快速成型技術在鑄造模具制造中的應用研究

李盟 杜建州

摘 要：熔模鑄造工藝在工業制造中發揮著重要作用，可生產出復雜的金屬鑄件，并具有表面質量好，成形精度高等優點，且生產出來的金屬鑄件性價比非常高。增材制造技術也是一種鑄造技術，也可以生產出復雜形狀的零部件，將增材制造技術與熔模鑄造工藝相結合，充分發揮兩種工藝的技術優勢，可提高產品質量。

關鍵詞：快速成型;鑄造模具;應用研究

0 引言

鑄件成型周期較長，工藝比較復雜，零件結構和尺寸的變化對模具的設計、生產形成有很大影響，傳統鑄造業難以滿足市場需求。增材制造技術也稱為3D打印技術，自問世以來，以高效率、高質量、高靈活性和低成本為特征，迅速引起了全世界的廣泛關注[1]。突破現有制造工藝的束縛，將計算機3D設計、新技術和新材料融為一體的增材制造技術具有無模具、短周期、低小批量生產成本、降低制造復雜性等優點[2-3]。將選材制造技術與傳統鑄造技術相結合，提高鑄造靈活性，縮短準備周期，提高生產效率，確保產品質量和準確性，確保產品使用性能，實現單件小批量生產，對現代鑄造產業的發展和改革具有重要意義。本文介紹了增材制造技術的特點和工藝流程，并在此基礎上討論了砂芯增材制造技術在鑄造行業中的優勢和方法。

1 擠壓鑄造成型技術概述

擠壓鑄造成型技術已經歷經了近100年時間的發展，其源自20世紀30年代的前蘇聯，擠壓鑄造成型技術要比壓鑄成型技術晚出現一個世紀左右。我國的擠壓鑄造成型技術發展比較晚，發展歷程首先從一些高校與科研所展開相關理論方面的研究開始，對于鑄造技術的工藝參數和模具等一邊探索一邊設計，慢慢設計一些新型產品。之后，我國開始步入擠壓鑄造成型技術快速發展階段，尤其是間接鑄造成型技術的開發和運用，使得我國的擠壓鑄造成型技術有了質的飛躍[1]。此前不能解決的金屬鑄件壁厚大的問題、造型復雜的難題等都得到了良好的解決，極大拓展了我國擠壓鑄造成型技術的應用范圍。當前，我國的汽車行業領域發展趨勢良好，運用擠壓鑄造成型技術可以生產質量更好的發動機變速箱金屬零件，且汽車行業的發展也推動擠壓鑄造業的進步[2]。

2 擠壓鑄造成型技術在金屬材料中的運用

2.1 鎂合金擠壓鑄造成型技術探究

鎂合金擠壓鑄造成型技術漸漸成為相關研究領域的重點內容。和鑄造鎂合金技術對比，鎂合金擠壓鑄造技術具有更佳的力學性能。擠壓鑄造生產的鎂合金產品的綜合性能更佳，解決了鑄造鎂合金產品的組織缺陷問題，為性能需求更高及形狀更復雜零件產品帶來了機會。但由于我國的工藝水平有限，當前還沒較為成熟的擠壓鑄造鎂合金工藝技術，在現實制造過程當中出現了一些氣泡或者裂紋的產品問題，且出現力學性能不夠穩定的問題。伴隨著現代科技的快速發展，由鎂合金打造的高端精密儀器設備已在許多發達國家有了廣泛的運用。

2.2 選擇性激光燒結技術在熔模鑄造工藝中的應用

在農機生產過程中，通過積極合理的選擇性激光燒結技術的運用，可以準確的將需要生產制造的農機零件模型進行打印，并在下一階段的生產中實施熔模鑄造工藝，可以快速精確的生產出具有復雜性特點的農機構件。將選擇性激光燒結工藝技術與熔模鑄造工藝技術進行有效的結合，還可以將一些沒有模具的農機構件進行快速制造，并對那些需要較高精確度的零件也能快速生產出來，提高了產品的生產效率。

2.3 三維印刷技術在熔模鑄造工藝中的應用

將三維印刷技術與熔模鑄造工藝技術進行結合，對農機零部件的鑄造砂型進行直接的成型打印，有效提高了生產效率，減少了零部件的生產工序，在保證質量的同時實現綠色生產。將分層實體制造技術與熔模鑄造工藝技術進行結合，可以對小型、結構復雜的淺腔模具進行高速、高質量的生產制造，對生產出來的農機零部件樣件進行表面處理，可以有效提高其耐磨性、防潮性、強度等性能。與傳統的生產技術相比，這種技術可以有效縮短生產所消耗的時間，提升了農機零部件的生產效率與質量，為農業生產奠定了良好的基礎。

3 增材制造在模具精密鑄造中的優勢

傳統的砂型鑄造通常包括鑄造工藝和模具設計、鑄造模具制造、模具準備、合金熔體鑄造、鑄造處理和鑄造檢查等多個階段。隨著產品更換速度的加快，產品開發和試生產工藝，特別是復雜的零件產品，傳統的砂型鑄造模式逐漸顯示出制造周期長、開發成本高、鑄造產量低的問題，不適合快速設計和制造要求。特別的，傳統的砂型模具制造中，砂型模具的精度極大程度的影響著成型鑄件的精度。因而，為制造出高精度的模具，首先需要保證鑄造模具的精度，傳統鑄造模具的單件小批量生產中，手工操作占據著很重要的部分，人為因素干擾很大，很難保證制作出來的鑄造模具的精度，并且耗費大量時間。

3.1 模具生產的自動化與精確化

采用增材制造技術，操作者只需設計鑄件的三維模型，而生產工作可由打印機完成。目前市場上普通的打印機已經可實現0.1mm的精度控制，而高端的打印機可控制精度在0.01mm以下。傳統的砂型模具制備過程中，因為人為因素的干擾，即技術人員的熟練度不同，很難保證生產出來的鑄造模具的精度。可見，采用增材制造的方法生產鑄件相比于傳統的鑄造方法更具自動化與精確化，節省了人力，提高了精度。

3.2 生產過程的快速化

通過上述分析可知，采用增材制造技術，可以省去了制備母模所消耗的大量的時間。同樣的，由于增材制造技術的應用，使得設計、生產和檢驗等各環節大幅度加快，工藝穩定性與結構適應性大幅度提升，最終縮短鑄造周期，實現快速反應。

4 結束語

無論什么樣的工藝技術都有著自身的優點和缺點，需要科技人員緊跟時代的發展需要。當前，我國還不能完全自主研發制造擠壓鑄造成型機器來滿足行業需求，在極大程度上限制了我國擠壓制造工藝的提升。所以，加大投入研發自主知識產權的擠壓鑄造成型設備和工藝是提升我國擠壓鑄造技能的有效方法。

參考文獻：

[1]張汪年，鄧寧，梁偉杰，王新海，康輝.快速成型技術在《模具制造工藝學》中應用[J].合成材料老化與應用，2015，44（06）：122-124.

[2]任志林.快速成形技術在鑄造模具制造中的應用[J].山東工業技術，2015（22）：28.

[3]王愛陽.快速成型技術在塑料模具制造中的應用[J].塑料科技，2015，43（05）：95-99.