Ⅰ 國內有哪些生產鑄造,模具的公司,請高人指點!
我國鑄造模具發展現狀及發展建議
中國模協技術委員會 蔡紫金( 執筆) 高 鵬( 執筆)
中圖分類號: TG241 文獻標識碼: A 文章編號: 1009- 279X( 2010) S0- 0034- 04
1 我國鑄造模具目前的狀況和存在的主要
問題
1. 1 發展情況
( 1) 產業慨況
近年來, 隨著我國製造業, 特別是汽車工業的迅
速發展, 鑄件市場需求大幅上揚, 帶動了鑄造模具制
造業的興旺, 生產總量在沖模、塑料模之後排列第三
的鑄造模具約占我國模具總量的8% , 年銷售額約
80 億元。由於市場對大型、復雜、高品質、高性能鑄
件的要求, 帶動我國鑄造模具在生產規模和製造質
量以及其技術水平的提升, 逐步形成了門類齊全、配
套完善和分布廣泛的產業結構。根據中國模具工業
協會經營管理委員會編制的5全國模具專業廠基本
情況6統計, 近4 年來鑄造模具每年平均增長速度高
達24% ( 表1) 。
表1 我國鑄造模具生產情況匯總
年份
統計企業
P個
產 值
P萬元
與上年比
增長P%
年產值超1 千萬元
企業P個
2005 64 56 933 25. 90 19
2006 63 70 769 24. 30 24
2007 58 77 764 9. 88 25
2008 68 105 172 35. 24 32
總體來說, 中、小型鑄造模具的製作完全可滿足
國內的需求, 大型、復雜、精密的鑄造模具依賴進口
的狀況得到較大改善; 中、低檔模具供大於求, 大型
且要求高的鑄造模依然進口不少( 主要進口國是日
本、韓國、德國、義大利、美國) ; 可喜的是國內使用的
大型、復雜的鑄造模具已從原先大量引進到目前
收稿日期: 2009- 12- 10
作者簡介: 蔡紫金, 男, 1946 年生, 原廣州型腔模具製造有限公司副
總經理、高工, 中國模協技術委員會委員兼鑄造模技術部
副主任。
高 鵬, 男, 1952 年生, 兵器集團洛陽北方企業集團有限
公司副總經理, 教授級高工, 中國模協技術委員會委員。
國產替代, 並有少量出口, 且出口量遂年遞增。
( 2) 企業慨況
我國鑄造模生產廠點眾多, 規模都不很大, 以小
型模具企業為主, 人數不超過300人, 年產值超
5 000 萬元的企業很少, 生產效率較高的企業年人
均生產率也只在20~ 30 萬元, 模具的檔次多為中、
低檔。模具使用壽命及製造周期見表2 和表3。
表2 我國壓鑄模使用壽命 萬模次
壓鋁合金
小型中型大型
壓鋅合金壓鎂合金
10~ 20 6~ 15 6~ 10 20~ 15~ 20
表3 鑄造模具製造周期 月
中、小型大型特大型
壓鑄模具2~ 3 3~ 4 4~ 7
低壓鑄造模具1~ 3 3~ 4
重力鑄造模具1~ 3 3~ 4
目前國內所使用的各類鑄造模具主要來自模具
製造專業廠或隸屬於鑄造企業的模具車間( 分廠) 。
專業製造廠服務於全社會, 承接著各行業所需的各
類型的鑄造模具。相對而言, 設備較先進, 技術較優
良和規模較大的企業, 是我國商品鑄造模具的主要
供應商, 其實力和技術狀況最能反映國內當前水平。
星羅棋布、數量眾多的鑄造模具製造專業廠絕大部
分是民營企業, 它們具有很強的市場適應能力和資
本增殖能力, 對市場需求反映敏捷, 產出大, 生存力
強。相較於其他種類模具領域, 外商進入較少。
鑄造模具生產廠家集中分布在我國沿海經濟發
達省、市及汽車、摩托車生產基地。如浙江省有被稱
為/ 中國壓鑄模生產之鄉0的北侖、/ 鑄造模之鄉0的
象山, 分別盛產壓鑄模、重力和低壓鑄造模。廣東省
