快速成型技术在熔模精密铸造配件中的应用

发布时间：2016年7月28日   |   阅读次数： 103

快速成型技术在熔模精密铸造配件中的应用
20世纪90年代起，美国、日本以及西欧等国家就开始研究利用快速原型进行快速精密铸造配件目前这种趋势有增无减。总体而言，快速成型技术在熔模精密铸造配件中主要有以下几个方面的应用。
(1)制作精密铸造配件的熔模几乎所有快速成型技术制作的原型都可以作为熔模铸造的熔模。精密铸造生产厂家采用快速成型技术制造零件原型，代替蜡模进行精密铸造配件，原则上可以制造任意合金的零件。采用这种方法不需要特殊的模具和工装，可大大降低单件制造周期和成本。总体来讲，尽管SL法与熔模铸造工艺还有一些不适应之处，但由于制成的模样尺寸精度和表而质量好而备受青睐，在国外，特别是在航天航空和军工部门的熔模铸造中，应用相当广泛。SLS法模样质量虽然较SL法略逊一筹，但容易适应熔模铸造的工艺要求，所以在国内外熔模铸造中应用越来越多。FDM法制作的原型尽管最容易适应熔模铸造，但在制成蜡模的尺寸精度和表而质量上不如人意。虽然LOM法模样质量尚可。但又难以适应铸造工艺。在推广中受到限制。
(2)制作熔模精密铸造配件用模具或其他工艺装备用J决速成型方法制作精铸压型有两种方法：一种是先制成母模，再翻制环氧树脂或硅橡胶压型；另一种是将CAD系统中生成的压型三维几何模型直接输入快速成型机制成树脂压型，这种压型主要适合小批量生产(几十件)。如果在母模表而喷涂约2mm厚的金属层，然后充填环氧树脂制成金属一环氧树脂复合压型，可以满足生产数百件精铸造的要求。
美国Sundstrand公司用快速原型件作为精密铸造配件的压型(母模)，进行了大量的熔模精密铸造配件，取得了显著的效益。采用快速原型技术后，节约工时4370%，节省成本64%^94%。美国3D公司的Keltool方法是典型的金属粉浇注烧结法，其工艺路线是：由SL方法生成快速原型~硅橡胶翻模得到模具的负型填充金属粉末及粘结剂~高温炉内烧结、渗铜得到最终模具。美国Drexel大学、宾夕法尼亚大学、日本东京大学等也在进行这方面的研究工作。宾夕法尼亚大学的研究已将收缩率控制在0.4%，抛光后表而粗糙度为0.2m，模具寿命达10万注塑件。东京大学的HiroyukiNoguchi和TakeoNakagawa研究了使用粉末铸造成形高尔夫球模具，其过程为：
首先使用SL法成形出高尔夫球模具原型，然后在原型上用硅橡胶浇注出高尔夫球原型，将此原型置于真空室中，将粒度不同的两种纯铁粉(颗粒直径为66和5m，体积分数分别为61%和39%)充分混合后覆盖于硅橡胶原型上，震动使铁粉变得致密，抽真空，在铁粉上加入粘结剂(体积分数为45%的水溶性苯酚ChemRez630HSL，10%的硬化剂ChemRez6016，45%的水)，铁粉粘结后进行后处理，先渗氮，然后在1130℃渗铜。在铁粉粘结过程中，模具体积缩小为1.7%，但在渗铜过程中，模具体积增大为1.3%，所以总收缩率为0.4%。
(3)直接制造精铸型壳可以利用激光固化成型技术直接成形型壳，其基本工艺是将型壳材料粉末按一定的比例加入到光固化树脂中，然后根据型壳的CAD模型在光固化成型机上成形型壳坯体，最后焙烧，将其中的树脂去除，粉末烧结成形后得到最终的型壳。其优点就是可以不用制作熔模，直接成形制作所需的型壳，而且型壳和型芯可以一次同时成形，节省了时间，减小了装配误差。
美国3D-System公司发明的快速精铸技术QuickCast是在以SL工艺制成的原型表而上包裹耐火材料，直接焙烧使原型材料烧蚀气化后得到铸壳，用于金属零件的烧注成型。该技术的关键是采用了燃烧充分且发气量小的光固树脂材料(SL5170或SL5180)，同时原型壳体内部呈蜂窝状结构，这种原型有足够的强度，原型材料烧蚀时，不会胀裂型壳。目前QuickCast系统已由之前的1.0，1.1发展到了QuickCast2.0。
这种方法不受零件形状的限制，铸造表而光洁，尺寸精度高，成本低，周期短，适合单件或小批量生产，但对于结构复杂且小尺度零件，网状中空的结构不易实现，并且由于需要专用结构软件，使得成本较高，但周期较短。
SLS法和3DP法等也有类似的工艺，可直接生产精铸型壳。
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