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復(fù)雜鑄件快速制造方法介紹
我國是鑄造大國，但不是鑄造強國。很多中小企業(yè)長期依賴生產(chǎn)附加值低的簡單鑄件，卻害怕技術(shù)難度高的復(fù)雜鑄件。因為對于復(fù)雜鑄件，尤其是一些形狀復(fù)雜、小批量生產(chǎn)的薄壁鑄件，鑄造一直是個難題。更何況現(xiàn)在客戶對周期短、成本低的要求很高，傳統(tǒng)工藝很難勝任。
快速成型技術(shù)(RP)的出現(xiàn)和發(fā)展為解決上述問題提供了一條很有前途的新途徑，我們應(yīng)該利用好這一技術(shù)為鑄造行業(yè)服務(wù)。快速成型技術(shù)是集計算機輔助設(shè)計、精密機械、數(shù)控激光技術(shù)和材料科學(xué)于一體的新技術(shù)。它利用軟件離散化和材料積累的原理，將設(shè)計對象的CAD模型轉(zhuǎn)化為真實的樣品。由于RP技術(shù)采用將三維形狀轉(zhuǎn)化為2D平面分層制造的原理，可以處理任何復(fù)雜的構(gòu)件，而且構(gòu)件越復(fù)雜，越能顯示其優(yōu)越性。
但是快速成型設(shè)備生產(chǎn)出來的零件只是原型或者模型，不是鑄件。利用這些原型或模型生產(chǎn)鑄件可以選擇多種工藝路線，而*的工藝路線如何選擇需要相應(yīng)的專業(yè)知識。華中科技大學(xué)快速成型中心于1991年開始快速成型技術(shù)的研究，是國內(nèi)zui早開展該技術(shù)研究的單位之一。取得了豐碩的成果，成功推出了多種快速成型系統(tǒng)，經(jīng)用戶使用后產(chǎn)生了的經(jīng)濟效益和社會效益。近年來，人們對快速原型技術(shù)在各行業(yè)的應(yīng)用，尤其是復(fù)雜鑄件的快速制造進行了大量的研究，積累了豐富的經(jīng)驗。在此，我們將這些研究成果介紹給讀者。
母模制造方法的選擇與比較
目前國內(nèi)外研究了多種快速成型方法。比較成熟實用的有LOM，SLA，SLS，F(xiàn)DM，3DP。這些技術(shù)各有優(yōu)缺點，具體原理和特點如下:
1。光固化快速成型(SLA):
SLA SLA原型可以代替鑄造中的木模和熔模鑄造中的蠟?zāi)！LA技術(shù)成形速度快，精度高。由于SLA使用的樹脂是熱固性光敏樹脂，不能加熱流失，只能燃燒流失。所以熔模鑄造對烘烤工藝要求較高，原型zui好做成空心結(jié)構(gòu)。SLA原型對水比較敏感，長時間在潮濕的環(huán)境下容易吸潮變形，要注意防潮。SLA的設(shè)備和運行成本較高，適合制造薄壁精密鑄件。
二。分層實體制造(LOM):
LOM工藝是根據(jù)分層零件得到的輪廓信息，用激光切割薄材料，逐層堆疊而成的三維實體。LOM的特點是設(shè)備和材料價格低，運營成本低。經(jīng)處理后的樣機強度好，精度高，不變形。可以代替鑄造中復(fù)雜的木模，特別適合中小型鑄造廠單件或小批量生產(chǎn)。
三。選擇性激光燒結(jié)(SLS):
其原理是:在計算機的控制下，激光束對粉末進行掃描，掃描部分粉末熔化粘結(jié)形成的實體。SLS技術(shù)zui大的特點就是成型材料廣泛。塑料、陶瓷、金屬、蠟粉、腹膜砂及其復(fù)合材料均可作為SLS的成型材料，并可制備相應(yīng)的功能零件、金屬零件、蠟?zāi)：蜕靶?芯)，因此具有很強的適用性。熔模鑄造SLS蠟?zāi)Ｖ谱魇悄壳皣鴥?nèi)應(yīng)用zui廣泛的方法，不僅成本相對較低，而且精度高，表面質(zhì)量好，無需支撐。它可以制作形狀極其復(fù)雜的蠟?zāi)?，以生產(chǎn)復(fù)雜的鑄件。
四。熔融沉積(FDM):
熔融沉積將材料液化，并通過噴嘴一層一層地沉積。成形材料包括塑料絲、蠟絲等。，所以準備好塑料原型和蠟?zāi)?。這個過程中沒有昂貴的激光，所以設(shè)備價格低，而且由于材料完全熔化，產(chǎn)品強度高。但成型速度慢，零件精度差，表面質(zhì)量差，噴絲板噴嘴容易流延堵塞。
五、三維打印(3DP):
