基于快速成型技術(shù)的機(jī)械鑄造生產(chǎn)的研究

羅加祥

摘要：快速成型技術(shù)作為一種機(jī)械生產(chǎn)的加工技術(shù)，在促進(jìn)工業(yè)和制造業(yè)的發(fā)展中具有重要的作用?？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展為快速成型技術(shù)的研發(fā)和優(yōu)化提供了一定的助力，將快速成型技術(shù)與機(jī)械鑄造生產(chǎn)相結(jié)合，能夠有效提高工業(yè)和制造業(yè)的生產(chǎn)效率。本文以機(jī)械鑄造生產(chǎn)為主要研究對象，著重對基于快速成型技術(shù)的機(jī)械鑄造生產(chǎn)進(jìn)行了研究和分析，旨在促進(jìn)我國快速成型技術(shù)水平的提高。

關(guān)鍵詞：快速成型技術(shù) 機(jī)械鑄造生產(chǎn) 機(jī)械鑄造 金屬零件 一次轉(zhuǎn)制法

中圖分類號：TG24 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2021）07（c）-0059-03

Research on Mechanical Casting Production Based on RapidMolding Technology

LUO Jiaxiang

（ Guizhou Geological Prospecting Equipment Service Center， Guiyang， Guizhou Province， 550005 China ）

Abstract： As a machining technology of mechanical production， rapid molding technology plays an important role in promoting the development of industry and manufacturing. The development of science and technology provides a certain help for the R & D and optimization of rapid molding technology. The combination of rapid molding technology and mechanical casting production can effectively improve the production efficiency of industry and manufacturing. Taking mechanical casting production as the main research object， this paper focuses on the research and analysis of mechanical casting production based on rapid molding technology， in order to promote the improvement of rapid molding technology in China.

Key Words： Rapid molding technology; Mechanical casting production; Mechanical casting; Metal parts; One time conversion method

機(jī)械鑄造生產(chǎn)作為制造業(yè)的重要組成部分，在促進(jìn)工業(yè)和社會(huì)的發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用?？焖俪尚图夹g(shù)作為一種區(qū)別于傳統(tǒng)機(jī)械加工工藝的新型技術(shù)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械工藝的生產(chǎn)和鑄造，還能夠有效提高機(jī)械鑄造生產(chǎn)的質(zhì)量和效率。對基于快速成型技術(shù)的機(jī)械鑄造生產(chǎn)進(jìn)行分析，能夠?yàn)槲覈焖俪尚图夹g(shù)的研發(fā)和優(yōu)化提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn)和思路。

1 快速成型技術(shù)

1.1 快速成型技術(shù)的主要原理

快速成型技術(shù)主要是建立在計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)之上的，借助CAD等傳統(tǒng)的繪圖軟件和現(xiàn)代化的三維立體技術(shù)來構(gòu)建機(jī)械產(chǎn)品的模型，以便能夠?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)和生產(chǎn)人員提供更直觀的工藝應(yīng)用情況。在應(yīng)用快速成型技術(shù)進(jìn)行機(jī)械鑄造和加工時(shí)，首先依據(jù)CAD軟件來實(shí)現(xiàn)對機(jī)械零件幾何信息的獲取，然后將這些數(shù)據(jù)信息輸入到三維數(shù)控系統(tǒng)當(dāng)中，以激光等措施來將材料加工成具體的零件[1]。與傳統(tǒng)的機(jī)械生產(chǎn)加工技術(shù)相比，快速成型技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中無需耗費(fèi)額外的時(shí)間和精力來制作模具，且與制造模具相比，快速成型技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對機(jī)械部件的及時(shí)調(diào)整和改進(jìn)，在減少機(jī)械設(shè)計(jì)不合理情況的同時(shí)，也能夠提高機(jī)械鑄造和生產(chǎn)的效率。現(xiàn)階段，快速成型技術(shù)已經(jīng)被逐漸應(yīng)用到機(jī)械鑄造生產(chǎn)當(dāng)中，有效提高了機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量和效率。

1.2 快速成型技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)

