鑄造用模具快速成型工藝及性能研究

王闖

摘 要： 脆性材料主要通過鑄造工藝形成，模具應(yīng)用質(zhì)量影響了產(chǎn)品的最終質(zhì)量。我國(guó)近年來逐步擴(kuò)大鑄造市場(chǎng)的需求，一定程度推動(dòng)其發(fā)展。傳統(tǒng)模具主要采取手工方法，質(zhì)量缺乏穩(wěn)定性，操作時(shí)間較長(zhǎng)，生產(chǎn)環(huán)境不佳，一定程度約束了模具的可持續(xù)發(fā)展。目前，隨著不斷加快的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，工業(yè)發(fā)展也體現(xiàn)出成本低、質(zhì)量高、品種多的特點(diǎn)。在這一前提下產(chǎn)生了快速成型技術(shù)。本文針對(duì)這一工藝，提出其原理和應(yīng)用方法，簡(jiǎn)單分析了需要注意的問題。

關(guān)鍵詞： 鑄造模具;快速成型;工藝性能

鑄造是十分關(guān)鍵的技術(shù)，其應(yīng)用在復(fù)雜零件材料中形成巨大的優(yōu)勢(shì)，但整體柔性不足?？焖俪尚凸に囋阼T造用模具中的融合應(yīng)用，可以有效降低零部件的生產(chǎn)成本，提升生產(chǎn)水平，與市場(chǎng)發(fā)展需求高度相符。這項(xiàng)技術(shù)能夠?yàn)榫苄澡T造工藝提供必需的蠟?zāi)＃行嚎s了制作傳統(tǒng)蠟?zāi)Ｋ璧臅r(shí)間，提升了柔性水平。

一、技術(shù)性能分析

在二十世紀(jì)八十年后期產(chǎn)生了快速成型技術(shù)，屬于全新的堆積制造材料工藝，也是制造行業(yè)取得的重大研究成績(jī)。其全面綜合了各個(gè)學(xué)科知識(shí)。可以自由、迅速和準(zhǔn)確的改變?cè)O(shè)計(jì)思路使其轉(zhuǎn)變?yōu)榫邆湟欢ㄐ阅艿脑?。進(jìn)一步為制作零件、檢驗(yàn)設(shè)計(jì)思想等提供了一種成本低廉的實(shí)際手段。

其中選擇性激光燒結(jié)技術(shù)（SLA）根據(jù)分層疊加理論，由于計(jì)算機(jī)帶來的全面控制功能，通過激光能量燒結(jié)、逐層堆積粉末材料使其成形。首先，需要制作樣品三維模型，之后通過軟件獲得各個(gè)層次的處理加工數(shù)據(jù)，形成文件。燒結(jié)之前，科學(xué)設(shè)計(jì)各種工藝參數(shù)，在預(yù)先設(shè)定的溫度下加熱粉料提升至送粉缸，由于鋪粉棍的影響下在工作平臺(tái)上平鋪粉末，計(jì)算機(jī)控制形成的激光束對(duì)額定速率和功率截面輪廓有效掃描。掃描以后的粉末產(chǎn)生實(shí)體輪廓，而尚未掃描的部分則對(duì)下一粉末層提供支撐。當(dāng)結(jié)束第一層掃描操作后，向下一分層成功轉(zhuǎn)移操作臺(tái)，有效抬高送粉設(shè)備順利實(shí)施鋪粉，直到產(chǎn)生掃描燒結(jié)，高度融合前后形成的實(shí)體片層。不斷反復(fù)，指導(dǎo)結(jié)束操作。[1]

二、技術(shù)應(yīng)用

（一）基本原理

利用切片軟件對(duì)三維實(shí)體造型或數(shù)字化測(cè)量三維數(shù)據(jù)進(jìn)行分層處置，根據(jù)分層零件截面采用激光束逐一對(duì)固化粉末材料進(jìn)行掃描，燒結(jié)形成實(shí)體。這一操作速度不會(huì)影響鑄件復(fù)雜度，僅與蠟?zāi)Ｙ|(zhì)量有關(guān)。選擇蠟基聚苯乙烯粉末作為原材料，通過激光燒結(jié)成型后，開始修補(bǔ)浸蠟和打磨處置。

蠟?zāi)５男蜌じ稍飼r(shí)間類似于一般蠟?zāi)５耐苛吓c撒砂技術(shù)，不同之處在于不存在熔點(diǎn)固定的模料，所以脫蠟與焙燒工藝與普通蠟?zāi)Ｒ泊嬖谥欢ú町悺?/p>

制殼主要技術(shù)：首先，在低溫蠟制作過程中消除澆注系統(tǒng)，借助通道對(duì)蠟基聚苯乙烯進(jìn)行制作，嚴(yán)控操作時(shí)間，保證澆道順暢即可，較長(zhǎng)時(shí)間容易產(chǎn)生脹裂;之后，在電爐內(nèi)部焙燒型殼，1h之內(nèi)保持350-400℃，完全流出材料，再加溫到達(dá)950℃保持4h，完全燃燒以后清除干凈。不管是脫蠟或是焙燒，都需要向下傾斜燒口杯，及時(shí)流出原料，防止其膨脹以后產(chǎn)生脹裂。

