中国乃铸造大国，铸造企业有数万家，自2000年起连续多年居于世界首位袁2013年中国各类铸件产量总产量4450万吨袁约占世界产量的40%遥 然而我国每生产1吨铸件的三废排放量是发达国家的10倍遥 我国铸造业的污染控制技术和设施还较为落后袁 发达国家铸造厂用于环保的投资占铸造厂设备投资的20%耀30%袁而我国只占5%耀8%遥铸件成型周期相对较长袁工艺过程比较复杂袁零件结构和尺寸的变化对模具的设计尧生产形成有着较大的影响袁以致传统铸造业难以满足市场需求遥 增材制造技术亦称3D打印技术袁从问世以来袁便以其高效率尧高质量尧高灵活性和低成本的特点而迅速引起全世界的热切关注[1]遥 增材制造技术打破传统制备工艺的束缚袁将计算机三维设计尧新工艺和新材料集于一体袁具有无模具尧周期短尧小批量生产成本低尧降低制造复杂度等优势[2-3]遥 将增材制造技术和传统铸造技术相结合袁进行优势互补袁提高铸造柔性尧缩短制备周期尧提高生产效率袁保证产品品质及精度尧确保产品使用性能尧实现单件小批量生产袁对于现代铸造行业的发展与改革具有重要的意义[4]遥 本文将简介增材制造技术的特点及工艺流程袁 并在此基础上探讨砂芯增材制造技术在铸造行业中的优势与方法遥1 增材制造技术三维建模软件的快速普及袁新材料尧新工艺等技术的飞速发展袁为增材制造工艺的发展和应用奠定了基础袁不仅有效保证了增材制造广泛的材料来源尧较高的材料利用率袁而且可加工任意结构复杂尧无需拔模斜度尧产品品质及性能优良的零件袁广泛应用于航空航天尧船舶尧汽车尧建筑尧医疗器械等领域[2]遥增材制造基于离散堆积原理袁将三维数据转换成二维剖面袁进而将剖面逐层堆叠成三维实体零件的过程遥 首先利用切片软件将三维实体数据进行切片分层处理袁 生成指定高度的分层轮廓截面数据袁然后将该数据导入成型机软件控制系统中袁一层层打印出物件遥 目前袁增材制造技术已经包含多种形式袁如立体光固化渊SLA冤尧选区激光熔融渊SLM冤尧选区激光烧结渊SLS冤尧熔融堆积渊FDM冤尧三维喷墨打印渊3DP冤等遥本文的成型技术主要用于铸造模具制造且区别于上述传统的快速成型技术袁以型砂为基础材料袁以树脂或其他固化剂为固化材料袁通过对模型的切片袁以及控制喷嘴喷洒固化材料使型砂凝固逐层成型袁从而最终成型为铸造模具遥2 增材制造在模具精密铸造中的优势传统砂型铸造一般包括铸造工艺及模具设计尧 铸造模具制造尧铸型制备尧合金熔化浇注尧铸件处理和铸件检验等几个步骤遥随着产品更新换代速度的不断加快袁 在产品的研制和试制过程中袁特别是对复杂零部件产品来说袁传统的砂型铸造模式逐渐显现出制造周期长尧研制成本高以及铸件成品率低等问题袁无法适应快速设计与制造的需求[5]遥 特别的袁传统的砂型模具制造中袁砂型模具的精度极大程度的影响着成型铸件的精度遥 因而袁为制造出高精度的模具袁首先需要保证铸造模具的精度袁传统铸造模具的单件小批量生产中袁手工操作占据着很重要的部分袁人为因素干扰很大袁很难保证制作出来的铸造模具的精度袁并且耗费大量时间遥由此可见袁传统砂型模具制造有诸多缺点袁采用增材制造的方法可有效克服这些缺点遥 增材制造在模具精密铸造中主要有以下几方面的优势遥2.1 铸造无模化传统的砂型铸造模具生产中袁往往需要先制备一个或多个零件做母模袁采用母模去制造砂型铸造模具遥采用增材制造的方法袁则可无需先制备母模袁 可以通过在三维软件设计出模具的造型袁然后转化成stl格式的文件袁 再由切片软件进行切片得到需要的gcode格式文件袁便可由打印机打印出来遥 