粘等。蠟?zāi)沧⑿璨扇⌒阅芤恢禄蚪频闹袦叵?，以增?qiáng)蠟?zāi)Ｕ痴车姆€(wěn)定性。蠟?zāi)５慕M焊需注意內(nèi)澆口長度和間距，以便于冒口補(bǔ)縮。

2.3 型殼制備的工藝要求

與傳統(tǒng)的制造工藝不同，快速成型技術(shù)制備生成的蠟?zāi)２粌H具有較強(qiáng)的涂掛性能，且能夠使用原工藝進(jìn)行涂料的配置、粘漿以及撒砂等。一般情況下，我國目前多通用的粘結(jié)劑主要是硅溶膠或硅酸乙酯，錯(cuò)英粉則是應(yīng)用最廣泛的耐火材料。快速成型技術(shù)在熔模精確鑄造的應(yīng)用中，采用的燒結(jié)粉料一經(jīng)融化即可產(chǎn)生較高的溫度，四周環(huán)境中的氣體也無法流動(dòng)，這使得型殼無法采用蒸汽脫蠟技術(shù)，然而，利用純氧環(huán)境，技術(shù)人員可選擇高溫焙燒法，從而達(dá)到去除蠟?zāi)５哪康摹?/p>

3 結(jié)論

綜上所述，快速成型技術(shù)作為現(xiàn)階段我國零件產(chǎn)品制造的主要方法，其在熔模精密鑄造中具有著良好的應(yīng)用，如結(jié)構(gòu)復(fù)雜的四缸發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、鋁合金接管以及進(jìn)氣歧管等。與傳統(tǒng)的制造方法相比，快速成型技術(shù)不僅具備較強(qiáng)的柔性，且能夠在較大程度上突破以往金屬鑄件在形狀、結(jié)構(gòu)等方面的限制，有效縮短制造周期、降低制造成本，真正實(shí)現(xiàn)零部件鑄造產(chǎn)業(yè)的低投資、高回報(bào)?？焖俪尚图夹g(shù)與熔模精密鑄造是緊密融合、相互補(bǔ)充的，二者缺一不可，共同推動(dòng)著我國零件鑄造水平的提升，并為航天航空與國防事業(yè)做出貢獻(xiàn)。

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