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浅析快速成型技术在铸造中的应用

2017/8/31    来源:互联网    作者:陈鹏  刘继波  董志鹏  李永刚  秦鹏      
关键字:快速成型  选择性激光烧结  减材制造  铸造工艺  
随着快速成型技术的发展,凭借其快速性、自由成型制造、材料广泛性、低成本等特点,在铸造领域中得到越来越多的关注和使用。本文通过增、减材快速制造技术制得铸造砂型/芯,完成了齿轮室铸造样件的制造。探讨快速成型技术在铸造中的应用,为同类型的铸造工艺提供参考。

    1 快速成型技术概述

    快速成型(Rapid Prototyping)技术是20世纪9O年代发展起来的一种高新制造技术,简称RP技术。该技术集计算机辅助技术(CADCAM)、激光技术、计算机控制技术、网络技术、以及新材料、新工艺等先进技术于一体,突破了传统制造工艺,不需要制造模具,即可根据三维CAD设计数据快速、准确地制造出产品原型,用于新产品的展示、验证设计、性能测试等。对于有效缩短新产品开发周期,降低开发成本与风险,生产适销对路的产品具有重要意义,被称为制造业的一项革命。

    快速成型技术具有高度灵活性、技术高度集成、设计制造一体化、快速性、自由成型制造、使用材料广泛性等特点。目前在国内外已广泛应用于机械、电子、家电、航空航天、汽车、摩托车、玩具、医疗、通信等领域,创造了良好的社会及经济效益。

    2 快速成型主要工艺方法

    快速成型按照增添或去除材料成型可以归为两大类,即增材制造和减材制造。对于增材制造,目前国内外生产的快速成型工艺方法按加工方式及使用材质不同主要可分为六种:激光光固法快速成型(SLA)、融丝堆积快速成型(FDM)、选择性激光切割快速成型(LOM)、选择性激光烧结快速成型(SLS)、光掩膜快速成型(SGC)、直接陶瓷壳法快速成型(DSPC)。而对于减材制造则是类似于加工中心对金属件的加工原理,不同的是在数字化成型材料、刀具、软件、工艺和设备等方面有所创新。

    本文探讨的是如何利用快速成型技术制造出齿轮室样件。使用的是选择性激光烧结和铸造砂块减材制造快速成型的方法,以此探索快速成型技术在铸造中的应用。

    3 快速成型在铸造中的应用

    如前所述,快速成型技术可制作出产品原型。本案例首先基于CRE02.0软件绘制齿轮室的三维模型,并根据模型设计砂型和砂芯。根据砂型/芯的形状结构选择不同的快速成型方法,得到期望的砂型/芯,依次通过组芯、研箱、浇注工序,最终得到齿轮窜铸件毛坯、此过程不需要木模及模具,精简了铸造屯坯开发流程、缩短了铸造毛坯开发周期,特别适合于复杂铸件的少量的快速制造,实现了传统铸造行业的数字化制造。

    3.1 齿轮室建模

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    图1 齿轮室铸造工艺

    齿轮室为柴油机重要的组件之一,结构较为复杂。采用CREO2.0建模得到模型,并设计铸造工艺,如图1所示。根据工艺分出砂芯7颗、砂型8颗,如图2、图3所示。其巾存砂型的非成型面设计了定化、转运、吊装、把合等结构。

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    3.2 砂型、砂芯快速制造

    根据现有的没备,制定加工计划:1#砂芯和7#砂芯选用选择性激光快速成型设备;其余的砂型、砂芯都选用减材制造没备加厂成型。

    3.3 快速成型设备

    3.3.1 选择性激光烧结快速成 (SIS)

    选取的设备如图4所示,参数见表1。

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    覆膜砂技术要求:粒度为50/100 H,粒度集中性≥75%,常温抗拉强度≥5.0 MPa,热抗托强度≥1.2 MPa,发气量≤14 mL/g. 实际的操作巾可根据覆膜砂性能、砂型/芯的尺寸大小和结构等 素束调整快速成型过程巾涉及的工艺参数。主要有激光功率和扫捕速度、预热温度、分层方向、分层厚度、扫描间距和扫捕方向、后处理温度等。以获取必的砂型/芯强度和表面精度。

    选择性激光烧结快速成型工艺过程:

    第一步,在计算机中先将三维模型创建好,将模型用切片软件进行离敞一堆积切片处理,把处理后的切片信息保存为成型设备可识别的格式并输入快速成型设备中,成型设备将识别并根据切片信息开始逐层激光烧结。

    第二步,烧结成型。设置相应参数:铺粉厚度为0.3mm,激光功率为40w,扫描速度为2000mm/s,扫描间距为0.1mm,预热温度为60℃,每铺完一层砂子,激光器通过激光产生的高热能对砂面烧结一次,覆膜砂在高热能的作用下发生固化反应。成型设备将重复相同的动作,直至砂型(芯)完全烧结成型。

责任编辑:张纯子
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