機械鑄造生產中快速成型技術的應用

馬夢奇

摘要：科技的進步為計算機技術的發(fā)展起到了積極的推動作用，在此基礎上發(fā)展起來的快速成型技術也有了明顯的提升，該技術作為一項新興技術，隨著技術的不斷優(yōu)化、應用的逐漸廣泛，被廣泛關注。該技術的應用可以彌補傳統(tǒng)工藝的弊端，降低生產成本，提高生產效率，對制造業(yè)生產發(fā)揮著非常積極的作用?；诖耍疚木蜋C械鑄造生產中快速成型技術的應用展開研究，首先闡述了快速成型技術的原理，其次對其的應用進行了深入的分析，以期能夠為機械鑄造生產水平的提高起到帶動作用。

關鍵詞：機械鑄造;快速成型技術;應用

0? 引言

近年來，在市場經(jīng)濟不斷快速發(fā)展下，機械鑄造企業(yè)的生產水平得到了大幅度提升。但是在其快速的發(fā)展中也存在一些問題，比如機械鑄造企業(yè)生產時難以提高產品生產效率，生產時間耗費過長。在傳統(tǒng)生產中，機械鑄造企業(yè)的技術水平較低，導致產品質量無法滿足標準要求，為了提高機械鑄造技術，企業(yè)在發(fā)展中通過引入先進的計算機技術，提高產品生產技術，增強企業(yè)的市場競爭力。在機械鑄造中應用快速成型技術可以提高企業(yè)生產效率，更好設計產品，使產品不僅可以提高質量，也能夠提高美觀度。

1? 快速成型技術概述

1.1 概念

快速成型技術屬于國際新型技術，其核心在于計算機和材料這兩種技術。該技術將傳統(tǒng)機械加工方法摒棄掉，按照CAD將零件幾何信息生成出來，通過三維數(shù)控成型系統(tǒng)，利用激光束等方法堆積材料進而形成零件[1]。通過該方法制成的零件無需耗費大量時間、精力制作模具、工具等進行設計加工，只需要在計算機系統(tǒng)中數(shù)據(jù)相應的參數(shù)，在加工設備中添加材料，進而生成零件。該技術的應用不僅可以提高生產效率和產品質量，同時也能夠提高制造柔性。當前快速成型技術的方法包括立體平板印刷法、陶瓷殼、激光分層燒結、逐層輪廓成型、熔化堆積等等方法。這些方法各有特點，但是工藝過程基本一致。市場上廣泛使用的方法是立體平板印刷法。

1.2 原理

快速成型技術屬于先進制造技術中的一種，其不僅在制造思想和方法上有所進步，同時也在零件制作質量、性能夠、尺寸、速度等方面均有所突破，進展幅度相當大。該技術原理是：順著一個坐標方向將多個二維平面疊加起來形成三維零件，利用CAD軟件中的三維實體模型將其離散成多個平面幾個星星，之后利用粘接、熔結、聚合等操作或是化學反應逐層對液體材料進行固化、粘接，進而快速堆積制作出與要求相符的零材料，制造方式也是不斷將材料根據(jù)要求加入到未加工完的零件中，直到零件制作完成[2]。

1.3 類型

快速成型技術需要應用計算機技術和材料技術，其與時代發(fā)展相符，因此該技術應用廣泛。當前該技術的類型較多，主要可以分為以下幾種：

①光固化成型。該技術是利用液態(tài)光敏樹脂為原料，根據(jù)零件截面形狀軌跡將其通過激光照射進液體樹脂中，進而使其固化。固化后的液態(tài)樹脂表面會有一層新的液態(tài)樹脂，同樣適用激光照射法，之后將兩層樹脂粘結起來，重復操作直到完成零件生產。

②熔融沉積成型。該技術應用熱塑性能佳的材料，先融化材料，之后通過噴射器根據(jù)零件截面輪廓進行噴射，噴射一層后再向上移動一小段距離進行再次噴射，直到完成零件生產[3]。

③選擇性激光燒結。該技術一般應用在中空零件制作中，先要將原料粉末鋪在操作臺中，之后通過激光進行選擇性燒結，逐層進行燒結后，直到完成零件生產。

④分層實體制造。該技術可以用于實體零件的制造，主要應用錫箔、紙等材料，先將錫箔鋪在操作臺上，之后根據(jù)零件截面形狀利用激光切割錫箔，切割后再將新的錫箔粘結在一起，重復操作，直到完成零件生產。

