无模铸型快速制造技术在铸造模具制造上的应用

来源：现代模具作者：发布时间：2008-04-22

　　摘要：本文叙述了铸造模具制造目前存在的问题以及无模铸型快速制造技术的基本原理、工艺特点。将无模铸型快速制造技术应用于铸造模具制造，大大简化铸造模具的制造工艺，缩短制造周期，提高了模具的尺寸精度，降低模具的制造成本。对铸造业以及整个机械制造业的技术创新和飞速发展起着极其深远的影响。

　　胡锦涛主席在2006年1月10日的全国科学技术大会上明确指出：建设创新型国家，核心就是把增强自主创新能力作为发展科学技术的战略要点，走中国特色自主创新道路，为建设创新型国家而奋斗!

　　然而，我国机械制造业自主创新能力的增强受铸造业发展的影响较大，因为机械设备的大部分零件毛坯都是通过铸造生产出来，所以铸件质量的好坏以及生产的快慢，都将直接影响到机械制造业的自主创新和技术发展,而影响铸造业发展的重要因素又是现行铸造模具的制造速度太慢、制造质量较差。

　　现行铸造模具的制造绝大部分都是用简单机械和手工操作，不仅工作效率低，而且制作的模具准确度差。一套稍复杂的模具一般都要一个多月的时间才能完成，且在模具验证时，还发现不少问题，需要经过反复修改，通常需要几个月甚至更长的时间才能投入生产。另外，目前制造铸造模具的材料大部分都用木材，大型模具几乎都是木模，木模在使用过程中容易产生破裂、变形，因而不得不进行定期检查和修理，给质量管理带来很大的困难。大批量生产的模具有不少做成金属模或塑料模，不过模具制造的周期更长，成本也更高。

　　所以，人们都在寻求更快更好的模具制造方法，如：用数控中心加工的方法，它能比较快比较准确的将模具加工出来，当然也需经过打磨修整，但价格比较贵，而且对那些复杂的模具也很难达到要求，有它的局限性。

　　还有一些快速成形的方法制作模具，主要有：光敏树脂的激光快速成形、塑料数字喷射/挤压快速成形、激光切割贴纸快速成形、消失蜡熔模铸造快速成形技术等，这些方法大多只能提供小件，而且运行成本很高。为此，我们用无模铸型快速制造技术来制造铸造模具，用数字技术实现铸造模具快速、准确的制造，并能有效降低铸造模具的制造成本等。

　　1 无模铸型快速制造技术的工作原理及特点

　　无模铸型快速制造技术是将CAD计算机三维设计、快速成形技术与树脂砂造型工艺有机结合而开发出的一种数字化制造的综合技术，它利用快速成形技术的离散/堆积成形原理，进行了工艺和结构的创新而开发出的拥有自主知识产权的一种先进的数控制造技术与装备。它无需模具，能够快速、柔性、准确地制造内腔及表面均为复杂的铸型、模具，特别适合单件、小批量、形状复杂的大中型铸型、铸造模具的制造及新产品的试制[1]。其工艺原理见图1[2]：

图1 无模铸型快速制造技术工作原理

　　无模铸型快速制造技术的主要特点是：

　　(1)无需模样，减少制作模样的人力、物力和财力的浪费。

　　(2)省去制作模样的时间，缩短制造周期。

　　(3)用数字技术控制，制作的形状、尺寸准确，大大减少加工余量。

　　(4)可制造任意复杂形状的铸型、模具，愈复杂愈显示其优越性。

　　(5)全自动操作，劳动强度低，且对工人技能要求低。

　　(6)原材料易得，可回用;无需模样，可节省大量国家资源，完全符合国家环保的要求[3]。

　　2 用无模铸型快速制造技术制造铸造模具的方法

　　我们在用无模铸型快速制造技术制造铸造模具时主要用下列方法：

　　(1)单件、小批量、个性化金属零件的制造

　　单件、小批量、个性化金属零件不用制造模具，可用无模铸型快速制造装备直接做出它们的毛坯铸型，浇注相应的金属液，即可得到零件毛坯，加工后便可。如：作为展品用的水轮机转轮模型(直径ø320，高210，重35kg)就是没有做模具，直接用无模铸型快速制造装备做出来的，见图1、图2。又如：KPS140-150单级双吸离心泵的泵盖、泵体，也是在没有模具的情况下，直接用无模铸型快速制造装备做出来的，见图3~图8。客户特殊要求的个性化产品CBK300B真空泵叶轮(直径ø570，高350，重283kg)是在CBK300A真空泵叶轮的基础上改进设计的，同样没有做模具，用无模铸型快速制造装备做出来的，见图9、图10。

　　(2)批量生产铸件的铸造模具

　　批量生产的铸件一般都要制造模具，通常是先制造模具毛坯的木模，用木模造型→浇注→金属毛坯→加工成模具。我们则无需制造毛坯木模，直接用无模铸型快速制造装备造型做出模样毛坯的铸型→浇注→金属毛坯→加工成模具。省去制造木模的时间和费用，同时由于用无模铸型快速制造装备制作的形状、尺寸比较准确，可减少毛坯的机械加工余量，有些地方可留一定的打磨量，经适当打磨即可。因此，可缩短模具的制造周期，提高模具形状、尺寸的准确度，同时降低模具的制造成本。如：蜗轮箱壳(外形尺寸为235×195×45，重5.5kg)需要批量生产，我们用无模铸型快速制造装备做出蜗轮箱壳的上、下铸型，浇注出铸铁的蜗轮箱壳模样毛坯，经适当打磨，就可成为蜗轮箱壳模样，将其装配在型板上则成用于批量生产的模具，见图11~图14。又如KPS140-150单级双吸离心泵的叶轮芯盒上的叶片模，也是用无模铸型快速制造装备做出叶片模的上、下型，浇注后得到叶片模的毛坯，经适当打磨即成叶片模。见图15~18。

　　(3)内外表面比较复杂的模具可用无模铸型快速制造技术制造以砂为骨干材料的

　　砂、树脂复合模，再翻石膏模，修整石膏模后翻成塑料模，便可用于批量生产。如：KPS140-150单级双吸离心泵泵盖、泵体的上、下模就是用此种方法做出来的，见图19~ 22。

　　3用无模铸型快速制造技术制造铸造模具操作的注意事项

　　用无模铸型快速制造技术制造铸造模具操作时注意如下：

　　(1)在CAD三维设计时，除了考虑通常铸造模具设计的原则外，还必须考虑砂、树脂复合模的特点，在设计时加以注意。如：

　　1)为了提高模具的强度、刚性，在设计时做出适当的沟槽，便于安放加强钢筋。