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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: 240| 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 ...


2.3型壳制备 
快速成型技术制成的蜡模涂挂性能好,可以用 原工艺配制涂料,粘浆与撒砂,干燥。粘结剂用硅溶胶或硅酸乙酯,面层耐火材料用锆英粉,背层用莫来石或煤矸石粉。由于使用的烧结粉料熔化温度高,没有流动性,型壳不能使用蒸汽脱蜡工艺,但可以在纯氧环境下通过高温焙烧的方法去除蜡模,或者在开放的大气环境中焙烧脱除浇冒口及蜡模。 

3应用实例
3.1 熔模铸造发动机缸体 
四缸发动机缸体铸件大且形状复杂,模具设计 与制造难度大,生产中所需模板、芯盒、压蜡型的制 造更是一个难度非常大的过程,即使使用数控加工中心等昂贵的设备,在加工技术与工艺可行性方面仍存在很大困难,有时还需要钳工进行修整。从模具设计到加工制造是一个多环节的复杂过程,周期长、耗资大,略有失误就可能导致全部返工。利用快速成型技术直接制作蜡模,省出了模具制造周期和费用。
图3为采用快速铸造方法生产的四缸发动机的蜡模。按传统金属铸件方法制造,模具制造周期约需半年,费用几十万;用快速铸造方法,快速成型熔模3天,制壳与铸造过程约7天,整个试制任务比原计划可提前5个月
 

图3 采用快速铸造技术生产的四缸发动机蜡模

由于铸件尺寸较大,用水玻璃制壳,难保证型壳有足够的强度,用硅溶胶制壳,焙烧时因型壳尺寸太大,易出现裂纹。一般采用复合型壳,面层用硅溶胶锆英砂制壳,二、三层采用硅溶胶莫来石粉涂料,撒莫来石砂,加固层采用水玻璃制壳工艺,整个制壳过程只需5天时间,通过焙烧与浇注即可获得铸件。 

3.2熔模铸造铝合金接管 
接管为YL108铝合金,采用压铸成型是常用 的方法,作为试制产品,设计一副压铸模不仅生产周期长,而且费用较高,不便于零件的尺寸优化设计。采用快速成型技术制作蜡模具有较大的灵活性,只需更改接管的三维造型,无须重新制造模具。先用Pro/E制作接管的三维模型如图4,按0.8%的收缩率将模型转换成STL格式输入快速成型机中,制成接管蜡模原型。 
 

图4 接管三维模型


对蜡模进行适当的修整,焊接上浇注系统,再转入制壳工艺。由于接管结构简单,采用陶瓷型铸造不会存在清砂问题。面层采用锆英粉,背层用煤矸石粉耐火材料,共制六层即可满足强度要求。模 壳焙烧失蜡后,用300℃~400℃热壳浇注铝合金液,让模组充分冷却后,小心清理铸件模壳,最后对铸件进行喷砂处理,经检验铸件尺寸在图纸范围内,表面光洁。 

3.3石膏型铸造进气歧管
石膏型铸造,即用石膏制壳。象低熔点金属件 如铝镁合金铸件,采用石膏型效率更高,同时铸件质量能得到有效的保证,铸造成功率较高。石膏型铸造的第一步是用快速成型件制作可消失模,如图 5。蜡模修整后,焊上浇注系统,再将模组埋在石膏 浆体中得到石膏模,石膏模充分硬化干燥一段时间放进焙烧炉内焙烧。快速成型消失模通过高温焙烧熔解,最终完全消失干净,同时石膏模干燥硬化,这个过程一般要两天左右。为了保证铸件无气孔,轮廓清楚,在专门的真空浇铸设备内将熔融的铝合金液注入石膏模内,冷却后破碎石膏模就得了铝合金铸件。这种生产金属件的方法成本很低,一般只有用压铸模生产的2%~5%费用。生产周期很短,一般只需2周。由于可以在真空环境完成浇注,石膏型铸件的性能可与精铸件相比,甚至更优于普通精密铸造。

图5发动机进气歧管系列产品蜡模


3.4燃机涡轮铸件的铸造
在航空航天技术方面高性能、形状复杂的铸件 整体铸造问题,国内外应用最有效的方法是利用快速成型技术与熔模铸造相结合,各取其长[5]。如图7复杂难成型的燃机涡轮叶轮,多叶片整体成形,叶 片形状按气流动力学原理设计,给模具开模抽芯带来困难,型腔加工非常难。模具设计与制造周期长,费用高,甚至严重制约了产品研究与开化。
快速成型技术可以克服上述困难,直接生产燃机涡轮叶轮的蜡模(包含浇注系统)如图6,蜡模成型时不受叶轮形状的约束。成型的蜡模经过后续的表面处理,表面粗糙度Ra可以达到6.3μm,能很好的保证熔模的尺寸精度和表面质量。 燃机涡轮一般采用陶瓷型壳铸造。为提高铸件的抗疲劳性能,采用表面晶粒细化技术,使叶片部位晶粒为等轴晶。因此制壳工艺为:用铝酸钴—硅溶胶—锆英粉桨料涂表层,背层及加固层耐火材料选用煤矸石。由于叶片厚度小,不能有疏松,浇注系统设计成高压头、大模数球形冒口。适当控制浇注温度与型壳温度,提高钢液冶炼质量,可获得高质量的铸件如图7。 
 

图6 燃机涡轮蜡模模组 燃机涡轮铸件


4结语 
采用快速成型技术制造熔模精密铸造用蜡模, 可以避免制作金属模具对铸件形状、研制进程的限制,能大大地缩短研制周期,同时能节约模具生产成本,生产复杂的高精、尖端铸件。快速成型和精密铸造是互补的,如果没有快速自动成型,铸造原模的生产就是精密铸造的瓶颈。然而没有精密铸造,快速自动成型的应用也会存在很大的局限性。

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