快速成形技术在铸造模具制造中的应用

快速成形技术在铸造模具制造中的应用

陈慧 ,陈超群 ,叶挺

广东鸿图武汉压铸有限公司  湖北  430200  陈慧身份证号：421081198904092491

摘要：在铸造模具制造的过程中，快速成形技术是其中的一个相对比较重要的工艺之一。快速成形技术对于铸造模具制造企业提高产品质量和经济效益有一定的推动作用。为进一步推广快速成形技术，从而达到提高铸造模具制造水平的目的，就需要对快速成形技术在铸造模具制造中的应用进行深入的研究。本文首先对快速成形技术进行了简要的介绍，然后根据快速成形技术的不同分类，对快速成形技术在铸造模具制造中的应用进行了深入的分析，为做好铸造模具的制造做作提供了理论依据。

关键词：快速成形技术；铸造模具；模具制造；应用研究

引言

随着经济竞争的日益全球化，各企业需要用最短的时间将新产品投放市场，以增强自身的竞争力。模具开发周期长是制约新产品开发的瓶颈，必须缩短模具开发周期，降低制造成本。20世纪80年代未出现的快速成形技术（rapid prototyping,RP）较好地满足了这一需要。RP技术是对一系列逐层零件制造工艺的统称，它使用近乎全自动化的工艺直接从CAD文件生产所需要的模型或模具，可以显著减少模具研发时间和成本，将更多的时间用于产品设计和优化，及早发现和更正设计中的错误，解决模具生产跟不上产品开发需要的矛盾，尤其在复杂薄壁零件的铸造模具制造领域表现出极大的优越性。

快速成型模具制造分为直接法和间接法：直接法是将快速成型件进行后处理（如喷涂转移涂料、渗蜡等），制作木模、蜡模或消失模，获得铸件或铸型；间接法是用快速成型件做母模或过渡模具（如硅橡胶模、石膏模等），再通过精密铸造等传统模具制造方法得到铸件或铸型。以下将对各种主要快速成形技术的特点和在铸造模具制造过程中的实际应用与发展方向做详细介绍。

1 快速成形技术的技术特点

一是可选材料具有广泛性。在用材方面，快速成形技术可以选用塑料类、石蜡类、树脂类、金属材料类、复合材料类以及陶瓷材料的丝、粉末、小块体等，选择的范围非常的广泛[1]；二是技术的密集程度较高。作为计算机技术、材料工程与电加工控制技术以及数据采集与处理技术的综合体现，快速成形技术具有高度密集的特征；三是自由成型制造。快速成形技术能够根据零件或原型的实际形状，在不适用工具、模具的情况下而自由地成型，并且在成型的过程当中并不会受到形状与结构的限制；四是制造速度极快。在快速成形技术的应用下，模具的制造并不会受到产品形状复杂程度所带来的影响，非常适合于新产品的开发以及复杂产品、小批量产品、异形产品的直接生产。同时，快速成形技术有效地改善了设计过程当中的人机交流内容，让产品的设计与模具的生产达到并行的效果。这不但能够有效地有效地缩短产品设计与开发的周期，也进一步加快了产品更新换代的速度，更极大地降低了新产品的开发成本与开发风险；五是制造的过程具有较高的柔度性。快速成型系统由于共同的制造原理，其在软件与硬件实现上有70% 至80% 左右是相同的。而对于不同的制造工艺，通过快速成形技术的应用，只需要对“CAD”模型进行改变或者是反求数据结构模型，对参数进行重新地设置与调整，便能够生产出形状不同的模具零件或原形。同时，还能够通过电弧、电铸喷涂技术的应用来将塑胶原型制成金属模具。

2 快速形成技术 (RP) 的相关铸造模具

2.1 铸造金属模

利用RP技术可以直接制造出来金属模， 其具体原型是粘结剂物质， 在形成初期其密度以及强度都比较低， 在经过重复的烧结过程之后， 其表层会脱掉粘结剂， 从而在更深的程度上提高了强度以及密度。但是， 在模具学的相关研究上， 很难满足实际的需求。在分层实体制造成形方法的作用下， 制造出金属模具， 原型的精确度在101±0.12mm, 表面的数值为1.5um。在一定程度上， 可以有效地有效地满足砂型铸造的相关要求。另外， 间接法的使用也能够制造出原型， 并且再加上精确的工艺可以在原型的基础上快速地完成工艺生产所需要的零部件。在利用好RP技术的基础上， 可以制造出精确的金属模具， 而此模具的性能也能达到市场的相关要求， 从而提高市场的竞争力。