快速成型技術(shù)在機(jī)械鑄造生產(chǎn)中應(yīng)用的特點(diǎn)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。第一，快速成型技術(shù)在應(yīng)用中，能夠利用三維建模技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對任意造型和形狀機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，在適應(yīng)各種機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)復(fù)雜要求的同時(shí)，也能夠滿足對機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量要求。第二，快速成型技術(shù)還具有快速制造的特點(diǎn)。與人工繪制設(shè)計(jì)圖紙的方式相比，在利用計(jì)算機(jī)來進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品模型的建造時(shí)，能夠直接省略制造模具這一步驟，并通過計(jì)算機(jī)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對模型數(shù)據(jù)的變化調(diào)整，能夠大大提高機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)生產(chǎn)效率[2]。而快速成型技術(shù)擁有的這一優(yōu)勢，能夠在提升機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)效率的同時(shí)，為企業(yè)獲得更大的市場優(yōu)勢。第三，快速成型技術(shù)應(yīng)用的特點(diǎn)還主要體現(xiàn)在其能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與制造的一體化上。將計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合，不僅能夠?yàn)闄C(jī)械產(chǎn)品的鑄造和生產(chǎn)提供助力，還能夠?yàn)闄C(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和研發(fā)提供更加便利的條件，并以此來提高機(jī)械產(chǎn)品的開發(fā)能力，提高機(jī)械產(chǎn)品的制造工藝水平。

2 基于快速成型技術(shù)的機(jī)械鑄造生產(chǎn)分析

快速成型技術(shù)的應(yīng)用，是符合當(dāng)前我國機(jī)械生產(chǎn)制造行業(yè)發(fā)展趨勢的重要措施。基于當(dāng)前市場對多功能機(jī)械產(chǎn)品的復(fù)雜設(shè)計(jì)需求，將快速成型技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械鑄造生產(chǎn)當(dāng)中，對促進(jìn)機(jī)械加工行業(yè)的發(fā)展具有重要的作用[3]。在對基于快速成型技術(shù)的機(jī)械鑄造生產(chǎn)進(jìn)行分析時(shí)，主要可以從以下幾個(gè)方面來入手。

2.1 直接鑄造法

一步成型是直接鑄造法應(yīng)用的最主要特點(diǎn)，由于在整個(gè)鑄造過程中無需進(jìn)行額外的拼接和熔接，因而大多應(yīng)用于一些結(jié)構(gòu)簡單的金屬零件鑄造生產(chǎn)當(dāng)中。當(dāng)前應(yīng)用于金屬零件的直接鑄造法，具體分為直接殼型鑄造法和直接制模鑄造法兩種不同的方式。

2.1.1 直接殼型鑄造法

直接殼型鑄造法主要是在利用計(jì)算機(jī)完成殼型物件的設(shè)計(jì)之后，通過設(shè)置澆注系統(tǒng)，以激光來實(shí)現(xiàn)對澆筑殼型應(yīng)用的陶瓷粉的燒結(jié)。具體來說，為了能夠保證機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量符合實(shí)際規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，首先需要在CAD等輔助軟件的設(shè)計(jì)中將零件模型轉(zhuǎn)化為5～10mm厚度的殼型，再利用澆注系統(tǒng)對其進(jìn)行澆注。而在利用激光對殼型進(jìn)行燒結(jié)時(shí)，則要注意對殼型物件的非零件材料進(jìn)行燒結(jié)，讓零件材料仍然維持在粉末狀態(tài)下。在非零件材料燒結(jié)完成后，則需要對剩余的部分進(jìn)行固化，用以獲得殼型物件。最后向殼型物件中進(jìn)行澆筑，就能夠得到金屬零件[4]。由于殼型物體的厚度會(huì)對零件表面的粗糙程度造成一定的影響，因而在整個(gè)技術(shù)和方法的應(yīng)用過程中，需要結(jié)合金屬零件的設(shè)計(jì)需求，對殼型物體的厚度進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以便能夠滿足金屬零件的設(shè)計(jì)目標(biāo)。然而也正是由于這種原因，導(dǎo)致直接殼型鑄造法難以實(shí)現(xiàn)大批量金屬零件的生產(chǎn)。

