計算機技術(shù)在熔模精密鑄造中的應(yīng)用，包括鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝制定、壓型、熔模、型殼及型芯制造等的最新成果，展望了計算機技術(shù)對未來精鑄業(yè)帶來的巨大變革。

關(guān)鍵詞：計算機 精密鑄造 壓型

熔模精密鑄造生產(chǎn)具有許多優(yōu)點，但其同時具有工序多，工藝過程復(fù)雜，生產(chǎn)周期長，影響鑄件質(zhì)量的因素較多的缺點，在一定程度上制約了精密鑄造的應(yīng)用和發(fā)展。隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，計算機技術(shù)在精鑄中的應(yīng)用，從精鑄件的結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝制定到壓型設(shè)計與制造、蠟?zāi)３尚汀⑿蜌ぶ圃臁⑿托镜闹圃斓?#xff0c;給精鑄件的生產(chǎn)帶來了巨大變革。

1.計算機技術(shù)數(shù)值模擬技術(shù)在熔模精鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計及工藝制定中的應(yīng)用

熔模鑄件向更輕、薄及精整化方向發(fā)展，近年來提出了凈形或近凈形化鑄造，以發(fā)揮熔模鑄造的優(yōu)勢，滿足現(xiàn)代工業(yè)對高質(zhì)量零件的需求。這就要求熔模精鑄件的結(jié)構(gòu)更加合理，制定的工藝方案更加優(yōu)化，對精鑄技術(shù)提出了越來越高的要求。

傳統(tǒng)的精鑄件生產(chǎn)工藝，包括以下5個步驟：

1)鑄件用戶給鑄造廠下達設(shè)計藍圖；

2)鑄造廠作預(yù)算并從利于生產(chǎn)和降低成本的角度對設(shè)計提出改進意見；

3)鑄造廠設(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)計、壓型設(shè)計、注蠟工藝參數(shù)制定、澆注系統(tǒng)等過程，傳統(tǒng)的生產(chǎn)主要依靠工程技術(shù)人員的實際工作經(jīng)驗，缺乏科學(xué)的理論依據(jù)。特別對于復(fù)雜件和重要件，生產(chǎn)中往往要反復(fù)地修改鑄件結(jié)構(gòu)、壓型或鑄造工藝方案來達到最終的技術(shù)要求，計算機具有強大的計算能力和圖形處理能力，能將數(shù)值分析技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、可視化技術(shù)結(jié)合經(jīng)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(yīng)力場，預(yù)測鑄件組織和許多鑄造缺陷如冷隔、縮孔、熱裂和變形等。因此可以通過并行工程，利用計算機技術(shù)對鑄件的結(jié)構(gòu)工藝性、鑄造工藝進行模擬，為技術(shù)人員設(shè)計較合理的鑄件結(jié)構(gòu)和確定合理的工藝方案提供了有效的依據(jù)，從而避免傳統(tǒng)的依靠經(jīng)驗進行結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝制定的盲目性，可以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，節(jié)約試制成本。數(shù)值模擬過程見示意圖1。

2。快速樣件制造技術(shù)在壓型及熔模制造中的應(yīng)用

快速樣件制造技術(shù)的出現(xiàn)，使壓型和熔模的制造周期大大縮短。所謂快速樣件制造就是首先在計算機上，形成熔模鑄件的三維CAD數(shù)據(jù)文件，將之沿高度方向切割成許多薄片，然后按次序制造和組合，最終形成一個立體形狀的制品。

1)用快速樣件成型方法制造壓型

根據(jù)成型方法，將快速樣件成型方法制造壓型可分為兩種：一種是先用快速樣件制作方法制成樹脂或蠟質(zhì)母模(原型)，再用它來翻制環(huán)氧樹脂或硅橡膠壓型。此法生產(chǎn)壓型可以滿足小批量精鑄件生產(chǎn)。如在SLA法制作的塑料母模表面噴涂約2mm厚的金屬層，并在其后部充填環(huán)氧樹脂制成金屬-環(huán)氧樹脂復(fù)合壓型，可以滿足數(shù)百件批量的精鑄件生產(chǎn)。

另一種方法是根據(jù)CAD系統(tǒng)生產(chǎn)的壓型型塊幾何模型，直接由SLA、SLS等法制成樹脂壓型。SLS法制造壓型是將加工對象由樹脂粉末換成表面帶一薄層熱固性樹脂的鋼粉，經(jīng)激光燒結(jié)后，粘結(jié)成壓型，然后再焙燒制品，將樹脂燒掉，最后以銅液滲入，就可獲得與金屬性能相似的壓型。

2)快速樣件成型方法制造熔模

快速樣件成型方法-SLA法、SLS法、FDM法和LOM法，均可用于快速制造熔模。使用SLS法和FDM法制作的蠟?zāi)?#xff0c;可以直接用于精鑄件生產(chǎn)用的熔模；LOM法生產(chǎn)的紙制品，需對其外表面噴涂聚氨酯后，方可作為"熔模"進行制殼，或直接將紙制品外涂掛陶瓷型殼，而后將紙模燒掉。SLA法是用新型樹脂生產(chǎn)樹脂模樣，將未固化的樹脂倒出，而形成中空模樣，硬化后，用蠟將樹脂排出口密封，然后裝上蠟質(zhì)澆注系統(tǒng)，就可制殼了。表1 快速樣件制造方法的比較

特點熔融堆積法(FDM)立體平板印刷法(SLA)選擇激光燒結(jié)法(SLS)層合物制造法(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(tài)光敏樹脂激光加熱燒結(jié)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(tài)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制品尺寸精度(mm)±0.127±0.1-0.2±0.2±0.1 3．DSPC法直接制造型殼

