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[ 來自:不詳  閱讀:   時間:2012.06.16 ]
湖南省加強熔模精密鑄造技術交流
計算機技術在熔模精密鑄造中的應用,包括鑄件結構設計、工藝製定、壓型、熔模、型殼及型芯製造等的最新成果,展望了計算機技術對未來精鑄業帶來的巨大變革。“熔模精密鑄造生產具有許多優點,但其同時具有工序多,工藝過程複雜,生產周期長,影響鑄件質量的因素較多的缺點,在一定程度上製約了精密鑄造的應用和發展。隨著計算機技術的快速發展,計算機技術在精鑄中的應用,從精鑄件的結構設計、工藝製定到壓型設計與製造、蠟模成型、型殼製造、型芯的製造等,給精鑄件的生產帶來了巨大變革。” 國際模協秘書長羅百輝認為,熔模鑄件向更輕、薄及精整化方向發展,近年來提出了淨形或近淨形化鑄造,以發揮熔模鑄造的優勢,滿足現代工業對高質量零件的需求。這就要求熔模精鑄件的結構更加合理,製定的工藝方案更加優化,對精鑄技術提出了越來越高的要求。
 

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  傳統的精鑄件生產工藝,包括以下5個步驟:
  
  1)鑄件用戶給鑄造廠下達設計藍圖;
  
  2)鑄造廠作預算並從利於生產和降低成本的角度對設計提出改進意見;
  
  3)鑄造廠設計鑄造工藝裝備;
  
  4)鑄造廠向模具車間或造型車間下達工裝圖紙;
  
  5)澆注鑄件,鑄件檢驗。
  
  在鑄件結構設計、壓型設計、注蠟工藝參數製定、澆注係統等過程,傳統的生產主要依靠工程技術人員的實際工作經驗,缺乏科學的理論依據。特別對於複雜件和重要件,生產中往往要反複地修改鑄件結構、壓型或鑄造工藝方案來達到最終的技術要求,計算機具有強大的計算能力和圖形處理能力,能將數值分析技術、數據庫技術、可視化技術結合經典傳熱、流動和凝固理論,通過模擬鑄件充型、凝固及冷卻,分析精密鑄造過程的流場、溫度場和應力場,預測鑄件組織和許多鑄造缺陷如冷隔、縮孔、熱裂和變形等。因此可以通過並行工程,利用計算機技術對鑄件的結構工藝性、鑄造工藝進行模擬,為技術人員設計較合理的鑄件結構和確定合理的工藝方案提供了有效的依據,從而避免傳統的依靠經驗進行結構設計和工藝製定的盲目性,可以縮短生產準備周期,節約試製成本。
  
  快速樣件製造技術的出現,使壓型和熔模的製造周期大大縮短。所謂快速樣件製造就是首先在計算機上,形成熔模鑄件的三維CAD數據文件,將之沿高度方向切割成許多薄片,然後按次序製造和組合,最終形成一個立體形狀的製品。
  
  1)用快速樣件成型方法製造壓型
  
  根據成型方法,將快速樣件成型方法製造壓型可分為兩種:一種是先用快速樣件製作方法製成樹脂或蠟質母模(原型),再用它來翻製環氧樹脂或矽橡膠壓型。此法生產壓型可以滿足小批量精鑄件生產。如在SLA法製作的塑料母模表麵噴塗約2mm厚的金屬層,並在其後部充填環氧樹脂製成金屬-環氧樹脂複合壓型,可以滿足數百件批量的精鑄件生產。
  
  另一種方法是根據CAD係統生產的壓型型塊幾何模型,直接由SLA、SLS等法製成樹脂壓型。SLS法製造壓型是將加工對象由樹脂粉末換成表麵帶一薄層熱固性樹脂的鋼粉,經激光燒結後,粘結成壓型,然後再焙燒製品,將樹脂燒掉,最後以銅液滲入,就可獲得與金屬性能相似的壓型。
  
  2)快速樣件成型方法製造熔模
  
  快速樣件成型方法-SLA法、SLS法、FDM法和LOM法,均可用於快速製造熔模。使用SLS法和FDM法製作的蠟模,可以直接用於精鑄件生產用的熔模;LOM法生產的紙製品,需對其外表麵噴塗聚氨酯後,方可作為"熔模"進行製殼,或直接將紙製品外塗掛陶瓷型殼,而後將紙模燒掉。SLA法是用新型樹脂生產樹脂模樣,將未固化的樹脂倒出,而形成中空模樣,硬化後,用蠟將樹脂排出口密封,然後裝上蠟質澆注係統,就可製殼了。表1 快速樣件製造方法的比較
  
  特點熔融堆積法(FDM)立體平板印刷法(SLA)選擇激光燒結法(SLS)層合物製造法(LOM)工藝原理熱塑性材料熔融,從活動口擠出,冷卻固化成層堆積UV光固化液態光敏樹脂激光加熱燒結鋪展的熱塑性材料粉末激光切割片材層,粘合.能源擠出頭加熱器激光器或UV燈或光纖CO2激光器CO2激光器原材料熱塑性材料液態光敏樹脂熱塑性材料粉末膠粘襯底片材目前常用材料ABS樹脂、尼龍、蠟專用光聚合樹脂樹脂粉、蠟粉紙層 厚(um)最小:50一般:127-254最小:50一般:127-254最小:60一般:127最小:94
  