三維打印的工作原理就像噴墨打印機。該技術(shù)的材料包括陶瓷、金屬/有機復(fù)合材料等。技術(shù)成本低，成型速度快，精度高，但產(chǎn)品表面粗糙，強度不高，打印噴嘴容易堵塞。在鑄造中，適用于原型驗證，制作蠟?zāi)；蚴嗄！?br>快速制造和鑄造方法的選擇
1。熔模鑄造:
SLS快速成型得到的蠟?zāi)？梢灾苯佑糜谌勰ｈT造得到金屬零件。這種快速成型技術(shù)不需要制造壓制，大大縮短了毛坯的生產(chǎn)周期，可以實現(xiàn)小批量生產(chǎn)。
SLS不僅具有速度快、價格相對低廉、表面質(zhì)量高等優(yōu)點，而且所用蠟的性質(zhì)與一般鑄造中的高溫蠟或中蠟相似。只要稍微改變?nèi)勰ｈT造中目前的烘烤工藝，就可以烘烤出SLS蠟。SLS蠟?zāi)V泛應(yīng)用于熔模鑄造。它可用于鑄造小型精密鑄件以及大型復(fù)雜鑄件。特別是可以與常規(guī)低熔點蠟?zāi)：附有纬蓮?fù)合蠟?zāi)?，即鑄件的簡單零件采用普通蠟料壓制而成，復(fù)雜零件采用SLS制作，大大提高了生產(chǎn)效率，降低了蠟?zāi)Ｖ谱鞒杀尽?br>SLA法制造的樹脂零件也可用于熔模鑄造。SLA樹脂零件強度高，表面質(zhì)量好，可用于鑄造非常精細的小型鑄件。但由于烘烤工藝復(fù)雜，需要使用易燃燒的SLA樹脂，原型件制造成本高，目前在國內(nèi)還沒有SLS法應(yīng)用廣泛。FDM也能擠出蠟料，但FDM成型速度慢，表面質(zhì)量低，這方面應(yīng)用不多。
熔模鑄造是實現(xiàn)鑄件批量生產(chǎn)的有效方法之一。在傳統(tǒng)的熔模鑄造工藝中，zui困難的環(huán)節(jié)是熔模的快速制造，尤其是形狀復(fù)雜的大型件，通常是根據(jù)鑄件的形狀和尺寸進行設(shè)計，通過金屬切割制成，周期長，成本高。母模采用快速原型技術(shù)制造，熔模鑄造的成型壓力由快速軟?；蚩焖龠^渡模獲得。然后用注射蠟?zāi)?，再用蠟?zāi)Ｓ脗鹘y(tǒng)的失蠟鑄造工藝制作金屬鑄件，不僅工藝簡單，而且成本低。制造過程可分為:
(1)由快速原型制作的母模，再變成軟硅橡膠模、金屬冷噴涂模、石膏模、陶瓷模，以及中間轉(zhuǎn)化的合金模、電模、環(huán)氧樹脂模等。用陰模作為壓模來壓制蠟?zāi)＃?br> (2)成型直接采用快速原型制造，如華中科技大學(xué)研發(fā)的聚合物/金屬復(fù)合材料，采用選擇性激光燒結(jié)成型。經(jīng)過表面處理后，產(chǎn)品可以直接作為熔體成型，從而大大簡化了鑄件小批量生產(chǎn)的步驟。
2。石膏型和陶瓷型精密鑄造:
石膏型和陶瓷型鑄造的優(yōu)點是精度高，表面粗糙度低?？焖俪尚瞳@得鑄造陶瓷型或石膏型的方法有很多:(1)以LOM、SLA、SLS、3DP制作的原型作為母模，可以直接翻成陶瓷型或石膏型。對于形狀復(fù)雜、難以抽出的零件，可先將其轉(zhuǎn)為硅橡膠模具。這種方法的特點是成本低，可以實現(xiàn)小批量生產(chǎn)，但這種方法不適用于形狀復(fù)雜無法拉深的零件。(2)與熔模鑄造類似，用SLS、SLA、3DP或FDM制作蠟?zāi)＃缓笕刍驘M。
3。砂型鑄造:
在傳統(tǒng)的砂型鑄造中，通常是先制作木模，但手工制作木模的方法在工藝、生產(chǎn)周期、精度、材料等方面往往難以完全滿足要求?？焖俪尚偷玫降腖OM模型可以代替木模直接用于鑄造生產(chǎn)。由于經(jīng)過特殊處理，紙模堅如硬木，表面光滑有利于砂型鑄造。它在200℃以下工作，能翻50~200個砂型。其優(yōu)點是成本低，制造速度快，不需要高水平的木材造型工和相應(yīng)的木工機械，就能在短時間內(nèi)制作出高精度的圖案，特別是形狀復(fù)雜的大中型鑄件。如發(fā)動機缸體、氣缸蓋、進(排氣)管和底盤變速器離合器殼體等。都可以用這種方法制造。用紙?；驑渲４婺灸＃蟠蠼档土私饘倌＞呙鞯闹圃熘芷诤统杀?，精度的提高可以減少加工余量，降低加工成本。
SLS燒結(jié)的覆膜砂可以直接形成鑄造用砂型(芯)。這種方法經(jīng)濟快速，特別是對于內(nèi)流道特別復(fù)雜的鑄件，具有其他方法不可比擬的優(yōu)勢。

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