鑄造模生產主要在廣州、東莞、深圳、佛山等地, 廠點
相對分散, 由於經濟開放較早, 吸收國外先進技術
快, 外向型企業較多, 模具出口量較大。華東地區生
產廠家主要集中在上海、蘇州、常州、崑山、南通等
) 34 )
5 電加工與模具62010 年增刊 專 稿
地, 憑著緊靠我國工業和汽車產業重鎮的地域優勢,
發展勢頭強勁, 企業普遍起點較高, 員工素質好, 發
展勢頭大。此外工業基礎較好的長春、大連、煙台、
重慶等地鑄造模的產出也不少。
( 3) 產品慨況
壓鑄模具的產品是鋁、鋅、鎂、銅等合金壓鑄件,
其中鋁合金壓鑄件比例最大, 約佔60% , 典型產品
有汽車變速箱殼體、離合器外殼, 發動機缸體、摩托
車曲軸箱、發動機支架, 電機罩蓋、機油濾清器底座
等。
重力、低壓鑄造模具的產品是黑色金屬、鋁、銅
等合金鑄件, 典型的產品有發動機缸體、缸蓋、排氣
管、後轎、減速器、曲軸、變速器外殼等。
( 4) 面臨的市場形勢
鑄造模具的產品應用范圍很廣, 幾乎涉及到所
有工業製造領域, 其中汽車零件的鑄件以其數量大、
品種多、要求嚴名列首位。以壓鑄件為例, 世界各國
壓鑄的汽車零件在整個壓鑄產業中佔有最大的份額
( 表4) 。
表4 各國汽車零件壓鑄件占壓鑄總產量之比 %
日本澳大利亞西班牙德國美國中國
80 80 65 65 48 64
目前, 正值我國汽車工業進入高速增長期, 產量
連續多年大幅度增長, 2009 年產量估計達到1 300
萬輛, 強烈地增大對鑄造模具的需求, 可預測到未來
我國鑄造模的生產仍將獲得主要來自國內汽車工業
的強勁推力。我國摩托車生產連續多年來產量全球
第一, 年產量在2 000 萬輛以上, 摩托車發動機所需
的中型、復雜壓鑄模已幾乎全部來自國內製造。同
時我國龐大家電行業、建築行業以及拓展迅猛的通
訊行業己向鑄造模製造企業提供了持續的、穩步增
長的國內巨大的需求市場。此外, 在經濟全球化浪
潮中, 產業發展過程的國際分工正在形成, 外商基於
成本的壓力在我國大量采購鑄件, 甚至還在中國設
立鑄造生產基地, 我國正承擔著國際金屬鑄件及制
品的生產製造任務。同時隨著我國模具質量與國外
差距的逐步縮小, 價格低廉也驅使國外模具采購量
劇增, 巨大的海外模具市場的需求對該產業的興旺
起著推波助瀾的作用。可預測未來一段較長時間
內, 我國鑄造模具產業無論國內還是國際市場發展
空間都很大。但也應清楚地看到, 我國鑄造模具的
製造水平與國外還有差距, 受當前國際金融危機的
影響, 國際鑄造市場萎縮, 國外鑄造模具製造業出現
產能過剩, 從而加劇了行業內的競爭, 加上國內存在
著企業間無序的壓價競標, 良莠不齊的各企業出口
策略, 給整個鑄造模具製造產業帶來了不良影響。
1. 2 存在的主要問題
( 1) 大型、復雜的鑄造模具主要還處在模仿、消
化吸收階段, 自主創新的核心技術不多, 模具的質
量、加工的精度、使用的可靠性、穩定性及使用壽命
與先進工業國家比仍有差距, 模具調試時間長, 造成
鑄造行業每年依然大量從國外引進大型高端模具。
( 2) 國內鑄造模具生產廠點數目很大, 普遍規
模小, 還沒有可與國外同行優秀企業抗衡的高水平
企業, 缺乏領航的企業, 行業內專業化分工不明顯。
( 3) 企業的標准化程度較低, 鑄造模具的標准
件商品化生產及使用覆蓋面都遠遠低於沖模和塑料
模。
( 4) 壓鑄模具國家標准經修訂於2004 年3 月
頒布實施, 但內容比較簡單, 指導力不強, 低壓和重
力鑄造模具的國家標准還未制定。
( 5) 模具數字化設計製造是提高鑄造模具生產