  一般:188製品尺寸精度(mm)±0.127±0.1-0.2±0.2±0.1 3.DSPC法直接製造型殼
  
  直接型殼製造又稱DSPC法,與迄今所有的製殼工藝都有本質的不同,主要由型殼設計(SDV)和型殼製造(SPU)兩大部分組成。
  
  SDV法是將所製零件的CAD模型轉換為型殼的數字化零件,並顯示在屏幕上,當確定好每個型殼上零件的數量、型殼壁厚以及收縮率、澆注係統等鑄造參數後,計算機就很快顯示所製鑄件型殼的幾何形狀,並進行鑄造工藝的模擬,然後將有關數據傳輸給SPU。
  
  SPU控製著一個可以精確上下移動的活塞,活塞上連接著一個料箱;與裝有細陶瓷粉料鬥相連的噴頭,首先在料箱中均勻"噴鋪"一薄層細陶瓷粉末;另外,計算機根據SPU數據控製著一個噴射印刷頭,從中可以噴射出矽溶膠粘結劑,當印刷頭在料箱中掠過細陶瓷粉時,根據指令"噴"出粘結劑。這樣在有粘結劑的區域,將耐火材料粘在一起,形成型殼的一個截麵,然後活塞向下移動,噴頭再噴出一層粉料……。這樣一層一層進行,最後製成整體型殼。未被粘結的耐火材料粉料可對粘結層起支撐作用,焙燒後,回收未粘結的粉末,就可以澆注金屬液了。其工作原理見圖2。DSPC法使熔模鑄造省去了製造壓型、製造蠟模及塗掛工序,工藝過程大大簡化,而且由於不用考慮蠟模變形等因素,可製得近淨形零件。利用此工藝的工廠,可在收到定單後的一周內交付熔模鑄件。
  
  3. 利用計算機控製激光製作陶瓷型芯
  
  許多精鑄件需要製作陶瓷型芯特別是複雜、精細的陶瓷型芯,如渦輪發動機空心葉片等,計算機可以根據CAD數據,控製激光束在陶瓷型芯上精確地加工出各種不同結構的型芯,特別是對於用傳統製芯工藝很難製出的型芯,更顯出其優點。
  
  4.並行工程和集成技術在精鑄業中的應用展望
  
  計算機技術的不斷發展和普及,並行工程和集成技術在精鑄業中的應用將會逐漸廣泛,將成為精鑄業未來的發展趨勢。
  
  1)並行工程
  
  並行工程就是將精鑄件用戶與精鑄廠之間建立起緊密聯係的電子數據通訊網,使用戶和鑄造廠之間進行並行的產品和工藝設計。用戶通過此網向鑄造廠下達精鑄件的電子化模型圖,鑄造工程師可從計算機工作站中看到所生產零件的三維圖象,確定幾組工藝方案後在計算機上進行工藝方案的數值模擬,可以顯示出不同工藝條件下可能存在的問題,如熱裂、縮孔等,鑄造工程師再迅速將有缺陷的電子化模型數據文件傳遞給用戶和設計師,以便作出改進而獲得高質量鑄件。同樣,壓型、熔模、型殼製造的過程也可以實現並行,這樣可以極大縮短研製、開發生產周期,降低成本,提高產品的市場競爭力。
  
  2)集成技術
  
  對於一個未采用CAD係統設計的零件或要複製某一樣件,可以采用CT檢測技術、數值模擬和快速樣件製造集成技術。
  
  CT技術即計算機層析射線攝影法,是一種X射線檢測技術,能用來獲得零件斷麵的二維圖象,將各斷麵二維圖象組合,就可以獲得被測對象的三維立體形態。利用此技術,可以精確獲得鑄件的CAD模型數據,結合快速樣件製造和數值模擬,可以縮短生產準備時間,降低製造型殼的成本。同時,CT技術測得的零件形狀,可以用來對比設計鑄件和生產鑄件的尺寸;檢測實際鑄件和設計鑄件的缺陷位置和數值模擬預測結果的符合程度。
  
  計算機在精鑄業中的應用,克服了精鑄生產過程的缺點,使得精鑄生產技術更加靈活,適應性更強,更適應現代工業對鑄件快速、優質、複雜的要求。
  
  1.計算機技術數值模擬技術在熔模精鑄件結構設計及工藝製定中的應用,為技術人員設計較合理的鑄件結構和確定合理的工藝方案提供了有效的依據。
  
  2.快速樣件製造技術在壓型及熔模製造中的應用,使壓型和熔模製造周期大大縮短。
  
  3.DSPC法直接製造型殼,省去了傳統製殼一層一層塗掛型殼的漫長周期。
  
  4.利用計算機控製激光製作陶瓷型芯,可以生產出複雜的陶瓷型芯。
  
  5.計算機技術的不斷發展和普及,並行工程和集成技術在精鑄業中的應用將會逐漸廣泛,將成為精鑄業未來的發展趨勢。
  
  為了全麵提高熔模精密鑄造生產技術水平和企業管理水平,學習節能減排與提質增效方麵的經驗,應湖南省內廣大熔模精密鑄造企業要求,2012年5月22~29日,湖南省機械工程學會鑄造分會組織了省內熔模精密鑄造企業赴外省參觀考察並取得圓滿成功。
  
  據悉,這是湖南省鑄造分會繼2011年4月份成功組織省內熔模精密鑄造企業觀摩交流會之後組織的一次更大範圍、更大規模的參觀考察活動。
  
  參加此次考察活動的省內單位代表均表示獲益匪淺,並希望組織更多類似的活動。
  
  國際模協秘書長羅百輝表示,此次活動對湖南省熔模精密鑄造的發展將起到積極的推動作用。

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