數(shù)字化無(wú)模鑄造精密成型技術(shù)(正版)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)工程技術(shù)學(xué)院鍛壓工藝及模具設(shè)計(jì)課程報(bào)告學(xué) 院（系） 機(jī) 械 工 程系 專 業(yè) 班 級(jí) 模具設(shè)計(jì)與制造61002 班 學(xué) 生 姓 名 余偉 序號(hào) 24 指 導(dǎo) 教 師 江山 日 期 2012-5-29 目 錄一、背景綜述目前數(shù)字化無(wú)模鑄造精密成型技術(shù)的現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì).2二、具體分析1.題目及分析 1.1無(wú)模鑄型快速制造技術(shù)的工作原理及特點(diǎn).32. 設(shè)計(jì)過(guò)程2.1用無(wú)模鑄型快速制造技術(shù)制造鑄造模具的方法.62.2用無(wú)模鑄型快速制造技術(shù)制造鑄造模具操作的注意事項(xiàng).82.3

2、用無(wú)模鑄型快速制造技術(shù)制造的鑄型和模具實(shí)例.93心得體會(huì)數(shù)字化無(wú)模鑄造精密成型技術(shù)鑄造有著數(shù)千年的歷史，干將莫邪鑄鐘娘娘的傳說(shuō)里都有著對(duì)鑄造工藝的描述；去年熱映的電影鋼的琴里那架鋼琴的琴體也是由鐵水鑄成。在幾千年歷史河水的沖刷中，鑄造工藝幾乎從未被改變過(guò)。以應(yīng)用最廣泛的砂型鑄造為例，先根據(jù)圖樣做出木模，再放入砂箱填型做出砂型，后將熔化的金屬澆灌入砂型空腔，冷卻凝固獲得鑄件。從祖輩手中的煙袋鍋?zhàn)?，到現(xiàn)代汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體，鑄件幾乎都是出自這種工藝。整個(gè)過(guò)程環(huán)節(jié)較多，需預(yù)留工藝補(bǔ)正量，并且尺寸精度差，人為影響因素很大，因?yàn)榇蟛糠侄际且远S圖紙為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)制造。隨著汽車機(jī)床等現(xiàn)今制造業(yè)技術(shù)的高速進(jìn)步

3、，以及核電航空航天國(guó)防軍工等重大裝備和重大工程的實(shí)施，鑄造產(chǎn)品發(fā)展的趨勢(shì)要求更好的綜合性能，更高的精度，更少的余量，更好的表面質(zhì)量，更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。同時(shí)，節(jié)能降耗減少污染也是現(xiàn)代制造業(yè)的迫切要求。 然而，我國(guó)機(jī)械制造業(yè)自主創(chuàng)新能力的增強(qiáng)受鑄造業(yè)發(fā)展的影響較大，因?yàn)闄C(jī)械設(shè)備的大部分零件毛坯都是通過(guò)鑄造生產(chǎn)出來(lái)，所以鑄件質(zhì)量的好壞以及生產(chǎn)的快慢，都將直接影響到機(jī)械制造業(yè)的自主創(chuàng)新和技術(shù)發(fā)展,而影響鑄造業(yè)發(fā)展的重要因素又是現(xiàn)行鑄造模具的制造速度太慢、制造質(zhì)量較差。所以，人們都在尋求更快更好的模具制造方法，如：用數(shù)控中心加工的方法，它能比較快比較準(zhǔn)確的將模具加工出來(lái)，當(dāng)然也需經(jīng)過(guò)打磨修整，但價(jià)格比較貴，

