机械铸造生产中快速成型技术的应用分析

2021-09-02韩芙蓉高文优

南方农机 2021年16期

关键词：规范性原型成型

韩芙蓉，高文优

（郑州轻工业大学，河南郑州 450066）

伴随着市场经济的不断发展和进步，机械生产企业要想实现多元发展的目标，就要与时俱进、勇于创新，引进快速成型技术，从而更好地提升机械制造效率，维持技术综合应用水平，为机械铸造生产质量和效率的全面进步提供保障。

1 快速成型技术概述

1.1 技术内涵

快速成型技术是一种新兴科研成果，融合计算机技术和材料科学技术，能共同打造更加合理高效的成型处理方式，相较于传统机械加工方法，快速成型技术结合CAD生成对应的零件几何信息，并且配合三维数控成型系统，维持成型效果。与此同时，快速成型技术省时、省料，借助专用工具就能完成设计工序和机械加工工序，从而提升整体技术操作的制造柔性，维持较好的生产效率。

1.2 技术原理

快速成型技术体系中，借助计算机设计三维模型，或者是借助逆向工程取得计算机模型，配合切片处理工序，完成逐层加工和层叠增长的应用控制工作，在快速成型技术的具体流程中，材料堆积原理是维持三维实体零件的关键，保证片层应用的规范性，才能将三维CAD转变为二维图形，实现层层叠加控制的规范性。

在三维CAD模型设计工序中，为了保证处理流程的规范性，要结合PC机或者图形工作站的应用要求，完成三维处理，对应的三维软件主要包括Pro/E、SolidWorks以及UG等，能实现三维CAD模型处理的目标，并且配合技术流程维持应用效果。而在CAD模型近似处理工作中，主要是借助STL文件格式完成数据的转换处理，如图1所示，并且能将三维实体表面利用系列化小三角形实现逼近操作，从而获取三维近似模型文件，匹配相应的处理工序，维持CAD模型分析的基本要求。

图1 STL文件格式

另外，要利用切片处理方式，有效地将模型以片层结构的方式予以描述控制，并且片层的基础厚度能达到50μm～500μm之间。在技术应用体系内，无论基础零件的形状和尺寸结构多么复杂，都能对每个层级结构进行平面矢量的扫描，从而获取轮廓线，以表示片层的边界，从而维持应用效果。

制作基本流程如下：1）CAD三维造型设计分析；2）STL文件设计，应用CAD造型软件进行前处理；3）对STL文件予以总和操作，利用数据处理工艺规划软件，配合监控软件生成CLI文件，并且匹配NC指令；4）利用制造原型完成层层堆积操作；5）进行后处理工序，完成工件剥离去支撑化和表面处理的强化操作；6）获取原型件。

1.3 技术特点

快速成型技术最大的优势就是能提升技术应用的柔性，打造更加合理的技术操作平台，维持机械铸造生产流程的规范性和合理性。

1）快速成型技术实现了技术的高度集成化应用，将计算机技术、数控技术、激光技术以及材料机械技术应用在综合集成化控制模式中，配合计算机就能完成离散运算分析，维持繁杂数据的转换工作，并且保证零件曲面分析和实体造型处理工作的规范性。最关键的是，数控技术处理过程中，高速精确的二维扫描非常关键，是维持精确高效堆积材料的前提。使用激光器件和功率控制技术就能更好地将固化、烧结以及切割等基础工作落实到位，保证综合技术应用效果符合实际。

2）快速成型技术的响应效率较高，在制造过程中维持CAD设计工序到原型处理工序的加工，就能维持综合应用水平。最关键的是，匹配几个小时或者几十个小时的处理工序，能维持零件应用的效果，提升产品的开发效率，维持RP技术并行工程和快速反应的合理性[1]。

3）快速成型技术能实现设计、制造一体化的技术应用目标，维持技术快速处理机制和模块，确保柔性技术的操作要素符合预期，维持技术层级加工的整体水平，也能更好地提高操作模块的综合应用效率。

除此之外，快速成型技术在实际应用中也具有一定的局限性，技术方案无法实现大批量生产的目的，因为产品自身的强度参数有限，所以要配合二次处理和应用控制技术才能直接使用，加之技术流程和操作模式较为新型，这就增加了设备的价格和项目的加工成本。