2.1.2 直接制模鑄造法

直接制模鑄造法需要依靠粘結(jié)劑來實(shí)現(xiàn)對金屬零件的鑄造。在應(yīng)用直接制模鑄造法時(shí)，首先仍需要借助CAD等輔助軟件來實(shí)現(xiàn)由零件到模殼的轉(zhuǎn)化，在轉(zhuǎn)化完成后，需要借助熔模鑄造的方式對零件進(jìn)行加工。熔模鑄造是機(jī)械零件在加工中應(yīng)用較為廣泛的一種鑄造工藝，該工藝在實(shí)際應(yīng)用中不僅能夠滿足機(jī)械零件的鑄造需求，還具有一定的環(huán)保性和柔性特征，能夠減少污染物的排放。除了熔模鑄造的方法之外，通過制造用砂也能夠滿足模型的構(gòu)建需求。在得到金屬零件的模型之后，對其進(jìn)行澆筑就能夠完成金屬零件的鑄造生產(chǎn)。與直接殼型鑄造法相比，直接制模鑄造法更多應(yīng)用于一些較為復(fù)雜的、大型的零件鑄造當(dāng)中，不僅能夠滿足復(fù)雜零件的設(shè)計(jì)要求，還能夠減少整個(gè)鑄造生產(chǎn)過程對環(huán)境造成的污染[5]。

2.2 一次轉(zhuǎn)制法

一次轉(zhuǎn)制法主要是在應(yīng)用快速成型技術(shù)的基礎(chǔ)上，還要對得到的機(jī)械零件進(jìn)行再次加工，才能夠完成機(jī)械產(chǎn)品的鑄造生產(chǎn)需求。當(dāng)前我國在應(yīng)用一次轉(zhuǎn)制法進(jìn)行機(jī)械鑄造生產(chǎn)時(shí)，除了快速成型技術(shù)以外，還主要應(yīng)用砂型鑄造、熔模鑄造以及真空鑄造3種加工工藝來得到機(jī)械產(chǎn)品。與前一種加工工藝方法相比，一次轉(zhuǎn)制法主要應(yīng)用于小批量零件的生產(chǎn)當(dāng)中。

2.2.1 砂型鑄造用模的快速成型技術(shù)

砂型鑄造用模的快速成型技術(shù)，主要是以樹脂材料為基礎(chǔ)來進(jìn)行零件制造的。在利用計(jì)算機(jī)構(gòu)建機(jī)械零件的模型之后，利用樹脂材料來制造機(jī)械零件的模樣，然后以噴涂和鍍金的方式，得到機(jī)械零件的生產(chǎn)原型，企業(yè)依據(jù)這一生產(chǎn)原型來實(shí)現(xiàn)對機(jī)械零件的批量化生產(chǎn)加工。為了能夠更好地保證機(jī)械零件的各項(xiàng)數(shù)據(jù)符合標(biāo)準(zhǔn)，在應(yīng)用該技術(shù)時(shí)需要重點(diǎn)注意以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：首先，在構(gòu)建機(jī)械零件的模型時(shí)，需要對加工的零件設(shè)置余量、起模斜度以及圓角等內(nèi)容，在依據(jù)這些數(shù)據(jù)內(nèi)容構(gòu)建模型之后，需要對模型的外觀和形狀進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整。在依據(jù)這些模樣來拼接模板時(shí)，則需要依據(jù)模樣的大小，選擇直接拼接還是分模塊拼接的方法。在這個(gè)過程中，為了能夠滿足模型的承壓性能，可以將模樣的背面設(shè)置成蜂窩的結(jié)構(gòu)，在減少材料使用量的同時(shí)，也能夠節(jié)省模板模型的上機(jī)時(shí)間。與此同時(shí)，為了能夠讓建造的模型體現(xiàn)出更好的耐磨性能，需要采取在表面電鍍鋁合金或噴涂特氟隆塑料的方法，進(jìn)而保證機(jī)械零件能夠擁有更優(yōu)良的性能。

2.2.2 鑄造熔?？焖俪尚图夹g(shù)

