快速成型技术对机械铸造生产的应用
作者：admin 来源：未知 日期：2021-03-10 08:26人气：
摘要：科技的进步为计算机技术的发展起到了积极的推动作用，在此基础上发展起来的快速成型技术也有了明显的提升，该技术作为一项新兴技术，随着技术的不断优化、应用的逐渐广泛，被广泛关注。该技术的应用可以弥补传统工艺的弊端，降低生产成本，提高生产效率，对制造业生产发挥着非常积极的作用。基于此，本文就机械铸造生产中快速成型技术的应用展开研究，首先阐述了快速成型技术的原理，其次对其的应用进行了深入的分析，以期能够为机械铸造生产水平的提高起到带动作用。
关键词：机械铸造；快速成型技术；应用
近年来，在市场经济不断快速发展下，机械铸造企业的生产水平得到了大幅度提升。但是在其快速的发展中也存在一些问题，比如机械铸造企业生产时难以提高产品生产效率，生产时间耗费过长。在传统生产中，机械铸造企业的技术水平较低，导致产品质量无法满足标准要求，为了提高机械铸造技术，企业在发展中通过引入先进的计算机技术，提高产品生产技术，增强企业的市场竞争力。在机械铸造中应用快速成型技术可以提高企业生产效率，更好设计产品，使产品不仅可以提高质量，也能够提高美观度。
1快速成型技术概述
1.1概念
快速成型技术属于国际新型技术，其核心在于计算机和材料这两种技术。该技术将传统机械加工方法摒弃掉，按照CAD将零件几何信息生成出来，通过三维数控成型系统，利用激光束等方法堆积材料进而形成零件[1]。通过该方法制成的零件无需耗费大量时间、精力制作模具、工具等进行设计加工，只需要在计算机系统中数据相应的参数，在加工设备中添加材料，进而生成零件。该技术的应用不仅可以提高生产效率和产品质量，同时也能够提高制造柔性。当前快速成型技术的方法包括立体平板印刷法、陶瓷壳、激光分层烧结、逐层轮廓成型、熔化堆积等等方法。这些方法各有特点，但是工艺过程基本一致。市场上广泛使用的方法是立体平板印刷法。
1.2原理
快速成型技术属于先进制造技术中的一种，其不仅在制造思想和方法上有所进步，同时也在零件制作质量、性能够、尺寸、速度等方面均有所突破，进展幅度相当大。该技术原理是：顺着一个坐标方向将多个二维平面叠加起来形成三维零件，利用CAD软件中的三维实体模型将其离散成多个平面几个星星，之后利用粘接、熔结、聚合等操作或是化学反应逐层对液体材料进行固化、粘接，进而快速堆积制作出与要求相符的零材料，制造方式也是不断将材料根据要求加入到未加工完的零件中，直到零件制作完成[2]。
1.3类型
快速成型技术需要应用计算机技术和材料技术，其与时代发展相符，因此该技术应用广泛。当前该技术的类型较多，主要可以分为以下几种：①光固化成型。该技术是利用液态光敏树脂为原料，根据零件截面形状轨迹将其通过激光照射进液体树脂中，进而使其固化。固化后的液态树脂表面会有一层新的液态树脂，同样适用激光照射法，之后将两层树脂粘结起来，重复操作直到完成零件生产。②熔融沉积成型。该技术应用热塑性能佳的材料，先融化材料，之后通过喷射器根据零件截面轮廓进行喷射，喷射一层后再向上移动一小段距离进行再次喷射，直到完成零件生产[3]。③选择性激光烧结。该技术一般应用在中空零件制作中，先要将原料粉末铺在操作台中，之后通过激光进行选择性烧结，逐层进行烧结后，直到完成零件生产。④分层实体制造。该技术可以用于实体零件的制造，主要应用锡箔、纸等材料，先将锡箔铺在操作台上，之后根据零件截面形状利用激光切割锡箔，切割后再将新的锡箔粘结在一起，重复操作，直到完成零件生产。
2机械铸造生产中快速成型技术的应用
