復雜鑄件鑄造方法的選擇與生產實例
1、復雜液壓閥體的快速鑄造
圖1所示為國外客戶訂貨的材質為HT200的液壓閥鑄件的三維圖。該件外形上的凸凹形面較多，并有許多與內流道相通的小圓孔及異形孔。特別是該件的內腔流道形狀更為復雜（其形狀可見圖2中形成流道的型芯），共有四條流道：最窄流道截面直徑僅φ5mm×流道長64mm（長徑比約13），且也成彎扭狀，其兩端分別與右側面及低平面相通。該閥體的內腔流道形狀彎扭變化很大，不僅沿水平方向彎扭、而且還沿空間任意方向彎扭，同一流道出現(xiàn)多個不等直徑或不等截面形狀，有的流道過分細長，各流道出口中心線不在外部形狀上的同一平面上等問題，這些均會給該閥體鑄件的制造工藝帶來很大的困難，傳統(tǒng)的砂型鑄造和消失膜鑄造均難以勝任。選擇性激光燒結快速成形不僅制模周期短，費用低，而且特別適合于制作復雜零件的原型或型(芯)，現(xiàn)在鑄造的生產實踐中已得到了廣泛的運用，因此本文著重考慮了基于選擇性激光燒結快速成形的幾種鑄造方法。
圖1 閥體鑄件的三維圖形
圖2 閥體下砂型及型芯的三維圖形
(1)選用石膏型精密鑄造方法。直接用選擇性激光燒結快速成形方法，不需模具，直接依據客戶的三維圖形，施放金屬收縮率后，輸入SLS快速成形機中，僅在一天內即可制作出與圖1形狀完全相同的蠟模，然后直接用石膏灌漿，進行石膏型精密鑄造獲得鑄件。但石膏型精鑄工藝一般只適合澆注鋁合金鑄件，而液壓閥體所要求的材料為灰鑄鐵，其熔點比鋁合金高，因此不適宜用石膏型精密鑄造。且復雜石膏芯因無芯骨，強度低，易被金屬所壓斷。
(2)選用熔模精密鑄造方法。與石膏型鑄造法相同，也是用選擇性激光燒結快速成形方法直接制造蠟模。由于流道直徑小、形狀扭曲，故內部無法進行掛砂結殼，只能用陶瓷型芯來成形，而用該液壓閥內腔澆灌陶瓷型芯很困難，因形狀所限不能放置芯骨增加強度，且在閥體鑄件澆注后陶瓷型芯的潰散性差，不易清理出砂。故該法也不宜被選用。
(3)選用直接燒結覆膜砂型(芯)的方法。選擇性激光燒結覆膜砂已在生產中得到了一定的運用，因覆膜砂的潰散性好，所以特別適用于制作復雜砂芯，因此我們最終決定選用選擇性激光燒結成形技術燒結覆膜砂，直接制造復雜液壓閥體的砂型及砂芯，然后澆注鑄件。
由圖3可見用華中科技大學開發(fā)的選擇性激光燒結快速成形燒結的覆膜砂型不僅實現(xiàn)了砂型（芯）的整體成形，而且強度高，表面粗糙度低。圖4為用其澆注的鑄件，可見鑄件流道清晰，表面光滑。
圖3 SLS燒結閥體的上（左，經后固化）、下（右，未后固化）覆膜砂型及型（芯）
圖4 用覆膜砂型(芯)澆注的液壓閥體鑄件及其剖分圖
2、DISA線模具的快速鑄造
DISA線用模板一般采用灰鐵材質，其制造工藝一般是制作木模后翻制金屬模具毛坯，現(xiàn)通過數(shù)控加工來獲得。此種制造工藝工序繁瑣，制造周期長（一般2~3個月），而且每片模塊都需要數(shù)控加工，成本較高。
快速成形的出現(xiàn)為快速制造DISA模具提供了條件。DISA線用快速模板有兩種工藝：(1)用SLS蠟模進行精密鑄造，直接獲得表面糙度低、尺寸精度高的近無余量模具；(2)直接將LOM快速原型代替木模作模具，在DISA線上直接進行射壓造型鑄造模具，這種方法成本低，速度快，鑄造方便。如圖5為DISA模具的LOM原型，圖6為翻制的金屬模具毛坯。
圖5 DISA模具的LOM原型
圖6 翻制的金屬模具毛坯
3、摩托車缸體的快速鑄造
摩托車缸體為典型的復雜薄鑄件，模鑄件材質為鋁合金，要求較高的表面質量和精度。因此可選擇用SLS直接制造蠟模（圖7），再用精密鑄造的方法澆注鑄件。由于制件過薄，且有很細的孔洞。鋁合金的熔點低，因此可以直接用石膏灌漿，宜選用石膏型精密鑄造獲得鑄件（圖8）。
圖7 摩托車缸體的SLS蠟模
圖8 摩托車缸體的快速鑄件
4、汽車排氣管的快速鑄造
我們曾接到要求在2個星期內產出3件球墨鑄鐵汽車排氣管的精密鑄件的訂單。汽車排氣管的曲面復雜，特別是對內空氣道有較高的要求，宜選用SLS蠟�！荑T造的方法。由于材質要求球墨鑄鐵，因此不適合于石膏型鑄造。雖然排氣管的氣道曲面復雜，但氣道內空直徑較大，可以掛砂結殼，因此可以采用熔模精密鑄造的方法實現(xiàn)快速鑄造。如圖9、10所示。
圖9 汽車排氣管蠟模件
圖10 汽車排氣管速鑄件
5、小泵輪的快速制造
小泵輪屬于小鑄件，葉片部分復雜精細，若用SLS蠟模，在處理過程中易于損壞，而SLA的樹件強度高，所以我們選用SLA來制作原型。熔模精密鑄造的工藝生產出了合格的不銹鋼鑄件，如圖11、12所示。
圖11 小泵輪的SLA原型件
圖12 小泵輪的不銹鋼鑄件
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