（二）模型預(yù)處理

采取比較有代表性的鑄件，設(shè)計(jì)半空心蜂窩結(jié)構(gòu)快速成型模實(shí)驗(yàn)，選擇專用樹脂。為避免在脫蠟與焙燒操作中發(fā)生型殼脹裂等問題，制作前可以預(yù)處理模型。

第一，將細(xì)蠟棒上粘結(jié)模型左右，完成制作以后除去頂部的型殼，之后采取燒燙的鐵絲將蠟棒以及內(nèi)部模型表皮積極燙穿，產(chǎn)生通風(fēng)孔，這樣就避免除去蒸汽時(shí)澆到蠟，同時(shí)模型包含的空氣由于加熱產(chǎn)生膨脹力，有利于氧氣順利進(jìn)入殼深處，確保在焙燒操作中完全燃燒樹脂。[2]

第二，在模型粘接內(nèi)部澆口位置實(shí)施鉆孔，之后與澆口粘接，主要作用是輸送氧氣，有利于燃燒模型。在澆筑型殼之前應(yīng)堵上通風(fēng)口，這樣的做法會(huì)相應(yīng)增加操作流程;因此，不需要實(shí)施預(yù)處理，根據(jù)普通制模技術(shù)開展有關(guān)的試驗(yàn)。

（三）制殼技術(shù)

選擇硅溶膠-硅酸乙酯復(fù)合型殼，實(shí)際采取硅溶膠涂料作為面層;將硅酸乙酯涂抹在2-6層。科學(xué)制作硅酸乙酯水解液，包含高低強(qiáng)度型殼。首先，采取蒸汽脫蠟釜對(duì)澆注系統(tǒng)包含的低溫蠟有效除去，綜合應(yīng)用脫蠟蒸汽壓力，經(jīng)過5-15min處理以后;之后，分別采取天然氣爐與臺(tái)車式型殼焙燒電爐處置型殼。[3]

（四）鑄件實(shí)際尺寸

檢查小批量生產(chǎn)的鋁合金殼體鑄件尺寸，除了在制作模型過程中設(shè)定收縮方向概率不恰當(dāng)，導(dǎo)致個(gè)別加工余量形成較大的差異之外，其余尺寸都滿足規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。

三、應(yīng)用中需要注意的問題

（一）零部件表面質(zhì)量問題

由于加工技術(shù)存在的特點(diǎn)，一般是逐層鋪粉零件之后逐一燒結(jié)產(chǎn)生，所以若結(jié)構(gòu)形成較大坡度則會(huì)發(fā)生顯著的階梯紋。若在外表面浸蠟以后實(shí)施精修可對(duì)梯紋有效清除，若該類梯紋出現(xiàn)在零件內(nèi)部則不能徹底去除，對(duì)表面質(zhì)量帶來一定的影響。因此，怎樣利用處理數(shù)據(jù)軟件或其它方法滿足質(zhì)量要求是當(dāng)前需要重點(diǎn)解決的問題。

（二）脫蠟工藝

當(dāng)前蠟?zāi)＿x擇PSB粉制作，主要通過明火或高溫爐對(duì)陰干型殼空架進(jìn)行燒蝕，熔化流出型殼中的蠟?zāi)?，余量分解。若明火上的空架尚未燃燒完全則會(huì)對(duì)空氣質(zhì)量造成影響，與工業(yè)綠色環(huán)保理念不符;若在高溫爐內(nèi)直接放置型殼，由爐膛緩慢流出乳化的蠟液，容易發(fā)生燃燒，并鉆出火苗，產(chǎn)生嚴(yán)重的安全事故。因此，需要研究全新燒結(jié)原料使其滿足綠色環(huán)保生產(chǎn)的需要。

四、結(jié)語

鑄造工業(yè)已經(jīng)逐步完成商業(yè)化操作并處在迅速發(fā)展過程中，研發(fā)產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，可以相應(yīng)改進(jìn)鑄造工藝。其中選擇性激光燒結(jié)技術(shù)表現(xiàn)出較強(qiáng)的先進(jìn)性，其也產(chǎn)生了巨大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，但這一工藝也存在著一定不足，在技術(shù)應(yīng)用過程中尚處在初級(jí)階段。因此，需要不斷提升技術(shù)水平，重點(diǎn)發(fā)展附加價(jià)值較高的鑄造產(chǎn)品，提升產(chǎn)品的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)：

[1]呂志剛，周澤衡.我國(guó)精密鑄造行業(yè)發(fā)展面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)[J].特種鑄造及有色合金，2016（1）：65-68.

[2]陳勝利.快速成形技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2015（10）：30-32.

[3]陳冰.快速成形技術(shù)在熔模鑄造中的應(yīng)用[J].特種鑄造及有色合金，2016（12）：732-734.