机械铸造和快速成型技术二者结合的产物就是快速铸造成型技术，其能够生产出多种材料、形状多变、结构精细的零件，产品生产周期短，但是精度十分高，可以增强企业竞争力，而快速成型技术可以为企业生产更高水平的零件提供相应技术，将其应用潜力充分激发出来十分重要。按照铸造方式的不同，可将其分为以下几种方式：
2.1直接铸造法
直接铸造法就是利用快速成型技术直接铸造出零件的型壳、型芯，只需要简单处理就能够进行金属浇注，进而制造出金属零件。整个过程无需进行造型转化，进而被称为直接铸造法。该工艺通常应用在单件零件制造和复杂零件制造中。根据是否需要制造壳型，又可以分为直接壳型制造和直接制模制造两种方法。2.1.1直接壳型制造该制造技术是通过激光进行选择性烧结，进而烧结被反应性树脂材料所包裹的陶瓷粉，之后制作成型壳、型芯。CAD系统中，且可以直接转化零件，将其变为壳型，之后进行搭配浇筑系统。型壳厚度为5-10mm，烧结时，先烧结非零件部位，零件部位为粉末[4]。烧结后，倒出粉末，在进行固化处理，进而得到最终型壳之后浇筑即可得到金属零件。该方法可以将传统零件铸造中的一些过程省去，极大的变革了传统铸造技术，铸造速度快，无需模具、画图，设计师可以直接利用计算机技术在系统中设计制作型壳。但是，在制作时，需要考虑好型壳的厚度、表面粗糙度和固化工艺等。2.1.2直接制模制造该工艺无需激光选择性烧结，其通过粘结剂选择性粘接。通过CAD模型转化模壳，之后使用熔模工艺制造零件。从设计到制造整个过程只需要短短10天，属于金属零件设计制造新突破。该工艺使熔模制造技术成为金属零件成型更具有吸引力，由于其属于柔性、环保公益，因此能够制造出很多复杂零件，成型材料也为铸造用砂，可以直接制作成砂型，运行成本低，成型规格大，材料便宜，可以在单件大型复杂零件制造中应用。
2.2间接铸造法
间接铸造法就是快速成型技术制作铸造的母型，再用母型进行零部件的铸造。根据转制次数的多少，又可以分为一次转制法和二次转制法两种类型。2.2.1一次转制法一次转制法就是利用快速成型技术提供的母型，将其与普通砂型、熔模、消失模、真空等铸造工艺直接结合起来进行金属零件的制造。该制造过程从原型至成型需要历经一次转化，因此被称为一次转制法。该方法广泛应用在单件小批量零件制造中。优点制作周期短，应用比较灵活。根据铸造方式的不同，可分为以下三种类型：①普通砂型制造。该工艺的应用需要选择合适的数值材料制作原型，之后对表面进行喷镀，或是采用逐层轮廓成型法制作原型，之后直接将模样安装到模板上应用。在进行砂型铸造模板制造时，需要与专用软件、快速成型技术结合起来。首先，利用专用软件制造零件时，可以在其中加入加工余量、铸造圆角等数据，之后将其共同添加到快速成型机中，自动制作零件[5]。制作的零件模样可以用于拼装模板，也能够替代传统木模的手工砂型，若是模型过大也可以分段制作，之后再组合起来。为了节约材料和实践，一般会将模板背面制作为蜂窝状，可以节省70%材料，表面厚度和蜂窝结构尺寸可以按照模板承受压力确定。为保证模样耐磨，可以将铝合金等材料喷涂在表面。②精密铸造熔模成型。快速成型技术应用原型都可以利用熔模制造。陶瓷壳法就是直接制模制造，其利用电力模型形成固体三维陶瓷模壳，相对于熔模制造模壳而言，该技术可以直接使用计算机数据进行自动制造，形成陶瓷壳，不需要模具或是压型，利用熔模铸造能够将制压型、拉模等工序去除，缩短工期。该方法可以用于近净形零件和中空零件。③实型铸造消失模成型。激光分层烧结、立体印刷、熔化堆积法等都能够使用实型铸造工艺。将耐火材料成型模样放入到密封且具有干砂箱体内，将其中的空气抽取掉，紧实砂型，并利用浇冒口将熔化后的金属液放入到砂型内，将模样烧掉，取代位置，进而构成金属零件。