直接型殼制造又稱DSPC法，與迄今所有的制殼工藝都有本質(zhì)的不同，主要由型殼設(shè)計(SDV)和型殼制造(SPU)兩大部分組成。

SDV法是將所制零件的CAD模型轉(zhuǎn)換為型殼的數(shù)字化零件，并顯示在屏幕上，當(dāng)確定好每個型殼上零件的數(shù)量、型殼壁厚以及收縮率、澆注系統(tǒng)等鑄造參數(shù)后，計算機就很快顯示所制鑄件型殼的幾何形狀，并進行鑄造工藝的模擬，然后將有關(guān)數(shù)據(jù)傳輸給SPU。

SPU控制著一個可以精確上下移動的活塞，活塞上連接著一個料箱；與裝有細陶瓷粉料斗相連的噴頭，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(jù)SPU數(shù)據(jù)控制著一個噴射印刷頭，從中可以噴射出硅溶膠粘結(jié)劑，當(dāng)印刷頭在料箱中掠過細陶瓷粉時，根據(jù)指令"噴"出粘結(jié)劑。這樣在有粘結(jié)劑的區(qū)域，將耐火材料粘在一起，形成型殼的一個截面，然后活塞向下移動，噴頭再噴出一層粉料……。這樣一層一層進行，最后制成整體型殼。未被粘結(jié)的耐火材料粉料可對粘結(jié)層起支撐作用，焙燒后，回收未粘結(jié)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制造壓型、制造蠟?zāi)＜巴繏旃ば?#xff0c;工藝過程大大簡化，而且由于不用考慮蠟?zāi)Ｗ冃蔚纫蛩?#xff0c;可制得近凈形零件。利用此工藝的工廠，可在收到定單后的一周內(nèi)交付熔模鑄件。

3. 利用計算機控制激光制作陶瓷型芯

許多精鑄件需要制作陶瓷型芯特別是復(fù)雜、精細的陶瓷型芯，如渦輪發(fā)動機空心葉片等，計算機可以根據(jù)CAD數(shù)據(jù)，控制激光束在陶瓷型芯上精確地加工出各種不同結(jié)構(gòu)的型芯，特別是對于用傳統(tǒng)制芯工藝很難制出的型芯，更顯出其優(yōu)點。

4．并行工程和集成技術(shù)在精鑄業(yè)中的應(yīng)用展望

計算機技術(shù)的不斷發(fā)展和普及，并行工程和集成技術(shù)在精鑄業(yè)中的應(yīng)用將會逐漸廣泛，將成為精鑄業(yè)未來的發(fā)展趨勢。

1)并行工程

并行工程就是將精鑄件用戶與精鑄廠之間建立起緊密聯(lián)系的電子數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)，使用戶和鑄造廠之間進行并行的產(chǎn)品和工藝設(shè)計。用戶通過此網(wǎng)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(chǎn)零件的三維圖象，確定幾組工藝方案后在計算機上進行工藝方案的數(shù)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(shù)據(jù)文件傳遞給用戶和設(shè)計師，以便作出改進而獲得高質(zhì)量鑄件。同樣，壓型、熔模、型殼制造的過程也可以實現(xiàn)并行，這樣可以極大縮短研制、開發(fā)生產(chǎn)周期，降低成本，提高產(chǎn)品的市場競爭力。

2)集成技術(shù)

對于一個未采用CAD系統(tǒng)設(shè)計的零件或要復(fù)制某一樣件，可以采用CT檢測技術(shù)、數(shù)值模擬和快速樣件制造集成技術(shù)。

CT技術(shù)即計算機層析射線攝影法，是一種X射線檢測技術(shù)，能用來獲得零件斷面的二維圖象，將各斷面二維圖象組合，就可以獲得被測對象的三維立體形態(tài)。利用此技術(shù)，可以精確獲得鑄件的CAD模型數(shù)據(jù)，結(jié)合快速樣件制造和數(shù)值模擬，可以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時間，降低制造型殼的成本。同時，CT技術(shù)測得的零件形狀，可以用來對比設(shè)計鑄件和生產(chǎn)鑄件的尺寸；檢測實際鑄件和設(shè)計鑄件的缺陷位置和數(shù)值模擬預(yù)測結(jié)果的符合程度。

結(jié)束語

計算機在精鑄業(yè)中的應(yīng)用，克服了精鑄生產(chǎn)過程的缺點，使得精鑄生產(chǎn)技術(shù)更加靈活，適應(yīng)性更強，更適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)對鑄件快速、優(yōu)質(zhì)、復(fù)雜的要求。

1.計算機技術(shù)數(shù)值模擬技術(shù)在熔模精鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計及工藝制定中的應(yīng)用，為技術(shù)人員設(shè)計較合理的鑄件結(jié)構(gòu)和確定合理的工藝方案提供了有效的依據(jù)。

2.快速樣件制造技術(shù)在壓型及熔模制造中的應(yīng)用，使壓型和熔模制造周期大大縮短。

3.DSPC法直接制造型殼，省去了傳統(tǒng)制殼一層一層涂掛型殼的漫長周期。

4.利用計算機控制激光制作陶瓷型芯，可以生產(chǎn)出復(fù)雜的陶瓷型芯。

5.計算機技術(shù)的不斷發(fā)展和普及，并行工程和集成技術(shù)在精鑄業(yè)中的應(yīng)用將會逐漸廣泛，將成為精鑄業(yè)未來的發(fā)展趨勢。

(本文來源：作者：姜不居)

(責(zé)任編輯：大林)

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總結(jié)

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