铸造用模具快速成型工艺及性能研究

王闯

摘 要： 脆性材料主要通过铸造工艺形成，模具应用质量影响了产品的最终质量。我国近年来逐步扩大铸造市场的需求，一定程度推动其发展。传统模具主要采取手工方法，质量缺乏稳定性，操作时间较长，生产环境不佳，一定程度约束了模具的可持续发展。目前，随着不断加快的市场竞争，工业发展也体现出成本低、质量高、品种多的特点。在这一前提下产生了快速成型技术。本文针对这一工艺，提出其原理和应用方法，简单分析了需要注意的问题。

关键词： 铸造模具;快速成型;工艺性能

铸造是十分关键的技术，其应用在复杂零件材料中形成巨大的优势，但整体柔性不足。快速成型工艺在铸造用模具中的融合应用，可以有效降低零部件的生产成本，提升生产水平，与市场发展需求高度相符。这项技术能够为精密性铸造工艺提供必需的蜡模，有效压缩了制作传统蜡模所需的时间，提升了柔性水平。

一、技术性能分析

在二十世纪八十年后期产生了快速成型技术，属于全新的堆积制造材料工艺，也是制造行业取得的重大研究成绩。其全面综合了各个学科知识。可以自由、迅速和准确的改变设计思路使其转变为具备一定性能的原型。进一步为制作零件、检验设计思想等提供了一种成本低廉的实际手段。

其中选择性激光烧结技术（SLA）根据分层叠加理论，由于计算机带来的全面控制功能，通过激光能量烧结、逐层堆积粉末材料使其成形。首先，需要制作样品三维模型，之后通过软件获得各个层次的处理加工数据，形成文件。烧结之前，科学设计各种工艺参数，在预先设定的温度下加热粉料提升至送粉缸，由于铺粉棍的影响下在工作平台上平铺粉末，计算机控制形成的激光束对额定速率和功率截面轮廓有效扫描。扫描以后的粉末产生实体轮廓，而尚未扫描的部分则对下一粉末层提供支撑。当结束第一层扫描操作后，向下一分层成功转移操作台，有效抬高送粉设备顺利实施铺粉，直到产生扫描烧结，高度融合前后形成的实体片层。不断反复，指导结束操作。[1]

二、技术应用

（一）基本原理

利用切片软件对三维实体造型或数字化测量三维数据进行分层处置，根据分层零件截面采用激光束逐一对固化粉末材料进行扫描，烧结形成实体。这一操作速度不会影响铸件复杂度，仅与蜡模质量有关。选择蜡基聚苯乙烯粉末作为原材料，通过激光烧结成型后，开始修补浸蜡和打磨处置。

蜡模的型壳干燥时间类似于一般蜡模的涂料与撒砂技术，不同之处在于不存在熔点固定的模料，所以脱蜡与焙烧工艺与普通蜡模也存在着一定差异。

制壳主要技术：首先，在低温蜡制作过程中消除浇注系统，借助通道对蜡基聚苯乙烯进行制作，严控操作时间，保证浇道顺畅即可，较长时间容易产生胀裂;之后，在电炉内部焙烧型壳，1h之内保持350-400℃，完全流出材料，再加温到达950℃保持4h，完全燃燒以后清除干净。不管是脱蜡或是焙烧，都需要向下倾斜烧口杯，及时流出原料，防止其膨胀以后产生胀裂。

（二）模型预处理

采取比较有代表性的铸件，设计半空心蜂窝结构快速成型模实验，选择专用树脂。为避免在脱蜡与焙烧操作中发生型壳胀裂等问题，制作前可以预处理模型。

第一，将细蜡棒上粘结模型左右，完成制作以后除去顶部的型壳，之后采取烧烫的铁丝将蜡棒以及内部模型表皮积极烫穿，产生通风孔，这样就避免除去蒸汽时浇到蜡，同时模型包含的空气由于加热产生膨胀力，有利于氧气顺利进入壳深处，确保在焙烧操作中完全燃烧树脂。[2]

第二，在模型粘接内部浇口位置实施钻孔，之后与浇口粘接，主要作用是输送氧气，有利于燃烧模型。在浇筑型壳之前应堵上通风口，这样的做法会相应增加操作流程;因此，不需要实施预处理，根据普通制模技术开展有关的试验。

（三）制壳技术

选择硅溶胶-硅酸乙酯复合型壳，实际采取硅溶胶涂料作为面层;将硅酸乙酯涂抹在2-6层。科学制作硅酸乙酯水解液，包含高低强度型壳。首先，采取蒸汽脱蜡釜对浇注系统包含的低温蜡有效除去，综合应用脱蜡蒸汽压力，经过5-15min处理以后;之后，分别采取天然气炉与台车式型壳焙烧电炉处置型壳。[3]

（四）铸件实际尺寸

检查小批量生产的铝合金壳体铸件尺寸，除了在制作模型过程中设定收缩方向概率不恰当，导致个别加工余量形成较大的差异之外，其余尺寸都满足规定的标准。

三、应用中需要注意的问题

（一）零部件表面质量问题

由于加工技术存在的特点，一般是逐层铺粉零件之后逐一烧结产生，所以若结构形成较大坡度则会发生显著的阶梯纹。若在外表面浸蜡以后实施精修可对梯纹有效清除，若该类梯纹出现在零件内部则不能彻底去除，对表面质量带来一定的影响。因此，怎样利用处理数据软件或其它方法满足质量要求是当前需要重点解决的问题。

（二）脱蜡工艺

当前蜡模选择PSB粉制作，主要通过明火或高温炉对阴干型壳空架进行烧蚀，熔化流出型壳中的蜡模，余量分解。若明火上的空架尚未燃烧完全则会对空气质量造成影响，与工业绿色环保理念不符;若在高温炉内直接放置型壳，由炉膛缓慢流出乳化的蜡液，容易发生燃烧，并钻出火苗，产生严重的安全事故。因此，需要研究全新烧结原料使其满足绿色环保生产的需要。

四、结语

铸造工业已经逐步完成商业化操作并处在迅速发展过程中，研发产业化技术，可以相应改进铸造工艺。其中选择性激光烧结技术表现出较强的先进性，其也产生了巨大的竞争优势，但这一工艺也存在着一定不足，在技术应用过程中尚处在初级阶段。因此，需要不断提升技术水平，重点发展附加价值较高的铸造产品，提升产品的核心竞争力。

参考文献：

[1]吕志刚，周泽衡.我国精密铸造行业发展面临的机遇和挑战[J].特种铸造及有色合金，2016（1）：65-68.

[2]陈胜利.快速成形技术及其发展趋势[J].制造业自动化，2015（10）：30-32.

[3]陈冰.快速成形技术在熔模铸造中的应用[J].特种铸造及有色合金，2016（12）：732-734.