2.2 消失模

消失模主要采用的是SLS （选择性激光烧结方法） 的新工艺方法来构建出原型， 在经过烧结方法的处理之后， 可以制造出消失模， 从而制造出生产金属的相关铸件。在此方法来看， 其主要攻克的方向是金属的流动性能以及铸件的质量， 降低烧结体密度。在气化的生产工艺过程中。利用好传统的聚苯乙烯， 把与蜡像比较好的敏感度以及气化溶解度合理的融合起来。此模具有着以下几个方面的特点：其一， 表面的质量比较好；其二， 杂质比较少；其三， 烧结体的强度比较高[2]。另外， 在经过抛光技术处理之后， 在表面上的镀层可以有效地有效地消除气孔， 从而比较明显地提高尺寸的形状以及质量， 并且将不锈钢等材料的铸造变得更为高质量化。

2.3 木模

木模的制造过程一般采取的是传统的手工艺， 因此制作的时间会比较长， 精确度会比较低， 相对起一些比较复杂的铸件来说， 木模的制造过程太过于困难， 而且制造此模具的师傅需要经过很多年时间的经验累积， 才能够制造出一个比较好的模具。现代企业主要利用的是SLA （立体平板印刷成形方法） 以及LOM （分层实体制造成形方法） 的方式方法来代替传统的工艺铸造。

2.4 蜡模

一般情况下， 传统的蜡模制造方法均采用的是压制性的方式来完成， 因此很难满足复杂零件的铸件要求。尉凯晨， 郭伟等学者在激光快速成型技术新进展及其在高性能材料加工中的应用一文中的相关研究表示， 选择SLS （选择性激光烧结方法） 的方法能够最大限度地最大限度地减少水玻璃的湿润度能够达到相关标准[3]。经过相关实践证明， 使用SLS （选择性激光烧结方法） 的方法可以快速而又精确地制造地制造出蜡模。

3 快速成形技术在快速成型模具制造中的应用

快速成型模具制造包含直接法和间接法两种制作方法。这两种方法都适用于金属模和非金属模的制造。下面对这些制作方法分别做一个简单介绍。

3.1直接制造金属模。直接制造金属模包括直接制作铸造型壳并渗金属填实和直接沉积成形两种方法。①直接制作铸造型壳、渗金属。SLS制作的金属模具往往具有多孔性结构，可以采用渗入金属液的方法加以填实。②直接沉积成形。可以采用选域激光烧结技术，将不锈钢粉末包裹在青铜粉末内直接烧结。这种方法不仅解决了制件的强度问题，而且也满足了制件的精度要求。但是工艺较复杂。

3.2间接制造金属模具。间接制造金属模具是利用RPM先制造出过渡模，然后经过一系列加工工序获得模型的过程。下面简要介绍两种间接制造金属模具的方法。①金属冷喷涂模。该工艺方法是在新模表面喷涂低熔点雾化金属，填补支撑材料空隙，形成模具型腔的过程。具有制作简单、周期短等优点。②熔模制造法制造钢模。熔模制造法制造钢模时，可分为两种情况考虑，制作单件和多件钢铁型腔的方法并不完全相同。制作单件钢铁型腔时，采用陶瓷砂液浸泡母模并在炉中固化成壳后将母模烧去的处理过程。制造多件钢铁型腔时，可以用金属表面喷镀或复合材料浇注来形模。然后将蜡模浸入陶瓷砂液中，用熔化蜡浇注，形成模壳的过程。这两种制模工艺均可用于制作形状较复杂的模型。

3.3直接或间接制造非金属模具。在非金属模具制造中，可以采用直接制作法，也可以采用间接制作法。直接制造的有注塑模、型腔模等，适用于制作不规则的型腔或者不易加工的形状怪异的型腔。也可以采用原型直接进行熔模铸造，或者直接复制来制作模具。间接制作的主要是一些硅橡胶、树脂、陶瓷等材料的模具。

4结论

目前随着科学技术的飞速发展，各种快速成型工艺的不断涌现，不同的快速成形技术各有各的优势与特点。在实际生产过程中，这些快速成型技术的运用，也对铸造模具的制造有很大的帮助。但是，这些工艺也都存在一定的不足之处，因而这些技术在具体的应用过程中也会受到一定的限制。因此，在今后的快速成型技术的发展过程中中，相关研究者和从业人员必须加大对这个问题的研究，逐步发展出更为完美的快速成型工艺，提高铸造模具生产的质量和效率，从而实现提高我国制造业发展水平，促进我国的经济持续健康发展的目的。

参考文献

[1]张庆杰.快速成形技术在车灯模具制造中的研究与应用[J].中小企业管理与科技(上旬刊),2020(03):161-162.

[2]任志林.快速成形技术在铸造模具制造中的应用[J].山东工业技术,2015(22):28.

[3]杨文建.快速成形技术在快速模具制造中的相关应用[J].湖南农机,2013,40(05):56-57.

[4]高昆,杨保生.快速成形技术在电机壳体金属模具制造中的应用[J].煤矿机械,2006(11):88-90.