1、3D 成型用于精密铸造生产工艺研究【摘要】目前熔模铸造行业中，蜡模主要采用将蜡压入模具的方式制成。该方法工序繁杂，生产周期长，原辅材料费用比砂型铸造高，生产成本较高。将 3D 成型技术应用于蜡模的制作，其所制蜡模的结构可以复杂化、不受分型面的影响，制作的蜡模尺寸精度较高，为新产品研发提供了很好的支持。 【关键词】熔模铸造 3D 成型 新产品 复杂 精度 一、引言 熔模铸造通常是指将易熔材料制成模样，在模样表面包覆若干层耐火材料制成型壳，再将模样融化排出型壳，从而获得无分型面的铸型，经高温焙烧后即可填砂浇注的铸造方法。由于模样广泛采用蜡质材料制作，故常将熔模铸造称为“失蜡铸造” 。现今国内大多采
2、用压力将糊状模料压入成型的方法制作熔模。压制熔模之前，需先在压型表面涂分型剂，以便从压型中取出熔模。该蜡模制作工艺过程较复杂，设备及辅材成本较高，小批量生产成本较高。 二、熔模铸造中 3D 成型技术的应用 （一）利用 3D 成型技术制作的产品展示 我公司 2011 年开始引进 3D 成型技术，目前已熟练掌握将 3D 成型与精密铸造相结合的制造工艺，并利用 3D 成型与精密铸造相结合的生产工艺制造了各种结构复杂的产品，产值约 4000 万，取得了客户的肯定有好评，主要包括泵、阀、喷水推进器等（如下图所示）： 图 1 HC-276 高速泵 图 2 Zr-702 旋塞阀 图 3 Zr-702 止回阀
3、 图 4 ZTA2 导流罩 图 5 ZTA3 叶轮 图 6 ZTA3 导叶体/叶轮 （二）3D 成型技术用于熔模铸造的工艺 目前在制造业特别是航空、航天、国防、汽车等重点行业，基础的核心部件一般为金属零件，而且其中相当多的金属零件是非对称性的，有着不规则曲面或结构复杂的零件，这些零件的生产通常采用精密铸造方法的制作。在铸造生产中，一般需用使用消失模来复制金属零件，而消失模的制造多数是通过金属模具获得，因此金属模具的加工成为铸件生产的瓶颈。 随着 3D 成型技术的发展，目前已能快速、直接的生产精密铸造所需的消失模，解决了传统铸造中模具研制周期长、成本高和难以制作复杂曲面等难题。3D 成型技术与铸
4、造、数控加工等制造手段相结合为现今模型、模具和新产品等制造提供了强有力支撑，不但降低生产成本，提高生产效率，而且还使铸件更具有个性化、多样化。 3D 成型技术又叫增材制造，与传统的减材制造相比，它是一种将三维数据先离散后聚集方法制造实体零件，通常是先将原料一层一层的叠加，然后逐层激光烧结而成。它是以三维的数据模型为基础，首先在计算机中设计一个数字化三维立体模型，然后把这个模型用计算机的处理软件分割成很多小单元，转化成二维数据，最后再把二维数据累积在一起形成三维模型。 3D 成型机具有与 proe、catia 等三维软件对接的能力。3D 技术的使用，不但可以得到更加复杂、更加精密的三维模型，而且
5、简化了消失模制作的过程，不再需要使用模具来制作蜡模。对于小批量复杂的蜡模生产，省去了模具的使用费用，同时省去了修模的时间与费用，在新产品的研制阶段效率更高、成本更低。具体工艺如下图： 图 7 传统熔模铸造工艺与 3D 成型技术运用于熔模铸造的工艺图 （三）3D 成型技术用于熔模生产的优势 将 3D 成型技术应用于熔模铸造中，在制造结构复杂、精度要求高、批量小的产品时，比传统的熔模铸造有着不可比拟的优势： （1）消失模的制作不受模具的限制，模型可更复杂化、多样化。 （2）消失模的制作更加的快捷、制作成本较低且周期短、精度高。 （3）铸件产品的精度更高、研发周期更短。 （四）3D 成型与精密铸造技
6、术结合在快艇喷水推进系统中的应用 在船舶动力系统中，喷水推进系统所需叶轮和导液体，均由多叶片构成，叶片形状按流体动力学原理设计，结构复杂，给模具开模抽芯带来困难，因此传统模具设计与制造工艺周期长，费用高，已严重制约了新产品研发。目前国外采用最有效的方法是，利用 3D 快速成型技术与熔模铸造相结合，可以克服上述困难，直接生产喷水推进系统的叶轮和导液体的消失模，消失模成型时不受模型形状的约束，成型的消失模经过后续的表面处理，表面粗糙度 Ra 可以达到 6.3m，能很好的保证消失模的尺寸精度和表面质量。传统喷水推进器叶轮及导叶体一般采用陶瓷型壳铸造，为提高喷水推进器的性能，采用钛质导液体和叶轮，使装
7、备更轻、效率更高、使用寿命更长、可靠性更佳。产品制壳具体工艺为：用氧化锆粉锆溶胶氧化锆砂桨料涂表层，背层及加固层的耐火材料选用莫来砂。由于叶片厚度小，不能有疏松，在浇注系统设计时要科学合理，适当控制浇注温度与型壳温度，采用离心铸造、热等静压等方法以提高浇铸质量，可获得高质量的铸件。 图 8 叶轮与导液体 3D 模型 图 9 ZTA3 叶轮与导液体铸件产品图 三、结论 将 3D 成型技术应用于熔模铸造生产中，不仅提高了消失模制作的多样化、消失模的精度；同时也使得制得的消失模不再受传统模具的限制，更具复杂性。3D 成型技术在熔模铸造中的使用，使铸件更具多样性、复杂性、精度高、开发周期短、成本低等特
8、性，推动了精密铸造工艺的发展，具有广阔的市场前景。 Abstract：In investment casting industry， we mainly adopt the way of repression to make the wax model now. By this way， the procedure is more multifarious， the production cycle is longer， the raw and auxiliary materials cost is higher than the sand casting， the production co
9、st is higher. Applying the 3d printer to making up the wax model， the wax model can be more complicated and is not affected by the parting surface . The precision of the wax model is higher and the production cost is lower. Key words： Investment casting 3d printer multifarious precision cost 参考文献： 1曹瑜强 .铸造工艺及设备M.机械工业出版社，2012. 2中国铸造协会.熔模铸造手册M.机械工业出版社，2002. 3陈胜利.快速成形技术及其发展趋势J.制造业自动化，2009. 4彭艳锋.激光快速成型与传统精密铸造技术的工艺组合应用J.航天制造技术，2006.