4、而且對(duì)那些復(fù)雜的模具也很難達(dá)到要求，有它的局限性。還有一些快速成形的方法制作模具，主要有：光敏樹(shù)脂的激光快速成形、塑料數(shù)字噴射/擠壓快速成形、激光切割貼紙快速成形、消失蠟熔模鑄造快速成形技術(shù)等，這些方法大多只能提供小件，而且運(yùn)行成本很高。為此，我們用無(wú)模鑄型快速制造技術(shù)來(lái)制造鑄造模具，用數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)鑄造模具快速、準(zhǔn)確的制造，并能有效降低鑄造模具的制造成本等。2015年中國(guó)的鑄件總產(chǎn)量將達(dá)到5000萬(wàn)噸以上，年產(chǎn)值達(dá)到7500億元以上，數(shù)字化無(wú)模鑄造技術(shù)及裝備將在汽車模具機(jī)床工程機(jī)械航空航天等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。鑄造生產(chǎn)中，砂型鑄造應(yīng)用最廣泛，世界上大約80%的鑄件都采用木模金屬模等進(jìn)行砂型鑄造。

5、目前，我國(guó)有3萬(wàn)多家的鑄造企業(yè)，2011年我國(guó)鑄件年產(chǎn)量超過(guò)了4000萬(wàn)噸，消耗了大量木材和金屬。2012年我國(guó)數(shù)字化無(wú)模鑄造精密成形機(jī)預(yù)計(jì)推廣應(yīng)用30臺(tái)，亞洲歐洲亦有橄欖枝拋來(lái)，這種裝備可在兩天內(nèi)制作出以前需要1-2個(gè)月才能完成的砂型，在單件小批量鑄件及鑄造模具開(kāi)發(fā)生產(chǎn)中徹底將鑄造工藝中的木模拋棄，在鑄造行業(yè)中推廣應(yīng)用，將會(huì)節(jié)約大量木材和金屬，挽救成千上萬(wàn)棵樹(shù)。反觀傳統(tǒng)鑄造工藝，為了達(dá)到要求，木模金屬模等的制作過(guò)程耗時(shí)耗力，動(dòng)輒以月為單位的開(kāi)發(fā)周期，拖了制造后腿。在提高產(chǎn)品開(kāi)發(fā)效率和降低能耗的呼聲中，鑄造工藝應(yīng)無(wú)?；嵝曰瘮?shù)字化精密化綠色化和智能化。2008年，數(shù)字化無(wú)模鑄造技術(shù)的發(fā)明者單忠

6、德收到中國(guó)一汽的一個(gè)鑄件圖紙，對(duì)方希望能夠采用數(shù)字化無(wú)模鑄造技術(shù)進(jìn)行砂型制造的測(cè)試，表示如果能在兩天后的周一，依據(jù)圖紙制出該鑄件的合格砂型，中國(guó)一汽將啟動(dòng)購(gòu)置設(shè)備談判。兩天后？按照傳統(tǒng)鑄造工藝，通常需要30-45天甚至更長(zhǎng)時(shí)間！結(jié)果是，周一單忠德帶領(lǐng)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)把砂型擺在了談判客戶面前。單忠德及其團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的數(shù)字化無(wú)模鑄造精密成形技術(shù)及裝備，直接從砂型加工入手。技術(shù)人員所需要做的很簡(jiǎn)單，先用電腦將所需鑄件的三維CAD模型做出來(lái)，自動(dòng)規(guī)劃路徑后輸入到無(wú)模鑄造精密成形機(jī)，然后，就等著看刀頭的機(jī)器舞吧。刀頭會(huì)按照程序設(shè)定的軌跡移動(dòng)，或上或下，或左或右，或淺或深這是一種精密機(jī)械獨(dú)有的運(yùn)動(dòng)美感。經(jīng)過(guò)一番切削

7、后，一個(gè)完美的砂型得以呈現(xiàn)。這個(gè)過(guò)程，最快只需要幾個(gè)小時(shí)，這點(diǎn)時(shí)間比起動(dòng)輒以月為單位的開(kāi)發(fā)周期，幾乎可以忽略不計(jì)?？催^(guò)數(shù)控機(jī)床的刀頭上下翻飛雕琢一個(gè)金屬件的朋友，也許會(huì)在無(wú)模鑄造精密成形機(jī)前體味到異曲同工之妙。但你所不知道的是，由于是對(duì)型砂直接切削加工，因此存在著復(fù)雜薄壁砂型加工易出現(xiàn)坍塌且表面粗糙高速旋轉(zhuǎn)的刀具加工砂型易磨損或崩刃，加工的廢砂如何及時(shí)清除及刀具冷卻等諸多問(wèn)題。單忠德舉例說(shuō)，型砂質(zhì)地粗糙，高速旋轉(zhuǎn)的刀具與堅(jiān)硬的型砂顆粒碰撞，普通刀頭豈有不壞不崩之理？所以無(wú)模成形系列技術(shù)中，有一項(xiàng)就是專門(mén)的長(zhǎng)壽命刀具研制。再有，切削型砂不可能用切削液給刀頭降溫，而產(chǎn)生粉塵又該如何處置？他們想到了

