張俊

摘 要：快速制造技術(shù)在金屬模具的無?；T型方面得到了廣泛的應(yīng)用，添加黏結(jié)劑的金屬模具鑄型無模化制造和選擇性激光燒結(jié)金屬模具鑄型無?；圃焓沁M(jìn)行金屬模具的無?；T型的兩項重要工藝，另外，基于去除加工的金屬模具無?；圃旒夹g(shù)也是一種重要的方法。著重分析了無模化鑄型快速制造技術(shù)，改造了傳統(tǒng)工藝，改造后的傳統(tǒng)工藝具有數(shù)字化、精密化、快速化、柔性化和綠色化等特點(diǎn)，是金屬模具無?；T型制造的未來發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：快速制造技術(shù)；無模化鑄型；金屬模具；三維零件

中圖分類號：TG249.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.13.127

隨著各個行業(yè)的蓬勃發(fā)展，先進(jìn)制造業(yè)也嶄露頭角，特別是快速成型制造成為先進(jìn)制造快速發(fā)展的一個方向。它集成了CAD技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)和材料技術(shù)等現(xiàn)代科技成果，是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分，可快速地制造出樣品原型，它是近20年來制造技術(shù)領(lǐng)域的一次重大突破?，F(xiàn)在，快速成型技術(shù)已經(jīng)在機(jī)械、電子、汽車、航空、醫(yī)療、美術(shù)、建筑等許多領(lǐng)域得到應(yīng)用，與傳統(tǒng)的制造方法相比，它具有生產(chǎn)周期短、成本低的優(yōu)勢，并且可以靈活地改變設(shè)計方案，實(shí)現(xiàn)柔性生產(chǎn)，在新產(chǎn)品的開發(fā)中具有廣闊的應(yīng)用前景。

快速成型技術(shù)的基本構(gòu)思是：任何三維零件都可以看作是許多等厚度的二維平面按一定的方向逐次疊加而成。首先，我們根據(jù)計算機(jī)繪制的某個產(chǎn)品的三維實(shí)體造型轉(zhuǎn)換成另外一個軟件所需要的形式，用此軟件將這個三維實(shí)體模型切割成一系列的分層，或者我們直接在CAD的模型中“切割”成一系列的分層，接著我們可以看到切割所余下的輪廓，從激光源發(fā)射的激光便選擇性地根據(jù)這些輪廓將沙?；蚱渌庸げ牧瞎袒梢粚訉拥墓腆w粉末輪廓，與此同時，我們會將黏結(jié)劑和熱熔材料通過平臺噴射到激光束定位的位置，這樣就完成了各截面輪廓的固化。

1 基于快速成型的金屬模具無模化制造

1.1 添加黏結(jié)劑的金屬模具鑄型無?；圃?/p>

添加黏結(jié)劑的工藝方法主要有直接殼型鑄造、3D打印工藝等。它們的主要工藝過程是首先按照CAD等的模型掃描固化輪廓，然后逐點(diǎn)按照輪廓的路線用黏結(jié)劑來黏結(jié)粉末材料，這樣就省去了模型的制造工藝過程。具體的做法是：先將沙粒鋪平，再通過噴頭向沙床均勻噴灑樹脂，噴灑樹脂的同時還要噴灑黏結(jié)劑和催化劑，催化樹脂發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使沙粒按照輪廓路線固化堆積成模型中的形狀。與傳統(tǒng)的工藝相比，不同的地方是沙粒不是通過燒結(jié)而成，而是通過黏結(jié)劑的結(jié)合力黏結(jié)而成，因此，黏結(jié)劑的強(qiáng)度決定無模鑄造的成功，在必要的時候，我們可以采用將黏結(jié)劑在加熱爐中進(jìn)行加熱或燒結(jié)的方式來提高無模鑄造的成功率。

