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快速成型技術(shù)在鑄造中的應用

快速成形制造技術(shù)是目前國際上成型工藝中備受關(guān)注的焦點(diǎn)。鑄造作為一項傳統的工藝，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(diǎn)和優(yōu)勢，可以在新產(chǎn)品試制中取得客觀(guān)的經(jīng)濟效益。

快速成形制造技術(shù)又稱(chēng)為快速原型制造技術(shù) ，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(shù)、數控技術(shù)、激光技術(shù)和材料技術(shù)等現代科技成果，是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分。與傳統制造方法不同，快速成型從零件的CAD幾何模型出發(fā)，通過(guò)軟件分層離散和數控成型系統，用激光束或其他方法將材料堆積而形成實(shí)體零件，所以又稱(chēng)為材料添加制造法.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(chǎn)效率和制造柔性。與數控加工、鑄造、金屬冷噴涂、硅膠模等制造手段一起，快速自動(dòng)成型已成為現代模型、模具和零件制造的強有力手段，是目前適合我國國情的實(shí)現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(chē)摩托車(chē)、家電等領(lǐng)域得到了廣泛應用。

快速成型技術(shù)能夠快捷地提供精密鑄造所需的蠟?；蚩上勰Ｒ约坝糜谏靶丸T造的木?；蛏澳?，解決了傳統鑄造中蠟?；蚰灸５戎苽渲芷陂L(cháng)、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(shù)（包括石膏型鑄造）和砂型鑄造技術(shù)，在我國是非常成熟的技術(shù)，這兩種技術(shù)的有機結合，實(shí)現了生產(chǎn)的低成本和高效益，達到了快速制造的目的。

RPM技術(shù)的特點(diǎn)

快速成型的過(guò)程是首先生成一個(gè)產(chǎn)品的三維CAD實(shí)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(lái)仍是所設計零件的形狀。然后，將上述每一片層的資料傳到快速自動(dòng)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(shí)連結各層，直到完成整個(gè)零件。成型材料為各種可燒結粉末，如石蠟、塑料、低熔點(diǎn)金屬粉末或它們的混合粉末。

快速成型技術(shù)與傳統方法相比具有獨特的優(yōu)越性，其特點(diǎn)如下：
1.方便了設計過(guò)程和制造過(guò)程的集成，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程數字化，與CAD模型具有直接的關(guān)聯(lián)性，零件所見(jiàn)即所得，可隨時(shí)修改、隨時(shí)制造，緩解了復雜結構零件CAD/CAM過(guò)程中CAPP的瓶頸問(wèn)題。
2.可加工傳統方法難以制造的零件材質(zhì)，如梯度材質(zhì)零件、多材質(zhì)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，用工程材料直接成形機械零件時(shí)，不再需要設計制造毛坯成形模具。
4.實(shí)現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)保和可持續發(fā)展。
5.由于工藝準備的時(shí)間和費用大大減少，使得單件試制、小批量生產(chǎn)的周期和成本大大降低，特別適用于新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和單件小批量零件的生產(chǎn)。
6.與傳統方法相結合，可實(shí)現快速鑄造、快速模具制造、小批量零件生產(chǎn)等功能，為傳統制造方法注入新的活力。
RPM技術(shù)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，使得制造內部結構復雜的零件成為了可能，能生產(chǎn)鍛造或機加工不能生產(chǎn)的零件。盡管精密鑄造有著(zhù)很多的優(yōu)越性，但其生產(chǎn)過(guò)程復雜且冗長(cháng)。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(gè)月時(shí)間。得到鋁模后，還要幾周時(shí)間才能得到鑄件。這幾周主要是用于制作型殼。除了耗時(shí)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(chǎn)中的模具費用分攤至使單價(jià)昂貴。

快速成型和精密鑄造是互補的，這兩種方法都適用于復雜形狀零件的制造。如果沒(méi)有快速自動(dòng)成型，鑄模的生產(chǎn)就是精密鑄造的瓶頸過(guò)程；然而沒(méi)有精密鑄造，快速自動(dòng)成型的應用也會(huì )存在很大的局限性?？焖俪尚图夹g(shù)在精密鑄造中的應用，可以分為三種：一是消失成型件（模）過(guò)程，用于小批量件生產(chǎn)；二是直接型殼法，用于小量生產(chǎn)；三是快速蠟模模具制造，用于大批量生產(chǎn)。

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(chē)等重點(diǎn)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(chēng)性的、有著(zhù)不規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(chǎn)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^(guò)渡模來(lái)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(chǎn)復雜形狀的零件。
在鑄造生產(chǎn)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(lái)完成的，有時(shí)還需要鉗工進(jìn)行修整，周期長(cháng)、耗資大，從模具設計到加工制造是一個(gè)多環(huán)節的復雜過(guò)程，略有失誤就可能會(huì )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(dòng)機缸體和缸蓋等，模具的制造更是一個(gè)難度非常大的過(guò)程，即使使用數控加工中心等昂貴的設備，在加工技術(shù)與工藝可行性方面仍存在很大困難。<BR>　　RPM技術(shù)與傳統工藝相結合，可以揚長(cháng)避短，收到事半功倍的效果。利用快速成型技術(shù)直接制作蠟模，快速鑄造過(guò)程無(wú)需開(kāi)模具，因而大大節省了制造周期和費用。圖2為采用快速鑄造方法生產(chǎn)的四缸發(fā)動(dòng)機的蠟模及鑄件，按傳統金屬鑄件方法制造，模具制造周期約需半年，費用幾十萬(wàn)；用快速鑄造方法，快速成型鑄造熔模3天，鑄造10天，使整個(gè)試制任務(wù)比原計劃提前了5個(gè)月。

采用快速鑄造技術(shù)生產(chǎn)的四缸發(fā)動(dòng)機的蠟模

（3）石膏型鑄造

精密鑄造通常被用來(lái)從快速成型件制造鋼鐵件。但對低熔點(diǎn)金屬件，如鋁鎂合金件、石膏型鑄造，效率更高。同時(shí)鑄件質(zhì)量能得到有效的保證，鑄造成功率較高。在石膏型鑄造過(guò)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(jìn)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(jìn)培燒爐內培燒。這樣將快速成型消失模通過(guò)高溫分解，最終完全消失干凈，同時(shí)石膏模干燥硬化，這個(gè)過(guò)程一般要兩天左右。最后在專(zhuān)門(mén)的真空澆鑄設備內將熔溶的金屬鋁合金注入石膏模，冷卻后，破碎石膏模就得到金屬件了。這種生產(chǎn)金屬件的方法成本很低，一般只有壓鑄模生產(chǎn)的2％～5％。生產(chǎn)周期很短，一般只需2～3周。