8、在刀頭周圍創(chuàng)造出一個(gè)正負(fù)壓環(huán)境，這樣既解決了降溫問(wèn)題，又不至于讓刀頭起舞時(shí)黃沙滾滾。該項(xiàng)目創(chuàng)新提出鑄型數(shù)控加工方法復(fù)雜薄壁件砂型配方刀具冷卻和廢砂排除一體化方法金屬件自適應(yīng)鑄型制造及鑄型坎合組裝方法，創(chuàng)新地開(kāi)發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的長(zhǎng)壽命高速砂型加工刀具固化砂型加工工藝參數(shù)的專用高速高效開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)接口管理軟件刀具冷卻和廢砂排除一體化系統(tǒng)和系列化的無(wú)模鑄造精密成形機(jī)。由于三維CAD模型直接驅(qū)動(dòng)鑄型制造，拋棄了傳統(tǒng)的木?；蚪饘倌５饶＞?，大大縮短了鑄造流程，并實(shí)現(xiàn)了鑄造行業(yè)的數(shù)字化，因此數(shù)字化無(wú)模鑄造精密成形技術(shù)被稱作是鑄造技術(shù)的革命。技術(shù)革命的效果就是，加工費(fèi)用僅為有模方法的1/10左右，

9、開(kāi)發(fā)時(shí)間縮短了50%-80%，相應(yīng)地制造成本降低了30%-50%。如果你是一個(gè)鑄造行業(yè)的從業(yè)人員，你應(yīng)該可以體會(huì)到，不僅享受到時(shí)間節(jié)省和成本降低，重要的是使用該技術(shù)搶占了市場(chǎng)先機(jī)，由此所帶來(lái)的收獲更讓人心潮澎湃。如果你是一個(gè)鑄造行業(yè)的從業(yè)人員，你還會(huì)注意到，型芯數(shù)字化加工，取消了拔模斜度，提高了零件的成形精度，同時(shí)減少了設(shè)計(jì)中的加工余量；型芯柔性化的設(shè)計(jì)和靈活多樣組合，為設(shè)計(jì)和制造提供了充分自由度；另外，多種類激冷效果各異的型砂可構(gòu)造自適應(yīng)復(fù)合砂型。如果在鑄件開(kāi)發(fā)及小批量生產(chǎn)中應(yīng)用數(shù)字化無(wú)模鑄造成形技術(shù)，將減少大量木材和金屬的消耗，挽救成千上萬(wàn)棵樹(shù)，成片的森林。同時(shí)，由于減少拔模斜度和加工余量

10、，每噸鑄件可平均減重3%，還將會(huì)節(jié)約大量金屬和煤電，利于行業(yè)節(jié)能減排。截止到2011年年底，單忠德團(tuán)隊(duì)先后在北京吉林長(zhǎng)春山東煙臺(tái)河南洛陽(yáng)江蘇常州和廣西玉林等建立了7個(gè)數(shù)字化無(wú)模鑄造精密成形技術(shù)與裝備的應(yīng)用示范基地。中國(guó)一汽中國(guó)一拖廣西玉柴等企業(yè)已經(jīng)采用該方法及裝備，成功完成了輪轂齒輪殼體變速箱體進(jìn)排氣管發(fā)動(dòng)機(jī)缸體等復(fù)雜鑄件的開(kāi)發(fā)，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益上億元。1.1 數(shù)字化無(wú)模鑄型快速制造技術(shù)的工作原理及特點(diǎn)數(shù)字化無(wú)模鑄造精密成型技術(shù)，簡(jiǎn)稱無(wú)模鑄造技術(shù)，是計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、新材料、鑄造等技術(shù)的集成和原始創(chuàng)新：由三維CAD模型直接驅(qū)動(dòng)鑄型制造，不需要模具縮短了鑄造流程，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化鑄造、快速制造。見(jiàn)圖1