1.2 選擇性激光燒結(jié)金屬模具鑄型無模化制造

選擇性激光燒結(jié)工藝，簡稱SLS工藝，由美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校于1989年研制成功。我國的高校和企業(yè)從1994年開始對其進(jìn)行深入的研究，并研制成功第一臺國產(chǎn)激光快速成型機(jī)AF1。選擇性激光燒結(jié)工藝過程是采用激光進(jìn)行選擇性燒結(jié)，用激光作為熱源，具有易于控制、方向性好等特點(diǎn)。由于可以利用各種粉末材料進(jìn)行加工，并且加工機(jī)器在價格、使用效率等各方面具有很大的優(yōu)勢，因此得到了廣泛的應(yīng)用。此項技術(shù)因?yàn)榭捎蒀AD系統(tǒng)進(jìn)行繪制后才導(dǎo)入到激光燒結(jié)成型機(jī)進(jìn)行燒結(jié)，所以在滿足工藝條件的狀況下，可以對方案進(jìn)行任意改變，實(shí)現(xiàn)工廠的柔性化生產(chǎn)，按期交貨，降低成本，不僅如此，還可以制作各種復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)金屬模具的無模化鑄型，承受傳統(tǒng)加工中不能承受的加工工藝環(huán)境，但由于成型機(jī)空間的限制，只能對小模具進(jìn)行制作，加工的精度不如添加黏結(jié)劑的金屬模具鑄型無?；圃旒夹g(shù)，所以它只適用于制作機(jī)械加工困難、幾何復(fù)雜和尺寸較小的零件。

2 基于去除加工的金屬模具無?；圃?/p>

在較大型的金屬模具無?；T型的加工過程中，在利用計算機(jī)構(gòu)建三維實(shí)體模型后，就開始著手于砂型的構(gòu)建而無需像傳統(tǒng)工藝那樣需要復(fù)雜的工藝流程才能完成對金屬模具的砂型制造。機(jī)械科學(xué)研究總院先進(jìn)制造技術(shù)研究中心研發(fā)了基于去除加工的金屬模具無模化制造新技術(shù)。

首先，通過計算機(jī)對加工對象進(jìn)行三維CAD模型的構(gòu)建，輸出三維CAD模型，然后根據(jù)計算機(jī)自動規(guī)劃路徑對其進(jìn)行加工仿真，得到仿真的圖像后對比仿真圖像前后的差距，通過實(shí)際的加工完成仿真圖像的情況，最后加工得到鑄型。

基于去除原理的快速加工制造技術(shù)在機(jī)械工業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，包括零件加工、模具制造等，不僅制造速度快，而且精度高。由于在封閉環(huán)境中加工，成形過程中的廢棄物，例如粉塵、廢氣、廢渣等可以得到回收。

3 結(jié)束語

金屬模具毛坯的快速制造是一種不斷發(fā)展和完善的技術(shù)，輕量化、精確化、高效化和清潔化將是鑄造技術(shù)的重要發(fā)展方向，隨著CAD、材料、模擬和鑄造等相關(guān)技術(shù)的不斷完善，金屬模具的快速制造技術(shù)將獲得長足發(fā)展。無模鑄型制造技術(shù)因無需模樣、制造時間短、無起模斜度以及可制造含自由曲面（曲線）的鑄型和鑄型CAD/CAE/CAM一體化，是實(shí)現(xiàn)鑄造過程中自動化、柔性化、敏捷化的重要途經(jīng)，不僅適用于汽車、機(jī)床等制造業(yè)，在航空航天、國防等其他行業(yè)均可應(yīng)用。該技術(shù)為企業(yè)在產(chǎn)品開發(fā)中快速、低成本、高質(zhì)量地提供模具毛坯及單件小批量金屬樣件提供了技術(shù)手段，可有效地提高企業(yè)對市場的快速響應(yīng)能力，增強(qiáng)企業(yè)獲取訂單的競爭能力，是解決單件、小批量復(fù)雜零件以及金屬模具毛坯制造的有效手段。該技術(shù)的推廣應(yīng)用必將對日益增多的新產(chǎn)品試制開發(fā)以及單件、小批量復(fù)雜零件、模具的快速制造產(chǎn)生積極影響，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：王霞〕