1.4 技术分类

目前，较为常见的快速成型技术方案主要分为以下几种。

1）按照成型原理进行分类：①基于激光和其他光源完成的成型技术流程，主要包括立体光刻技术、分层实体制造技术、选区激光烧结技术等；②基于喷射成型技术流程，主要分为熔融沉积成型技术、三维立体印刷技术、多相喷射沉积技术等。结合不同的技术应用要点和成型原理RP内容，就能建立不同的技术操作流程和应用方案，维持综合效果。

2）按照材料不同进行分类：①液体材料，主要包括液体树脂固化结构、熔融材料固化结构，分别为立体光刻技术和熔融沉积成型技术。②粉状材料，主要包括激光熔合材料和黏结剂黏结材料，分别为选区激光烧结技术和三维立体印刷技术；③片状材料，主要包括黏性片材黏结处理、UV黏结片状，分别为分层实体制造技术和实体薄片成型技术。

2 机械铸造生产中快速成型技术的应用

在机械制造生产中应用快速成型技术方案，能在缩短开发周期的同时，提升内部结构的精细化水平，并且优化企业获取订单的市场竞争力，打造更加多元可靠的相应技术方案，从而实现经济效益和社会效益的和谐统一。

2.1 直接铸造处理方案

在铸造工序中要匹配RP技术，实现铸造型壳和型芯的一步成型，要配合金属浇注处理，有效完成金属零件的生产。正是因为从原型到金属零件制造过程无需经过转化流程，所以能大大提升处理效率，被广泛应用在单件制造中。

2.1.1 直接壳型铸造

要借助激光设备完成选择性烧结处理，将反应性树脂包覆的陶瓷粉作为烧结基础，能实现型壳、型芯的一步到位铸造处理。技术应用环境为CAD工业体系，能将零件的模型转变为壳型，从而落实浇注系统，维持综合应用环境。需要注意的是，在型壳的实际厚度达到5 mm～10 mm之间时，烧结过程主要针对非零件烧结，待烧结工作结束就能将剩余粉末倒掉，从而配合固化处理工序，维持型壳处理工作的基本流程，并且确保金属零件应用的规范性。利用直接壳型铸造处理方式能在提升烧结精密性的同时，保证铸造流程的合理化水平，并且无需配合使用其他模具就能利用计算机网络资料完成铸造设计和制作过程。但是，直接壳型铸造工作最大的弊端就在于型壳厚度较厚，且固化处理工艺会增加型壳结构表面的粗糙度。

2.1.2 直接制模铸造

直接制模技术操作中，无需采取激光处理，只需要借助黏结剂落实选择性黏结操作即可，能确保CAD模型直接转变为对应的模壳结构，这种方式和熔模铸造工艺较为相似，能有效完成金属零件的制造工作。在直接制模铸造操作体系中，从设计工序到最终的成品零件出厂一般约为10天，大大提升了铸造流程的实效性，能建构更加合理且有效的技术流程。

另外，直接制模铸造技术工艺的环保性较高，且本身是柔性技术，能结合技术方案完成复杂外形和复杂内部结构的处理。也可以选择铸造用砂作为成形材料，能在浇注处理后直接获得对应的金属零件，整体操作技术能缩减设备的运行成本和费用，维持良好的铸造工序[2]。

配合技术应用流程和直接处理方案，就能更加直观地获取对应的元件，维持技术操作的规范性，并且减少转制操作产生的成本，为综合制模处理工序效果的优化提供保障。

2.2 一次转制技术

将RP技术作为基础，基于分层实体制造LOM工艺建立技术应用模式。LOM设备如图2所示，其工艺指的就是借助薄片材料完成处理，在涂覆热熔胶的基础上，确保利用热压辊热压片材，保证加工流程的合理性，并且将其和下面成形的工件予以黏结处理，配合使用CO2激光器切割不同的零件界面轮廓和工件外框，从而保证激光切割工序结束后带状片材能实现有效分离。目前，较为常见的一次转制技术分为普通砂型技术、实型铸造消失模技术和精密型铸造熔模技术。

图2 LOM设备

2.2.1 普通砂型技术方案

利用较为合理的树脂材料完成原型模样的处理和制作，并且配合表面喷镀处理方式，实现LOM法原型处理，就能将模样直接安装在模板结构和芯盒结构上，从而维持良好的应用状态。

1）制作砂型铸造模样时，要利用专用软件和快速成型技术匹配模式，保证软件能对制作零件的加工余量、起模斜度以及铸造圆角等予以控制，并且维持整体应用管理的规范性，整合相关技术体系和应用流程。