11、技術(shù)流程圖 圖1 同傳統(tǒng)鑄型制造技術(shù)相比，無(wú)模鑄造具有無(wú)可比擬的優(yōu)越性，它不僅使鑄造過(guò)程高度自動(dòng)化、敏捷化，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，而且在技術(shù)上突破了傳統(tǒng)工藝的許多障礙，使設(shè)計(jì)、制造的約束條件大大減少。具體表現(xiàn)在以下方面：1) 造型時(shí)間短 利用傳統(tǒng)的方法制造鑄型必須先加工模樣，無(wú)論是普通加工還是數(shù)控加工，模樣的制造周期都比較長(zhǎng)。對(duì)于大中型鑄件來(lái)說(shuō)，鑄型的制造周期一般以月為單位計(jì)算。由于采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)處理，無(wú)模鑄造工藝的信息處理過(guò)程一般只需花費(fèi)幾個(gè)小時(shí)至幾十個(gè)小時(shí)。所以從制造時(shí)間上來(lái)看，該工藝具有傳統(tǒng)造型方法無(wú)法比擬的優(yōu)越性。 2) 制造成本低 無(wú)模鑄造工藝的自動(dòng)化程度高，其設(shè)備一次性投資較大，其它生

12、產(chǎn)條件如原砂、樹(shù)脂等原材料的準(zhǔn)備過(guò)程與傳統(tǒng)的自硬樹(shù)脂砂造型工藝相同。然而又由于它造型無(wú)需模樣，對(duì)于一些大型、復(fù)雜鑄件，模具的成本又較高，所以其收益是明顯的.3) 一體化制造 由于傳統(tǒng)造型需要起模，因此一般要求沿鑄件最大截面處（分型面）將其分開(kāi)，也就是采用分型造型。這樣往往限制了鑄件設(shè)計(jì)的自由度，某些表面和內(nèi)腔復(fù)雜的鑄型不得不采用多個(gè)分型面，使造型、合箱裝配過(guò)程的難度大大增加，分型造型使鑄件產(chǎn)生?！帮w邊”，導(dǎo)致機(jī)加工量增大。無(wú)模鑄造工藝采用離散/堆積成形原理，沒(méi)有起模過(guò)程，所以分型面的設(shè)計(jì)并不是主要障礙。分型面的設(shè)計(jì)甚至可以根據(jù)需要不設(shè)置在鑄件的最大截面處，而是設(shè)在鑄件的非關(guān)鍵部位，對(duì)于某些鑄件

13、，完全可以采用一體化制造方法，即上下型同時(shí)成形。一體化造型最顯著的優(yōu)點(diǎn)是省去了合箱裝配的定位過(guò)程，減少了設(shè)計(jì)約束和機(jī)加工量，使鑄件的尺寸精度更容易控制。 4) 型、芯同時(shí)成形 傳統(tǒng)工藝出于起模的考慮，型腔內(nèi)部一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成芯，型、芯分開(kāi)制造，然后再將二者裝配起來(lái)，裝配過(guò)程需要準(zhǔn)確的定位，還必須考慮芯子的穩(wěn)定性。無(wú)模鑄造工藝制造的鑄型，型和芯是同時(shí)堆積而成，無(wú)需裝配，位置精度更易保證。 5) 易于制造含自由曲面的鑄型 傳統(tǒng)工藝中，采用普通加工方法制造模樣的精度難以保證；數(shù)控加工編程復(fù)雜，另外涉及刀具干涉等問(wèn)題。所以傳統(tǒng)工藝不適合制造含自由曲面或曲線的鑄件。而基于離散/堆積成形原理的無(wú)模鑄造工藝，

