快速成型技术在熔模精密铸造中的应用

冯庆辉 钱文勇

摘 要：快速成型技术是高柔性的现代化制造工艺，在无专门工具的情况下直接完成零部件的成型制备。快速成型技術在熔模精密铸造中的有效应用，可满足新产品的试制与小批量的生产要求。本文即从快速成型技术出发，从组合工艺、蜡模组焊、制壳工艺以及产品实例等方面，深入分析了快速成型技术在熔模精密铸造中的具体应用，以促进二者的紧密融合。

关键词：快速成型技术；精密铸造；应用；蜡模

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.24.040

近年来，随着我国市场经济制度的逐步完善与国家综合实力的迅速提升，航空航天以及国防科技开始成为国家重点发展的行业。航天探测、国防建设、汽车生产等均离不开金属零件，这些金属零件不仅是上述产业的必要物质基础，更具有着结构复杂、精细化程度高等特点。部分金属零件的结构并不对称，甚至存在着多种类型的不规则曲面，这显著增加了金属零件的铸造难度。传统的金属部件铸造技术需要通过设计母模或过渡模来完成复制，耗时长、成本高且制造困难，快速成型技术的形成则解决了这一难题。快速成型技术可在短时间内快捷的制备出蜡模或可消失熔模，增强了精密铸造的效率与柔性。本文即分析了快速成型技术在熔模精密铸造中的应用。

1 快速成型技术及制作流程

快速成型技术，英文表达为Rapid Prototyping Manufacturing，可简称为RPM，它主要包含三种成型制造方法，分别是SLS、SLA以及SLM。与传统的制造工艺相比，快速成型技术同时融合了计算机辅助设计技术、数控技术、材料技术等诸多新型科技手段，具有高柔性、低成本、方便快捷等优势。通常情况下，快速成型技术的工艺流程主要包含三项步骤：第一，利用计算机设计软件形成待生产产品的三维实体模型，并将该三维模型转换为RP文件标准的STL格式，若模型转换过程中发生了错误，设计人员应及时查验并予以修补。第二，整理上述环节中形成的每一片层的资料，并发送至快速自动成型机中。第三，在产品的快速制造过程中，技术人员以激光作为产品快速成型加工的加热源，采取材料添加法，将每一层烧结或熔结，逐步将各层连结在一起，直至制备出完整的零件产品。

2 快速成型技术在熔模精密铸造中的应用

2.1 快速成型与熔模精密铸造的组合工艺

熔模精密铸造是当前我国零件制造方法中的核心组成，具有着广泛的应用，其精确度高、可重复性好且工作量少。与其他铸造方法不同的是，精密铸造以蜡模或其它可消失模用的模具为基础，其铸造效率取决于铸件的结构和尺寸，通常情况下，精密铸造的铸件需要耗时几周到几个月不等。待模具设计与加工完成后，并不能立刻投入使用，而需要进一步制备蜡模和型壳。在生产量较小的情况下，模具设计与制造往往需要分摊高昂的成本。

快速成型技术可在较大程度上解决传统铸造工艺的问题，其不需制造模具，即可直接成型精铸蜡模。运用激光快速成型法制作的蜡模所采用的材料主要是石蜡粉末，通过激光束层层烧结而成。此种成型技术可广泛应用于不同材料，包含石蜡粉末、陶瓷粉末、金属粉末等，利用陶瓷粉末制备陶瓷型壳，利用金属粉末则可制备出金属模具。快速成型技术与熔模精密铸造的紧密融合重点包含三种情况：其一，成型蜡模或消失模，适用于小批量铸造结构复杂的零件；其二，直接型壳法，其特点是批量小；其三，快速成型蜡模模具，该方法主要应用于大批量的零件铸造。

2.2 蜡模的尺寸与组焊

蜡模是快速成型技术得以广泛应用的基础，其在具体的零件成型铸造中至关重要。一般状态下，铸造人员应尤其注意蜡模的尺寸与组焊。首先，蜡模的尺寸设计。蜡模的尺寸大小会受到多种因素的共同影响，如蜡模收缩率、合金收缩率、模壳膨胀系数以及可采用的工艺技术等，因此，铸造人员必须综合考量。通常，蜡模的收缩率需要经过实验方可确定。若铸造人员选用Pro/E制备产品零件的三维造型，随后进行格式的转换，待技术人员明确收缩率之后，可通过Magies RP软件对零件进行适当的放缩处理，这可在较大程度上保障蜡模尺寸符合需求。除此之外，合金或模壳的种类也是影响线收缩性的重要因素，为排除这二者的影响，铸造人员需首先确定铸件的实际尺寸，再针对性的调整蜡模尺寸，从而优化蜡模与铸件的质量。其次，蜡模的组焊。通过快速成型技术制备的蜡模原型具有较高的质量要求，不仅不能产生任何形变，且尺寸精准无误差。蜡模原型经过相应的整洁处理即可进行阻焊、粘粘等。蜡模浇注需采取性能一致或近似的中温蜡，以增强蜡模粘粘的稳定性。蜡模的组焊需注意内浇口长度和间距，以便于冒口补缩。

2.3 型壳制备的工艺要求

与传统的制造工艺不同，快速成型技术制备生成的蜡模不仅具有较强的涂挂性能，且能够使用原工艺进行涂料的配置、粘浆以及撒砂等。一般情况下，我国目前多通用的粘结剂主要是硅溶胶或硅酸乙酯，错英粉则是应用最广泛的耐火材料。快速成型技术在熔模精确铸造的应用中，采用的烧结粉料一经融化即可产生较高的温度，四周环境中的气体也无法流动，这使得型壳无法采用蒸汽脱蜡技术，然而，利用纯氧环境，技术人员可选择高温焙烧法，从而达到去除蜡模的目的。

3 结论

综上所述，快速成型技术作为现阶段我国零件产品制造的主要方法，其在熔模精密铸造中具有着良好的应用，如结构复杂的四缸发动机缸体、铝合金接管以及进气歧管等。与传统的制造方法相比，快速成型技术不仅具备较强的柔性，且能够在较大程度上突破以往金属铸件在形状、结构等方面的限制，有效缩短制造周期、降低制造成本，真正实现零部件铸造产业的低投资、高回报。快速成型技术与熔模精密铸造是紧密融合、相互补充的，二者缺一不可，共同推动着我国零件铸造水平的提升，并为航天航空与国防事业做出贡献。

参考文献：

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