但是，模样烧掉后会留有灰分，对零件表面质量产生影响[6]。而激光烧结可以通过PMMA粉末进行模样铸造，可以解决烧掉后出现的灰分现象。2.2.2二次转制法二次转制法是利用快速成型技术中的母型，采用蜡、环氧树脂、硅橡胶等材料浇筑形成软模具，之后将其与熔模、陶瓷型、石膏型等制造工艺相结合，进而形成金属零件[7]。整个过程需要历经两次及其以上的转化，因此也被称为二次转制法。该方法广泛应用在批量零件铸造过程中，其应用的重点在于原型翻制软膜尺寸精度比较高以及表面粗糙度好、模具定位准确等方面。
2.3应用实例
机械铸造实际生产过程中，快速成型技术广泛应用在产品设计试制、装配、性能分析等方面[8]。近年来，有些美国的汽车零部件制造企业利用先进的快速成型技术对变速杆进行试制，试制之后对其生产的样品开展一些了试验，验证了产品安全性、合格性等。同时通过使用快速成型技术和普通铸造技术进行对比试验，分析结果可知：如果不使用快速成型技术，样品制作、试验需要花费的时间更多，成本更高。使用快速成型技术大约能比普通铸造技术节约18周的时间，成本则可以大约节约4万元。有些先进的美国汽车零部件公司，开始利用快速成型技术装配发动机、设计进气导管。在发动机设计过程中，传统的气缸头模型制造需要花费大约30天时间，但是利用快速成型技术可以大大缩短模型制造时间，制造精度更高，不仅可以提高生产效率，也能够提高产品质量。通过快速成型技术的成功应用，国外一些大型的生产企业采用新型的生产模式代替了原来的低端的生产模式。
3结束语
总而言之，快速成型技术在制造生产领域中的应用广泛，且被该领域十分重视，其在机械铸造生产中的应用成本低，工艺也更为灵活，可以生产尺寸大且结构复杂的零件。而随着快速成型技术的逐渐优化完善，该技术在机械铸造生产中的应用越发广泛，其不仅将企业生产潜能充分发挥出来，同时也能够提高生产效率和质量，极大力度研发新产品，进而增加经济效益、社会效益等。同时，随着机械产品的周期要求越来越短，这就要求快速成型技术能适应通用化的要求，在设计研发上要做到模块化、标准化，增加通用互换性，提高效率。而实现快速成型技术的大面积推广能使产品质量更为稳定，工作效率大为提高。因此，对于机械铸造企业而言，其未来能够在激烈的市场竞争中占据优势地位，必须要完善自身生产技术，优化快速成型技术。
参考文献：
[1]王志强.新时期快速成型技术的研究及其在自动化铸造的运用[J].化工中间体，2019（011）：55-56.
[2]王瑾，赵亮，宁玮.激光快速成型技术在汽车精铸件生产中的应用[J].铸造技术，2018，039（007）：1439-1442.
[3]曹健.快速成型技术在铸造模具制造中的应用研究[J].南方农机，2020，51（05）：123-124.
[4]李娇娇.铸造蜡3D打印机的设计与研究[D].河北农业大学，2018.
[5]朱涛.快速成型技术在集成制造及数控机械制造中的应用探究[J].微计算机信息，2018（008）：145-146.
[6]余声.快速成型技术在集成制造及微机械制造中的应用探讨[J].科学与信息化，2019（019）：119.
[7]方伟涛.机械制造中金属材料快速成型技术探究[J].中国设备工程，2020（007）：189-191.
[8]常桢.新时期快速成型技术的研究及其在机械铸造中的应用[J].科技致富向导，2013（20）：171.
作者：马梦奇 霸志昊 王鹏 单位：滨州渤海活塞有限公司
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