14、不存在成形的幾何約束，因而能夠很容易地實(shí)現(xiàn)任意復(fù)雜形狀的造型。 6) 造型材料廉價(jià)易得 無(wú)模鑄造工藝所使用的造型材料是普通的鑄造用砂，價(jià)格低廉，來(lái)源廣泛；而粘結(jié)劑和催化劑也是非常普通的化學(xué)材料，成本不高。同時(shí)數(shù)字化無(wú)模鑄造精密成型技術(shù)是一種全新的復(fù)雜金屬件快速制造方法，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜金屬件制造的柔性化、數(shù)字化、精密化、綠色化、智能化，是鑄造技術(shù)的革命。不需要木模及模具，縮短了鑄造流程，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)鑄造行業(yè)的數(shù)字化制造，特別適合于復(fù)雜零部件的快速制造，在節(jié)約鑄造材料、縮短工藝流程、減少鑄造廢棄物、提升鑄造質(zhì)量、降低鑄件能耗等方面具有顯著特色和優(yōu)勢(shì)，改變了幾千年來(lái)鑄造需要模具的狀況。 與傳統(tǒng)有模鑄件制

15、造相比，數(shù)字化無(wú)模鑄造加工費(fèi)用僅為有模方法的1/10左右，開(kāi)發(fā)時(shí)間縮短50%-80%，制造成本降低30%-50%。見(jiàn)圖2，3 圖2 圖3將無(wú)模鑄型快速制造技術(shù)應(yīng)用于鑄造模具制造，大大簡(jiǎn)化鑄造模具的制造工藝，縮短制造周期，提高了模具的尺寸精度，降低模具的制造成本。對(duì)鑄造業(yè)以及整個(gè)機(jī)械制造業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新和飛速發(fā)展起著極其深遠(yuǎn)的影響。2.1 用無(wú)模鑄型快速制造技術(shù)制造鑄造模具的方法我們?cè)谟脽o(wú)模鑄型快速制造技術(shù)制造鑄造模具時(shí)主要用下列方法：(1)單件、小批量、個(gè)性化金屬零件的制造單件、小批量、個(gè)性化金屬零件不用制造模具，可用無(wú)模鑄型快速制造裝備直接做出它們的毛坯鑄型，澆注相應(yīng)的金屬液，即可得到零件毛坯，

16、加工后便可。如：作為展品用的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪模型(直徑320，高210，重35kg)就是沒(méi)有做模具，直接用無(wú)模鑄型快速制造裝備做出來(lái)的，見(jiàn)圖1、圖2。又如：KPS140-150單級(jí)雙吸離心泵的泵蓋、泵體，也是在沒(méi)有模具的情況下，直接用無(wú)模鑄型快速制造裝備做出來(lái)的，見(jiàn)圖3圖8?？蛻籼厥庖蟮膫€(gè)性化產(chǎn)品CBK300B真空泵葉輪(直徑570，高350，重283kg)是在CBK300A真空泵葉輪的基礎(chǔ)上改進(jìn)設(shè)計(jì)的，同樣沒(méi)有做模具，用無(wú)模鑄型快速制造裝備做出來(lái)的，見(jiàn)圖9、圖10。(2)批量生產(chǎn)鑄件的鑄造模具批量生產(chǎn)的鑄件一般都要制造模具，通常是先制造模具毛坯的木模，用木模造型澆注金屬毛坯加工成模具。我們則無(wú)需

17、制造毛坯木模，直接用無(wú)模鑄型快速制造裝備造型做出模樣毛坯的鑄型澆注金屬毛坯加工成模具。省去制造木模的時(shí)間和費(fèi)用，同時(shí)由于用無(wú)模鑄型快速制造裝備制作的形狀、尺寸比較準(zhǔn)確，可減少毛坯的機(jī)械加工余量，有些地方可留一定的打磨量，經(jīng)適當(dāng)打磨即可。因此，可縮短模具的制造周期，提高模具形狀、尺寸的準(zhǔn)確度，同時(shí)降低模具的制造成本。如：蝸輪箱殼(外形尺寸為23519545，重5.5kg)需要批量生產(chǎn)，我們用無(wú)模鑄型快速制造裝備做出蝸輪箱殼的上、下鑄型，澆注出鑄鐵的蝸輪箱殼模樣毛坯，經(jīng)適當(dāng)打磨，就可成為蝸輪箱殼模樣，將其裝配在型板上則成用于批量生產(chǎn)的模具，見(jiàn)圖11圖14。又如KPS140-150單級(jí)雙吸離心泵的葉