2? 機械鑄造生產中快速成型技術的應用

機械鑄造和快速成型技術二者結合的產物就是快速鑄造成型技術，其能夠生產出多種材料、形狀多變、結構精細的零件，產品生產周期短，但是精度十分高，可以增強企業(yè)競爭力，而快速成型技術可以為企業(yè)生產更高水平的零件提供相應技術，將其應用潛力充分激發(fā)出來十分重要。按照鑄造方式的不同，可將其分為以下幾種方式：

2.1 直接鑄造法

直接鑄造法就是利用快速成型技術直接鑄造出零件的型殼、型芯，只需要簡單處理就能夠進行金屬澆注，進而制造出金屬零件。整個過程無需進行造型轉化，進而被稱為直接鑄造法。該工藝通常應用在單件零件制造和復雜零件制造中。根據(jù)是否需要制造殼型，又可以分為直接殼型制造和直接制模制造兩種方法。

2.1.1 直接殼型制造? 該制造技術是通過激光進行選擇性燒結，進而燒結被反應性樹脂材料所包裹的陶瓷粉，之后制作成型殼、型芯。CAD系統(tǒng)中，且可以直接轉化零件，將其變?yōu)闅ば?，之后進行搭配澆筑系統(tǒng)。型殼厚度為5-10mm，燒結時，先燒結非零件部位，零件部位為粉末[4]。燒結后，倒出粉末，在進行固化處理，進而得到最終型殼，之后澆筑即可得到金屬零件。該方法可以將傳統(tǒng)零件鑄造中的一些過程省去，極大的變革了傳統(tǒng)鑄造技術，鑄造速度快，無需模具、畫圖，設計師可以直接利用計算機技術在系統(tǒng)中設計制作型殼。但是，在制作時，需要考慮好型殼的厚度、表面粗糙度和固化工藝等。

2.1.2 直接制模制造? 該工藝無需激光選擇性燒結，其通過粘結劑選擇性粘接。通過CAD模型轉化模殼，之后使用熔模工藝制造零件。從設計到制造整個過程只需要短短10天，屬于金屬零件設計制造新突破。該工藝使熔模制造技術成為金屬零件成型更具有吸引力，由于其屬于柔性、環(huán)保公益，因此能夠制造出很多復雜零件，成型材料也為鑄造用砂，可以直接制作成砂型，運行成本低，成型規(guī)格大，材料便宜，可以在單件大型復雜零件制造中應用。

2.2 間接鑄造法

間接鑄造法就是快速成型技術制作鑄造的母型，再用母型進行零部件的鑄造。根據(jù)轉制次數(shù)的多少，又可以分為一次轉制法和二次轉制法兩種類型。

2.2.1 一次轉制法? 一次轉制法就是利用快速成型技術提供的母型，將其與普通砂型、熔模、消失模、真空等鑄造工藝直接結合起來進行金屬零件的制造。該制造過程從原型至成型需要歷經(jīng)一次轉化，因此被稱為一次轉制法。該方法廣泛應用在單件小批量零件制造中。優(yōu)點制作周期短，應用比較靈活。根據(jù)鑄造方式的不同，可分為以下三種類型：

①普通砂型制造。該工藝的應用需要選擇合適的數(shù)值材料制作原型，之后對表面進行噴鍍，或是采用逐層輪廓成型法制作原型，之后直接將模樣安裝到模板上應用。在進行砂型鑄造模板制造時，需要與專用軟件、快速成型技術結合起來。首先，利用專用軟件制造零件時，可以在其中加入加工余量、鑄造圓角等數(shù)據(jù)，之后將其共同添加到快速成型機中，自動制作零件[5]。制作的零件模樣可以用于拼裝模板，也能夠替代傳統(tǒng)木模的手工砂型，若是模型過大也可以分段制作，之后再組合起來。為了節(jié)約材料和實踐，一般會將模板背面制作為蜂窩狀，可以節(jié)省70%材料，表面厚度和蜂窩結構尺寸可以按照模板承受壓力確定。為保證模樣耐磨，可以將鋁合金等材料噴涂在表面。

