无模铸型的数字化快速铸造技术新进展

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1、无模铸型的数字化快速铸造技术新进展单忠德李新亚战丽董晓丽机械科学研究总院先进制造技术研究中心北京100083摘要：为建设资源节约型、环境友好型社会，急需开发节能、节材、降耗的新工艺、新技术，无模铸型的快速铸造技术是近来国内外在近净成形技术方面研究的新热点，它建立在材料、机电一体化、计算机技术、自动化技术等多学科高新技术基础上，改造了传统的毛坯成形工艺，具有数字化、精密化、柔性化、绿色化等特点，为单件小批量零件的快速制造提供解决方案。关键词：铸造无模铸型数控加工快速成形中图分类号：TG240前言为建设资源节约型、环境友好型社会，要求铸造过程能源消耗低、污染少、成品率高，

2、铸件性能好。近净成形技术是指零件成形后，仅需少量加工或不再加工，就可用作机械构件的成形技术。无模铸型的数字化快速制造技术是近来国内外在近净成形技术方面研究的新热点，它是建立在新材料、机电一体化、计算机技术、自动化技术、数值分析和模拟技术等多学科高新技术成果基础上，改造了传统的毛坯成形技术，为单件小批量零件的快速制造提供解决方案。数字化快速铸造技术将是装备行业快速铸件制造技术的发展方向。目前无模铸型的数字化快速制造主要包括离散堆积成形技术和去除加工成形技术。1基于离散堆积原理的无模铸型制造技术基于离散堆积原理的无模铸型制造技术近年来取得一定进展，通过以铸造用的陶瓷粉末或

3、型砂为原料，在CAD模型驱动下通过快速成形机，可以直接制成铸造用的型壳。在CAD环境中，直接将零件模型转换为壳型，再配以浇冒口系统。型壳的厚度可取5～10mm，烧结或粘接过程中，非零件部分进行烧结或粘接，零件部分仍是粉末。造型完成后将粉末倒出，再经固化处理就获得铸造用的型壳。用此方法，省去传统精密铸造过程中蜡型、泡沫塑料模、木模的制作等多种工艺过程，是传统铸造过程的重大变革。一般一个壳型只能使用一次。目前典型的CAD直接铸型工艺主要有PCM(PatternlessCastingModeling)无模铸型制造工艺、SLS(SelectiveLaserSintering)

4、选择性激光烧结工艺、3D-P(3-DimensionalPrinting)工艺和德国GS(Generissand)工艺。主要情况如下：1.1PCM(PatternlessCastingModeling)工艺PCM工艺称为无模铸型制造，它是将快速成形理论引进到树脂砂造型工艺中，采用轮廓扫描喷射固化工艺，实现了无模型铸型的快速制造。该工艺由清华大学研制成功，并推出商品化机型。该工艺采用传统树脂砂工艺中的水洗砂、树脂和固化剂，原材料的准备过程与传统工艺相同，与以上工艺相比无需单独制备原材料，且成本低廉，铸型强度高，无需特殊的后处理，尤其适合制造大中型铸件。但该工艺对树脂砂的

5、用量较大，粘结剂成份高，进而导致加工精度不高，且加工获得的铸型透气性差，不适于对透气性要求高的大型铸件的制造。1.2选择性激光烧结铸型制造工艺(SelectiveLaserSintering)选择性激光烧结SelectiveLaserSintering，简称SLS工艺。由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的C.R.Dechard于1989年研制成功。该方法已被美国DTM公司商品化，推出SLSModel125成形机。德国EOS公司和我国的北京隆源自动成形系统有限公司也分别推出了各自的SLS工艺成形机：EOSINT和AFS。SLS工艺用于制造铸型型壳，若选用粒度较细的陶瓷粉和覆膜

6、砂，选择较小的分层厚度，可以得到表面质量较771好的铸型。但受成形设备成形空间和成形速度的限制，只适合于制造中小件。图1为采用SLS工艺直接制造的铸型，其中美国WoodwardGovernor公司采用该技术技术(使用DTM公司的设备)制造复杂的飞行器燃烧系统(图1d)。传统的工艺至少需要245天制造模具，84天制造金属零件，采用RP技术仅仅60天就制造出金属零件，费用仅仅是传统工艺的20％。a.曲轴b.缸体c.轿车操纵器d.飞行器燃烧系统图1基于SLS工艺的快速铸造1.33DP(3-DimensionalPrinting)工艺3DP(ThreeDimensionalP

7、rinting)工艺称为三维印刷，它采用逐点喷洒粘接剂来粘接粉末材料的方法制造原型。该工艺由美国MIT研究成功，Soligen、ZCorp.等公司将其商品化。3DP工艺与SLS工艺类似，采用粉末材料成形，如陶瓷粉末，金属粉末。所不同的是材料粉末不是通过烧结连接起来的，而是通过多通道喷头用粘接剂(如硅胶)将零件的截面“印刷”在材料粉末上面，粘结时只进行一次扫描，由于用粘接剂粘接的强度较低，还必须将其置于加热炉中，作进一步的固化或烧结，以提高粘结强度。1.4直接壳型铸造工艺(DSPC)美国Soligen公司根据3DP原理开发的直接壳型铸造工艺(DSPC)