18、輪芯盒上的葉片模，也是用無(wú)模鑄型快速制造裝備做出葉片模的上、下型，澆注后得到葉片模的毛坯，經(jīng)適當(dāng)打磨即成葉片模。見(jiàn)圖1518。(3)內(nèi)外表面比較復(fù)雜的模具可用無(wú)模鑄型快速制造技術(shù)制造以砂為骨干材料的砂、樹(shù)脂復(fù)合模，再翻石膏模，修整石膏模后翻成塑料模，便可用于批量生產(chǎn)。如：KPS140-150單級(jí)雙吸離心泵泵蓋、泵體的上、下模就是用此種方法做出來(lái)的，見(jiàn)圖19 22。3.1 用無(wú)模鑄型快速制造技術(shù)制造鑄造模具操作的注意事項(xiàng)用無(wú)模鑄型快速制造技術(shù)制造鑄造模具操作時(shí)注意如下：(1)在CAD三維設(shè)計(jì)時(shí)，除了考慮通常鑄造模具設(shè)計(jì)的原則外，還必須考慮砂、樹(shù)脂復(fù)合模的特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)時(shí)加以注意。如：1)為了提高模

19、具的強(qiáng)度、剛性，在設(shè)計(jì)時(shí)做出適當(dāng)?shù)臏喜?，便于安放加?qiáng)鋼筋。2)在模具的配合面，考慮固化劑擴(kuò)散、滲透對(duì)尺寸精度的影響，對(duì)這部分尺寸應(yīng)作修正。3) 對(duì)模具和型板的裝配、模具間的裝配或安裝活塊處應(yīng)預(yù)留裝配調(diào)整孔。4)經(jīng)常相互磨擦比較厲害的面，應(yīng)考慮鑲金屬塊。5)模型、芯盒起模時(shí)的敲擊處必須預(yù)留安裝敲擊塊的位置，并注意敲擊塊和模具的連接。(2)造型時(shí)調(diào)整相關(guān)的參數(shù)。1)為了在隨后的處理操作中不易損壞，必須提高鑄型的強(qiáng)度，也就是要增加樹(shù)脂的加入量，樹(shù)脂的加入量可提高至2.53%。為此，要改變鋪砂機(jī)構(gòu)篩網(wǎng)的目數(shù)，增加鋪砂機(jī)構(gòu)的震擊力度;否則，砂下落不順，鋪砂量不足;2)為了提高模具的形狀、尺寸的準(zhǔn)確度，噴頭噴咀的孔徑可適當(dāng)選小;3)根據(jù)模具各處的精度要求不同，可調(diào)整砂層的厚度。(3)后處理操作要點(diǎn) 1)造型完成后要放置至少2小時(shí)，讓鑄型適當(dāng)硬化，提高強(qiáng)度，并在運(yùn)輸、搬運(yùn)時(shí)采取一定措施，防止鑄型變形。2)打磨前必須經(jīng)130150保溫24小時(shí)，讓鑄型充分硬化，強(qiáng)度提高;若溫度太高會(huì)引起過(guò)燒，強(qiáng)度明顯下降。3)打磨盡量光滑，并檢查尺寸達(dá)到圖紙要求。4)從模具的背面刷樹(shù)脂，讓樹(shù)脂滲入砂型內(nèi)部，進(jìn)一步提高模具強(qiáng)度。(注意樹(shù)脂要刷得恰如其分，防止其從另一面滲出。)5)模具的工作表面刷涂料或抹豬料灰膩?zhàn)?，盡可能刷抹得均勻。6)烘干