数字化无模铸造精密成型技术

数字化无模铸造精密成型技术目录一．无模铸造技术简介二．无模铸造技术特点三．无模铸造与传统有模铸造比较四．无模铸造工艺流程五．无模铸造在生产中的应用一、无模铸造技术简介数字化无模铸造精密成型技术，简称无模铸造技术，是计算机、自动控制、新材料、铸造等技术的集成和原始创新：由三维CAD模型直接驱动铸型制造，不需要模具缩短了铸造流程，实现了数字化铸造、快速制造。技术流程图二、无模铸造技术特点同传统铸型制造技术相比，无模铸造具有无可比拟的优越性，它不仅使铸造过程高度自动化、敏捷化，降低工人劳动强度，而且在技术上突破了传统工艺的许多障碍，使设计、制造的约束条件大大减少。具体表现在以下方面：1)造型时间短利用传统的方法制造铸型必须先加工模样，无论是普通加工还是数控加工，模样的制造周期都比较长。对于大中型铸件来说，铸型的制造周期一般以月为单位计算。由于采用计算机自动处理，无模铸造工艺的信息处理过程一般只需花费几个小时至几十个小时。所以从制造时间上来看，该工艺具有传统造型方法无法比拟的优越性。2)制造成本低无模铸造工艺的自动化程度高，其设备一次性投资较大，其它生产条件如原砂、树脂等原材料的准备过程与传统的自硬树脂砂造型工艺相同。然而又由于它造型无需模样，对于一些大型、复杂铸件，模具的成本又较高，所以其收益是明显的.3)一体化制造由于传统造型需要起模，因此一般要求沿铸件最大截面处（分型面）将其分开，也就是采用分型造型。这样往往限制了铸件设计的自由度，某些表面和内腔复杂的铸型不得不采用多个分型面，使造型、合箱装配过程的难度大大增加，分型造型使铸件产生“飞边”，导致机加工量增大。无模铸造工艺采用离散/堆积成形原理，没有起模过程，所以分型面的设计并不是主要障碍。分型面的设计甚至可以根据需要不设置在铸件的最大截面处，而是设在铸件的非关键部位，对于某些铸件，完全可以采用一体化制造方法，即上下型同时成形。一体化造型最显著的优点是省去了合箱装配的定位过程，减少了设计约束和机加工量，使铸件的尺寸精度更容易控制。4)型、芯同时成形传统工艺出于起模的考虑，型腔内部一些结构设计成芯，型、芯分开制造，然后再将二者装配起来，装配过程需要准确的定位，还必须考虑芯子的稳定性。无模铸造工艺制造的铸型，型和芯是同时堆积而成，无需装配，位置精度更易保证。5)易于制造含自由曲面的铸型传统工艺中，采用普通加工方法制造模样的精度难以保证；数控加工编程复杂，另外涉及刀具干涉等问题。所以传统工艺不适合制造含自由曲面或曲线的铸件。而基于离散/堆积成形原理的无模铸造工艺，不存在成形的几何约束，因而能够很容易地实现任意复杂形状的造型。6)造型材料廉价易得无模铸造工艺所使用的造型材料是普通的铸造用砂，价格低廉，来源广泛；而粘结剂和催化剂也是非常普通的化学材料，成本不高。三、无模技术与传统有模铸造比较数字化无模铸造精密成型技术是一种全新的复杂金属件快速制造方法，能够实现复杂金属件制造的柔性化、数字化、精密化、绿色化、智能化，是铸造技术的革命。不需要木模及模具，缩短了铸造流程，实现了传统铸造行业的数字化制造，特别适合于复杂零部件的快速制造，在节约铸造材料、缩短工艺流程、减少铸造废弃物、提升铸造质量、降低铸件能耗等方面具有显著特色和优势，改变了几千年来铸造需要模具的状况。与传统有模铸件制造相比，数字化无模铸造加工费用仅为有模方法的1/10左右，开发时间缩短50%-80%，制造成本降低30%-50%。汽车缸体无模铸造工艺与传统铸造工艺技术应用效果的对比项目无模铸造工艺传统铸造工艺制作过程无需模具，铸型一次成型先制作模具，3－4次修模后才能做出铸型制作时间约10－15天约120天人工原材料费低约叁拾万元左右工人技能要求专业技能要求普通，培训一周即可进行操作专业技能要求高，一般有一定工作经验才能独立工作工艺和制造特性1、无需模具，铸型一次成形。2、可实现一体化造型，减少设计约束和机加工量，铸件尺寸精度易控制。3、型、芯同时成型，提高定位精度。4、无需拔模斜度，减轻铸件重量。5、可以制作任意形状的铸件，尤其是制作复杂以及含有自由曲面的铸件，而且精度高。6、完美体现设计者意图，提高发动机的效率。7、设计有问题修改三维图即可重新制作。1、先制作模具，3~4次修改模具后才能达到设计要求。2、复杂件只能采用多箱造型的方法，难度增加，铸件容易产生错位，增加清理和机加工的工作量。3、往往只能型芯分开成型，再进行组装，定位误差增加。4、需拔模斜度。5、传统加工方法难以保证曲面精度，存在无法克服的障碍。6、铸件有问题很难确定是设计问题还是模具问题。7、对新产品开发模具投入太大，一般都在几十万以上。四、无模铸造工艺流程无模铸造工艺是一个包含CAD/CAM、数控、材料、喷射、工艺参数设置及后处理的集成制造过程，可概括为以下几个过程：(1)前处理过程：首先规划和设计铸型，即确定工艺参数、选取最优加工方向、设计浇注系统等，将产品/零件的CAD模型转换成铸型的CAD模型。然后由铸型CAD数据得到分层截面轮廓数据，再以层面信息产生控制信息。(2)造型过程：原砂存储及铺砂机构将原砂均匀铺撒在砂箱表面并由压滚压实，喷射装置将树脂和固化剂喷射在每一层铺好压实的型砂上，粘结剂与催化剂发生胶联反应，粘接剂和催化剂共同作用的地方型砂被固化在一起，其他地方型砂仍为颗粒态干砂。固化完一层后再粘接下一层，所有层面粘接完之后就可以得到一个三维实体铸型。(3)后处理过程：清理出铸型中间未固化的干砂就可以得到一个有一定壁厚的铸型，在砂型的内表面涂敷或浸渍涂料。五、无模铸造在生产中的应用1、中国一汽采用数字化无模铸造技术及装备，完成了多种汽车零部件的快速开发试制。图3、图4为齿轮壳体、前轮彀体件开发过程，5天内均可完成。2、广西玉柴采用数字化无模铸造技术，进行了柴油机复杂零部件开发。成功开发出1Ｍ曲轴箱、1M机体、1.35M机体等系列化柴油机部件，如图6～图8所示。砂模加工时间仅用70小时左右，从CAD模型到铸件时间10天左右，产品开发周期缩短2/3以上。3、广西柳工采用数字化无模铸造技术进行了传动箱体快速开发，如图9。通过铸件型芯的组合优化设计，得到分块加工方案，逐块加工累计69小时，最终组合出轮廓尺寸1300mm×780mm×800mm的砂模，成功浇注出传动箱体铸件。