②精密鑄造熔模成型?？焖俪尚图夹g應用原型都可以利用熔模制造。陶瓷殼法就是直接制模制造，其利用電力模型形成固體三維陶瓷模殼，相對于熔模制造模殼而言，該技術可以直接使用計算機數(shù)據(jù)進行自動制造，形成陶瓷殼，不需要模具或是壓型，利用熔模鑄造能夠將制壓型、拉模等工序去除，縮短工期。該方法可以用于近凈形零件和中空零件。

③實型鑄造消失模成型。激光分層燒結、立體印刷、熔化堆積法等都能夠使用實型鑄造工藝。將耐火材料成型模樣放入到密封且具有干砂箱體內，將其中的空氣抽取掉，緊實砂型，并利用澆冒口將熔化后的金屬液放入到砂型內，將模樣燒掉，取代位置，進而構成金屬零件。但是，模樣燒掉后會留有灰分，對零件表面質量產生影響[6]。而激光燒結可以通過PMMA粉末進行模樣鑄造，可以解決燒掉后出現(xiàn)的灰分現(xiàn)象。

2.2.2 二次轉制法? 二次轉制法是利用快速成型技術中的母型，采用蠟、環(huán)氧樹脂、硅橡膠等材料澆筑形成軟模具，之后將其與熔模、陶瓷型、石膏型等制造工藝相結合，進而形成金屬零件[7]。整個過程需要歷經(jīng)兩次及其以上的轉化，因此也被稱為二次轉制法。該方法廣泛應用在批量零件鑄造過程中，其應用的重點在于原型翻制軟膜尺寸精度比較高以及表面粗糙度好、模具定位準確等方面。

2.3 應用實例

機械鑄造實際生產過程中，快速成型技術廣泛應用在產品設計試制、裝配、性能分析等方面[8]。近年來，有些美國的汽車零部件制造企業(yè)利用先進的快速成型技術對變速桿進行試制，試制之后對其生產的樣品開展一些了試驗，驗證了產品安全性、合格性等。同時通過使用快速成型技術和普通鑄造技術進行對比試驗，分析結果可知：如果不使用快速成型技術，樣品制作、試驗需要花費的時間更多，成本更高。使用快速成型技術大約能比普通鑄造技術節(jié)約18周的時間，成本則可以大約節(jié)約4萬元。有些先進的美國汽車零部件公司，開始利用快速成型技術裝配發(fā)動機、設計進氣導管。在發(fā)動機設計過程中，傳統(tǒng)的氣缸頭模型制造需要花費大約30天時間，但是利用快速成型技術可以大大縮短模型制造時間，制造精度更高，不僅可以提高生產效率，也能夠提高產品質量。通過快速成型技術的成功應用，國外一些大型的生產企業(yè)采用新型的生產模式代替了原來的低端的生產模式。

3? 結束語

總而言之，快速成型技術在制造生產領域中的應用廣泛，且被該領域十分重視，其在機械鑄造生產中的應用成本低，工藝也更為靈活，可以生產尺寸大且結構復雜的零件。而隨著快速成型技術的逐漸優(yōu)化完善，該技術在機械鑄造生產中的應用越發(fā)廣泛，其不僅將企業(yè)生產潛能充分發(fā)揮出來，同時也能夠提高生產效率和質量，極大力度研發(fā)新產品，進而增加經(jīng)濟效益、社會效益等。同時，隨著機械產品的周期要求越來越短，這就要求快速成型技術能適應通用化的要求，在設計研發(fā)上要做到模塊化、標準化，增加通用互換性，提高效率。而實現(xiàn)快速成型技術的大面積推廣能使產品質量更為穩(wěn)定，工作效率大為提高。因此，對于機械鑄造企業(yè)而言，其未來能夠在激烈的市場競爭中占據(jù)優(yōu)勢地位，必須要完善自身生產技術，優(yōu)化快速成型技術。

參考文獻：

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[2]王瑾，趙亮，寧瑋.激光快速成型技術在汽車精鑄件生產中的應用[J].鑄造技術，2018，039（007）：1439-1442.

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[5]朱濤.快速成型技術在集成制造及數(shù)控機械制造中的應用探究[J].微計算機信息，2018（008）：145-146.

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