可见袁采用增材制造技术袁不仅省去了复杂的母模制备过程袁并且在理论上可以实现各种复杂结构砂型的直接制备袁体现了对复杂结构的强大适应性遥2.2 模具生产的自动化与精确化采用增材制造技术袁操作者只需设计铸件的三维模型袁而生产工作可由打印机完成遥 目前市场上普通的打印机已经可实现0.1mm的精度控制袁 而高端的打印机可控制精度在0.01mm以下遥 传统的砂型模具制备过程中袁因为人为因素的干扰袁即技术人员的熟练度不同袁 很难保证生产出来的铸造模具的精度遥 可见袁 采用增材制造的方法生产铸件相比于传统的铸造方法更具自动化与精确化袁节省了人力袁提高了精度遥2.3 生产过程的快速化通过上述分析可知袁采用增材制造技术袁可以省去了制备母模所消耗的大量的时间遥 同样的袁由于增材制造技术的应用袁使得设计尧生产和检验等各环节大幅度加快袁工艺稳定性与结构适应性大幅度提升袁最终缩短铸造周期袁实现快速反应遥一种基于增材制造技术的铸造模具制造方法*李 佳袁黄炜林袁何晓洋袁谢泽贤袁李裕武袁刘洪山渊华南农业大学袁广东广州 510640冤摘 要院增材制造技术是一种新兴的成型技术袁具有周期短尧精度高等特点袁实现了从三维模型数据直接成型为实体零件遥 将增材制造技术与铸造相结合袁可提高铸件的生产效率尧降低成本袁扩大铸造工艺的应用领域袁笔者提出了一种新型的基于增材制造技术的铸造模具制造方法袁仅供参考遥关键词院增材制造技术曰三维曰铸造曰模具中图分类号院TH16 文献标志码院A 文章编号院1672-3872(2020)01-0025-02Abstract: Additivemanufacturingtechnologyisanewformingtechnology,whichhasthecharacteristicsofshortperiodandhighprecision.Itcanbedirectlyformedintosolidpartsfrom3dmodeldata.Thecombinationofadditivemanufacturingtechnologyandcastingtechnologycanimprovetheproductionefficiencyofcasting,reducethecostandexpandtheapplicationfieldofcastingtechnology.Anewcastingdiemanu鄄facturingmethodbasedonadditivemanufacturingtechnologyisintroduced.Keywords:additivemanufacturingtechnology;3d;casting;mold基金项目院华南农业大学2017年度教育教学改革项目渊JG17125冤曰华南农业大学大学生创新创业训练计划项目渊201810564049冤作者简介院李佳(1999要)袁男袁广东河源人袁本科袁研究方向院先进制造技术遥通讯作者院刘洪山渊1968要冤袁男袁广东兴宁人袁硕士袁副教授袁研究方向院传感器与微电子技术遥25南方论坛 ForumofSouthChina 2020年1月上3 一种砂芯增材制造方法快速砂型铸造是增材制造技术与传统砂型铸造相结合形成的新型铸造方式遥2015年袁共享集团在宁夏银川建成并投产世界首个万吨级铸造3D打印智能工厂袁 真正实现了铸造3D打印产业化应用的国内首创和铸造行业野绿色智能冶转型袁大大提高了模具铸造精度和效率遥本文将介绍一种基于增材制造技术的铸造模具制造方法袁灵感来自于共享集团的项目袁为了论证本方法的可行性袁通过自行设计装配图尧 