2）要将对应的数据信息内容直接输送到快速成型机中，保证能实现零件模样的自动制作处理，维持综合应用的规范性。

3）要将制成的模样应用在拼装模板中，替代传统木模处理方式中手工砂型铸造流程，为分段制作后再组合处理提供了保障。要结合模型的承压能力实际参数，对蜂窝状态结构部分予以合规设计，若是要提升模型的耐磨性，可以采取电镀处理的方式[3]。

在普通砂型技术处理工序中，为了能最大程度地节省树脂材料和上机操作时间，要结合蜂窝状结构予以全面处理，而实际的表面厚度以及蜂窝状结构尺寸与模样承受的压力参数相关，要想提升耐磨性，就要全面提升综合分析的水平。

2.2.2 实型铸造消失模技术方案

采取的是立体印刷SLA技术方案。SLA技术是以液态光敏树脂光聚合原理作为基础，液态材料能在指定波长和强度环境紫外光照射下完成光聚合处理，材料能从液态转变为固态。在液槽内盛放液态光固化树脂，匹配对应的激光束，就能实现偏转镜作用下的表面扫描处理，获取的扫描轨迹数值以及光线参数，都能依据计算机控制方案，满足液体固化需求。技术工作原理图如图3所示。

图3 SLA工作原理

配合使用树脂和热塑性材料原型分析机制，就能更好地提升铸造工艺的基本水平，优化生产铸件的控制效果。

1）要将涂覆耐火材料的成型零件直接放置在箱体中，且箱体内充填干砂，以保证相应工作都能有序开展。

2）抽调箱体内的干砂材料，配合实际使用要求和使用标准，维持砂型的稳定性和密实度，建构过程化处理机制和应用平台，维持操作规范程度。

3）要将熔化的金属液直接装进砂型结构中，主要是利用特殊的浇冒口，维持砂型应用的规范性，也能保证所烧模样并取代对应位置而获取金属零件。

4）为了进一步提升操作流程的规范性和质量水平，也要利用激光烧结的方式匹配聚苯乙烯、PMMA粉末等，从而在降低烧结温度的同时提升烧结处理工序的强度，保证实型铸造应用工序的规范性。

2.2.3 精密型铸造熔模技术方案

在应用快速成型技术方案的过程中，将技术制作的原型作为熔模铸造处理工序的熔失模较为常见，能结合对应的技术处理流程提升操作的合理性。

1）相较于熔模铸造制壳工艺，精密型铸造熔模技术方案工艺本质上存在一定的差异，匹配计算机辅助设计就能获取对应的数据信息，整个处理过程无需匹配模具或者压型结构，利用熔模铸造处理方式能大大提升工作效率，减少制压型、蜡模工序造成的浪费，缩短生产周期，提高成本的控制效率。

2）应用规范的处理模式和应用技术方案，还能完成净形零件处理的要求，保证中空零件操作效果。按照以下流程完成相关处理：①计算机处理；②启动控制软件，实现对应技术流程并获取CLI文件开启指令；③利用初始化系统启动净形零件控制系统，确保成型原型件应用规范；④原型件后处理[4]。

3）在精密型铸造熔模技术操作方案中，配合使用3DP工艺，在零件的截面位置印刷对应的材料粉末，使用黏结剂黏结的零件整体强度较低，要完成后处理工序，在烧掉黏结剂的同时，保证高温环境下金属的渗入控制，保证了零件的致密化处理，也为精密型铸造熔模技术的强度优化提供了保障。

2.3 二次转制技术

在机械制造生产中应用快速成型技术，二次转制处理也较为常见，主要是将RP技术提供的原型作为后续技术处理和操作的母模，维持流程应用的规范性，能配合浇注蜡、硅橡胶以及环氧树脂等完成材料处理工序，并且打造软模具，维持熔模铸造流程的规范性。与此同时，在技术应用过程中，还能匹配精密型铸造工艺流程，保证金属零件处理和应用的综合效果。因为从原型结构到金属零件结构要利用二次或者二次以上的工艺转化处理，所以工艺被广泛应用在批量零件制造项目中，不仅制作周期较为合理且对应的成本控制效果较好，发挥关键技术原型尺寸精度分析和表面粗糙度控制的优势，确保时效性定位管理的最优化。