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快速成型技术在熔模精密铸造中的应用

2017-9-23 15:07| 发布者: 蛤蟆要起飞| 查看: 393| 评论: 0|来自: 南极熊3D打印

摘要: 在制造业特别是航空、航天、国防、汽车等重点行业,其基础的核心部件一般均为金属零件,而且相当多的金属零件是非对称性的、有着不规则曲面或结构复杂而内部又含有精细结构的零件,这些零件的生产常采用铸造或解体加 ...
在制造业特别是航空、航天、国防、汽车等重点行业,其基础的核心部件一般均为金属零件,而且相当多的金属零件是非对称性的、有着不规则曲面或结构复杂而内部又含有精细结构的零件,这些零件的生产常采用铸造或解体加工的方法。熔模铸造需用母模或过渡模来复制金属件,模具的设计与制造成为铸件生产的瓶颈。快速成型技术能够快捷地提供精密铸造所需的蜡模或可消失熔模,解决了传统铸造中蜡模或木模等制备周期长、投入大和难以制作曲面等复杂构件的难题,极大地提高了生产效率和制造柔性。

与数控加工、铸造、金属冷喷涂、硅胶模等制造手段一起,快速自动成型已成为现代模型、模具和零件制造的强有力手段。熔模精密铸造技术和快速成型技术的有机结合,实现了生产的低成本和高效益,达到了铸件生产的个性化、多样性、快速铸造的目的。 

1快速成型技术
1.1 快速原型技术的制作流程 
快速成型制造技术又称为快速原型制造技术 (RapidPrototypingManufacturing,简称RPM)。它包 括SLS、SLA、SLM等成型方法,集成了CAD技术、数控技术、激光技术和材料技术等现代科技成果。与传统制造方法不同,快速成型的过程是首先生成 一个产品的三维CAD实体模型或曲面模型文件,将实体模型转换成RP文件标准的STL格式(Sterolithography),并对文件转换中出现的错误进行修补。然后,将上述每一片层的资料传到快速自动成型机中去,用材料添加法并以激光为加热源,依次将每一层烧结或熔结并同时连结各层,直到完成整个零件。SLS成型方法成型材料为各种可烧结粉末,如石蜡、塑料、低熔点金属粉末或它们的混合粉末,根据工艺要求,选取相应的材料,从而快速堆积制作产品实体模型。熔模快速成型技术工艺流程见图1。 
 

图1熔模快速成型技术工艺流程
1.2快速成型与熔模精密铸造的组合工艺
精密铸造是所有铸造方法中最精确的一种成 型方法,且可重复性好,铸件只需少量的加工。精密铸造首先需要设计和制作蜡模或其它可消失模用的模具,视铸件的复杂程度和尺寸大小,一般要花几周到几个月时间。得到模具后还要一周时间才能得到铸件,这几周主要是用于制作蜡模和型壳,在小批量生产中模具费用分摊昂贵。
RPM技术不用制造模具,可直接成型精铸用 蜡模。蜡模的激光快速成型(SLS法)使用的造型材料为石蜡粉末,其工艺过程是先在工作台上铺上一层粉末,在计算机控制下用激光束有选择地进行烧结(零件的空心部分不烧结,仍为粉末材料),被烧结部分便固化在一起构成零件的实心部分。一层完成后再进行下一层,新一层与其上一层被牢牢地烧结在一起。全部烧结完成后,去除多余的粉末,便得到烧结成的蜡模。该工艺的特点是材料适应面广,用铸造蜡可制造精铸蜡模,用陶瓷粉末能制造陶瓷型壳,用金属粉末能制成压制蜡模的金属模具。 快速成型技术在精密铸造中的应用可以分为三种情况,
一是成型蜡模或消失模,即精铸用原型,用于复杂铸件的小批量生产,产品开发或试制件。
二是直接型壳法,用于小量生产。
三是快速成型蜡模模具即母模,用于大批量生产。这些方法解决了传统方法的蜡模制造瓶颈问题,其工艺流程见图2。

 

图2 熔模快速铸造工艺流程图


2蜡模与制壳工艺要求
2.1 蜡模的尺寸
蜡模的尺寸与表面质量按图样技术条件确定, 对于尺寸而言,应当根据蜡模收缩率、合金收缩率、模壳膨胀系数,同时考虑现场工艺条件,通过实验确定综合线收缩率。如某成型机使用Pro/E进行三维造型,并将其转换成STL文件格式,在收缩率确定后,可以在MagicsRP软件对零件处理时首先进行放缩,这样即可得到理想尺寸的蜡模,继而获得铸件。考虑到合金种类、模壳类型对线收缩的影响, 可以测定铸件实际尺寸,反过来再次对蜡模尺寸进行修正,最终获得合格的蜡模和铸件。如低碳铸钢件,按传统的方法制造蜡模其综合收缩率为2.5%,经过对铸件尺寸的实际测量,其综合收缩率只有 1.8%,在激光快速成型蜡模时只需在MagicsRP 软件下,对模型的放缩进行调整即可校正蜡模尺寸。但在铸件生产过程中存在阻碍收缩等非自由收缩,其中内孔尺寸收缩率小,外形尺寸收缩率大。在使用Pro/E进行三维造型时,可以直接根据其收缩关系绘出蜡模的实际尺寸。

2.2蜡模的组焊 
快速成型机制出的蜡模原型要求无形变,尺寸 准确,通过精整处理后表面光洁,可以进行组焊、粘浆、制壳、脱蜡。浇注系统选用性能相近的中温蜡,以便于粘结牢固,满足制壳的强度要求,其尺寸按熔模铸造工艺设计选取。组焊工艺与传统蜡模相似,保证内浇口长度和间距,便于冒口补缩,模壳放置平稳。

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