嵌入式程序工程文件及电路图设计一款砂型打印机袁打印机成功打印出型砂模具袁故已通过实践成功论证了该方法具备可行性遥3.1方法实现原理和特点本方法的原理为院以型砂为基础材料袁以树脂尧固化剂为固化材料袁采用增材制造技术的特点袁按照逐层叠加原则袁生产出所需铸件模具遥其特点在于院采用的材料为型砂袁故可用于生产铸件模具遥相比较传统的铸造模具生产方法袁 采用本方法生产的铸造模具精度更高尧对于复杂模具更节省时间等特点遥3.2 方法可行性分析为了论证本方法的可行性袁通过自行设计装配图尧嵌入式程序工程文件及电路图设计一款砂型打印机袁 打印机成功打印出型砂模具袁故已通过实践成功论证了该方法具备可行性遥设计并制作出来的打印机的3个方向视图如图1尧图2尧图3所示遥图1 打印机主视图图2 打印机侧视图图3 打印机俯视图为便于介绍所制作的打印机袁故只标示出重要零器件的名称袁如上述图所示遥砂芯3D打印机的主要组成部分为院丝杆尧电机尧输送杆尧打印平台尧Y轴电机尧型砂槽尧余料槽尧喷嘴尧喷嘴支架遥砂芯3D打印机的Z轴电机尧 梯形丝杆尧Z轴光杆所构成的动力装置能带动附着平台沿Z轴方向垂直移动袁两组Y轴电机尧Y轴同步轮尧固定轴承尧Y轴皮带尧Y轴光杆所构成的动力装置能够分别带动XY轴滑块和型砂槽沿着Y轴光杆移动袁Y轴限位开关用于型砂槽归位袁当型砂槽轻微撞击到Y轴限位开关后袁归零的电信号就会得到反馈袁 所述XY轴滑块由Y向限位开关尧X向限位开关尧滑块喷嘴尧输料管尧滑动轴承尧X轴光杆尧X轴电机尧X轴同步轮尧X轴轴承尧X轴皮带组成曰X向限位开关尧 滑动轴承尧X轴光杆尧X轴电机尧X轴同步轮袁 共同实现滑块喷嘴沿X方向移动与归零曰所述Y向限位开关尧能实现整个XY轴滑块的归零曰所述滑块喷嘴连着固化剂输料管袁 能实现固化剂的喷射曰 所述XY轴滑块支架袁为整个XY轴滑块的载体遥砂芯打印机运作时袁所述型砂槽内放置铸造用型砂袁向前移动铺砂袁归程移动刮砂袁直到触碰到Y轴限位开关完成归零尧型砂槽下部有型砂和附着面平台阻碍袁 从而不出砂曰XY轴滑块以型砂固化剂为材料袁在沙面绘制相应高度的某零件的截面袁完成后归零袁同时附着面平台下移指定高度袁再次执行上述动作袁直到零件完成打印袁清理掉多余的尧未被固化剂固化的型砂袁即为所需砂芯打印件遥4 结束语本方法是增材制造技术与铸造工艺的一种结合袁 特点在于将一种全新的快速成型工艺的3D打印机以较低成本实现袁提高铸造过程中材料的利用率袁降低由于工装投入尧制造及返修带来的加工成本袁缩短研制周期袁加快生产效率袁且将使用该成型技术的机器小型化尧造价轻量化袁有利于这种成型工艺的普及袁也为比较复杂尧高要求零部件的研制生产开辟了新的途径袁经济效益显著提高袁同时还具有深远的社会效益遥参考文献院[1]周宸宇袁罗岚袁刘勇袁等.金属增材制造技术的研究现状[J].热加工工艺袁2018袁47(6):9-14.[2] 陶攀袁李怀学袁许庆彦.激光选区熔化工艺过程数值模拟的国内外研究现状[J].铸造袁2017袁66(7)院695-701.[3]杨平华袁高祥熙袁梁菁袁等.金属增材制造技术发展动向及无损检测研究进展[J].材料工程袁2017袁45(9)院13-21.[4] 段国庆,冯涛,孙建民,等.激光增材制造技术在铸造中的应用[J].铸造技术袁2019袁40(7)院662-666+670.[5]原诗萌.3D打印产业化难在哪[J].创新科技袁2014(9)院48-49.26
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