與以往的機(jī)械制造工藝相比，鑄造熔?？焖俪尚图夹g(shù)能夠節(jié)省蠟?zāi)：蛪盒偷裙ば蚝馁M(fèi)的時(shí)間和人力、物力，大大提高機(jī)械零件生產(chǎn)和建造的效率。在應(yīng)用鑄造熔模快速成型技術(shù)時(shí)，僅僅通過CAD等輔助軟件和三維成型技術(shù)，就能夠?qū)崿F(xiàn)陶瓷殼的快速制造。與以往機(jī)械零件加工工藝應(yīng)用的蠟?zāi)Ｓ兴鶇^(qū)別的是，這種陶瓷殼在機(jī)械零件的加工中無需考慮殼型本身容易變形的因素，對提高機(jī)械零件的加工鑄造精度具有重要的作用。而鑄造熔模快速成型技術(shù)擁有的這一優(yōu)勢，還能夠被應(yīng)用到中空零件的生產(chǎn)當(dāng)中，對促進(jìn)我國機(jī)械生產(chǎn)制造行業(yè)的發(fā)展具有重要的作用。

2.2.3 鑄造消失?？焖俪尚图夹g(shù)

與砂型鑄造用模的快速成型技術(shù)不同的是，鑄造消失模塊的快速成型技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中不僅會(huì)用到樹脂材料，還能夠通過應(yīng)用熱塑性材料來滿足機(jī)械零件的加工制造需求。鑄造消失模塊快速成型技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，首先需要以立體印刷SLA和融積成型FDM等方式，促進(jìn)樹脂材料和熱塑性材料的快速成型。在將成型后的模樣涂上耐火材料之后，將其放到裝有砂的密閉箱體中，通過抽取箱中的氣體來營造真空的環(huán)境，以便能夠提高箱內(nèi)砂型的緊密程度。在完成以上步驟之后，將融化的金屬注入到砂型中，再將多余的模樣燒掉，就可以得到金屬零件。而在科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展下，現(xiàn)階段在應(yīng)用鑄造消失?？焖俪尚图夹g(shù)時(shí)，還能夠與激光燒結(jié)模式相結(jié)合，能夠有效保證金屬零件鑄造生產(chǎn)的質(zhì)量[6]。

2.3 二次轉(zhuǎn)制法

與一次轉(zhuǎn)制法相對應(yīng)，二次轉(zhuǎn)制法主要是在應(yīng)用快速成型技術(shù)之后，仍需要采用其他的生產(chǎn)加工技術(shù)進(jìn)行二次或二次以上的轉(zhuǎn)換，才能夠獲得機(jī)械產(chǎn)品的方法。基于當(dāng)前社會(huì)對各種機(jī)械產(chǎn)品的高質(zhì)量和多功能需求，這種需要進(jìn)行二次轉(zhuǎn)制的機(jī)械加工方法，能夠在實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品制造的同時(shí)，滿足工業(yè)和制造業(yè)發(fā)展對機(jī)械產(chǎn)品提出的需求?，F(xiàn)階段，二次轉(zhuǎn)制法是能夠被用到批量零件生產(chǎn)的主要方法。二次轉(zhuǎn)制法主要是在利用快速成型技術(shù)構(gòu)建機(jī)械零件的模型之后，借助蠟、硅橡膠和環(huán)氧樹脂等材料，再構(gòu)建一個(gè)軟模具。將獲得的零件模型、軟模具經(jīng)過熔模鑄造、涂料轉(zhuǎn)移法等鑄造工藝的加工助力之后，就可以得到機(jī)械零件。二次轉(zhuǎn)制法在實(shí)際應(yīng)用中的核心技術(shù)優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在其能夠?qū)崿F(xiàn)對機(jī)械零件的尺寸精度以及零件表面粗糙度的加工處理，提高機(jī)械零件的鑄造生產(chǎn)質(zhì)量。

3 結(jié)語

綜上所述，快速成型技術(shù)的應(yīng)用，對提高機(jī)械鑄造生產(chǎn)的質(zhì)量和效率具有重要的作用。在當(dāng)前科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的背景下，制造業(yè)和工業(yè)的發(fā)展對機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量提出了更高的要求。充分發(fā)揮快速成型技術(shù)在機(jī)械鑄造生產(chǎn)中的作用，不僅能夠有效發(fā)揮現(xiàn)代信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，還能夠在一定程度上提高快速成型技術(shù)的水平，進(jìn)而為我國制造業(yè)和工業(yè)的發(fā)展提供更大的助力。

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