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      快速成型技術在熔模精密鑄造中的應用

      發布時間:2017-11-13

      20世紀90年代起,美國、日本以及西歐等   就開始研究利用原型進行鑄造,目前這種趨勢有增無減??傮w而言,成型技術在熔模鑄造中主要有以下幾個方面的應用。
        (1)制作鑄造的熔模幾乎所有成型技術制作的原型都可以作為熔模鑄造的熔模。采用成型技術制造零件原型,代替蠟模進行鑄造,原則上可以制造任意合金的零件。采用這種方法不需要的模具和工裝,可降低單件制造周期和成本??傮w來講,盡管SL法與熔模鑄造工藝還有一些不適應之處,但由于制成的模樣尺寸精度和表面質量好而備受青睞,在,特別是在航天航空和部門的熔模鑄造中,應用相當廣泛。SLS法模樣質量雖然較SL法略遜一籌,但容易適應熔模鑄造的工藝要求,所以在熔模鑄造中應用越來越多。FDM法制作的原型盡管   容易適應熔模鑄造,但在制成蠟模的尺寸精度和表面質量上不如人意。雖然LOM法模樣質量尚可,但又難以適應鑄造工藝,在推廣中受到限制。
        (2)制作鑄造用模具或其他工藝裝備用成型方法制作精鑄壓型有兩種方法:一種是先制成母模,再翻制環氧樹脂或硅橡膠壓型;另一種是將CAD系統中生成的壓型三維幾何模型直接輸入成型機制成樹脂壓型,這種壓型主要適合小批量生產(幾十件)。如果在母模表面噴涂約2mm厚的金屬層,然后充填環氧樹脂制成金屬-環氧樹脂復合壓型,可以滿足生產數百件精鑄件的要求。
        美國Sundstrand公司用原型件作為鑄造的壓型(母模),進行了大量的熔模鑄造,取得了顯著的效益。采用原型技術后,節約工時4370%,節省成本64%~。
        美國3D公司的Keltool方法是典型的金屬粉澆注燒結法,其工藝路線是:由SL方法生成原型→硅橡膠翻模模具的負型→填充金屬粉末及粘結劑→高溫爐內燒結、滲銅→   終模具。美國Drexel大學、賓夕法尼亞大學、日本東京大學等也在進行這方面的研究工作。賓夕法尼亞大學的研究已將收縮率控制在0.4%,拋光后表面粗糙度為0.2μm,模具壽命達10萬注塑件。東京大學的HiroyukiNoguchi和TakeoNakagawa研究了使用粉末鑄造成形高爾夫球模具,其過程為:   先使用SL法成形出高爾夫球模具原型,然后在原型上用硅橡膠澆注出高爾夫球原型,將此原型置于真空室中,將粒度不同的兩種純鐵粉(顆粒直徑為66和5μm,體積分數分別為61%和39%)充分混合后覆蓋于硅橡膠原型上,震動使鐵粉變得致密,抽真空,在鐵粉上加入粘結劑(體積分數為45%的水溶性苯酚ChemRez630HSL,10%的硬化劑ChemRez6016,45%的水),鐵粉粘結后進行后處理,先滲氮,然后在1130℃滲銅。在鐵粉粘結過程中,模具體積縮小為1.7%,但在滲銅過程中,模具體積增大為1.3%,所以總收縮率為0.4%。
        (3)直接制造精鑄型殼可以利用激光固化成型技術直接成形型殼,其基本工藝是將型殼材料粉末按的比例加入到光固化樹脂中,然后根據型殼的CAD模型在光固化成型機上成形型殼坯體,   后焙燒,將其中的樹脂去除,粉末燒結成形后   終的型殼。其優點就是可以不用制作熔模,直接成形制作所需的型殼,而且型殼和型芯可以一次同時成形,節省了時間,減小了裝配誤差。
        美國3D-System公司發明的精鑄技術QuickCast是在以SL工藝制成的原型表面上包裹耐火材料,直接焙燒使原型材料燒蝕氣化后鑄殼,用于金屬零件的燒注成型。該技術的關鍵是采用了燃燒充分且發氣量小的光固樹脂材料(SL5170或SL5180),同時原型殼體內部呈蜂窩狀結構,這種原型有足夠的強度,原型材料燒蝕時,不會脹裂型殼。目前QuickCast系統已由之前的1.0、1.1發展到了QuickCast2.0。
        這種方法不受零件形狀的限制,鑄件表面光潔,尺寸,成本低,周期短,適合單件或小批量生產,但對于結構復雜且小尺度零件,網狀中空的結構不易實現,并且由于需要結構軟件,使得成本較高,但周期較短。
        SLS法和3DP法等也有類似的工藝,可直接生產精鑄型殼。 

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