企業整體水平的有效技術手段, 其中三維設計和計
算機模擬模擬分析技術的應用, 顯示出越來越大的
優越性。目前國內完全實現CADPCAMPCAE 一體
化的鑄造模具製造企業極少, 且所選用的軟體主要
依靠進口, 三維設計和CAE 技術的應用水平和普及
程度遠不及國內塑料模具廠家。
( 6) 目前國產的熱作模具鋼性能和穩定性仍未
盡人意, 製造出口模具和要求高的鑄造模具時基本
還是選用進口鋼材, 很大程度上影響模具企業的市
場競爭力。
2 我國鑄造模具與國際先進水平的主要差距
( 1) 我國鑄造模具製造歷史短、經驗不足
鑄造模具主要服務於汽車工業, 國外已有幾十
年歷史, 我國近十年才初具規模, 其需求的大型、復
雜、精密鑄造模具設計與製作經驗不足, 目前基本還
處在學習模仿階段, 結構較為復雜的大多是以造復
制模為主, 創新不多。製造過程中普遍存在質量控
制不夠嚴謹、製造精度較差, 以及設計中對模具的熱
平衡分析、冷卻系統設置、零件的快換、安裝的快捷、
生產的安全性等考慮欠周全。盡管各種鑄件產品的
模具國內基本都已能製造, 對於難度較大的模具上
規模的廠家都有承接的勇氣, 但往往因尺寸不到位、
) 35 )
專 稿 5 電加工與模具62010 年增刊
調試時間長、使用故障率高和壽命不理想使用戶缺
乏采購信心。以汽車的心臟) ) ) 發動機缸體壓鑄模
具為例, 我國從事缸體壓鑄件生產的廠家不下20
家, 但現運行的模具幾乎全部從日、歐、美引進。德
國一家專業模具廠, 早在1984 年開始就已生產缸體
壓鑄模具, 先後已生產了超過50 多套, 而我國近3
年才有國產的缸體壓鑄模具問世, 至今各廠產出累
計也不過10 套左右。
( 2) 裝備及相應配套的差距
國外先進工業國家規模稍大的模具廠家往往擁
有數量較多的大型、中型5 軸或3 軸高速加工中心
機床, 配備多台精度高的檢測設備, 熱處理配套專業
廠擁有承載大、10 Par 以上的真空爐進行鑲塊的熱
處理, 有些模具廠還設有專供試模的車間, 同時, 熱
模鋼( 部分經過3D 鍛造) 、優質標准件及配件供應
暢通。同比國內的模具廠家上述關鍵設備無論數
量、檔次和規格都存在較大差距, 而且製造出口的鑄
造模具和大型的高端模具幾乎全要吃/ 洋飼料0 $ $
運用國外軟體進行設計, 使用進口機床、刀具、檢測
設備進行加工及檢測, 購買進口的熱作鋼材, 安裝在
模具體上的標准件和各類配件也要進口, 因而模具
製造成本大。
( 3) 人才的差距
國內企業中掌握和運用新技術的人才不能滿足
發展需要, 模具高級技術人才、高技能的員工、企業
管理人員及外經外貿人才短缺, 人才緊缺導致企業
間爭相挖聘, 影響了模具企業的發展和穩定。尤其
缺乏優秀的復合人才, 如: 精通技術的經營者、精通
技術工藝的管理者、能熟練運用信息化技術進行設
計及分析、了解鑄造工藝及相關設備原理、掌握調試
修復處理技術的設計師。國外模具企業中從事管理
和技術工作人員比例往往較高( 25% ~ 35% ) , 員工
質量意識強, 社會上有較完善的專科教育和技能培
訓, 企業內強化對員工的崗位培訓。近期日本對未
來幾年模具的發展技術倡導:/ 可以不依賴於技能的
模具設計、生產技術0, 這意味著技術型的模具工程
人員要求數目更多和水平更高。
( 4) 技術指標上的差距( 表5)
表5 國內、外鑄造模具技術指標對照表
國際先進水平國內先進水平國內一般水平
型腔加工精度Pmm 0. 01~ 0. 03 0. 02~ 0. 05 0. 05~ 0. 08
型位表面粗糙度RaPLm 0. 2~ 0. 4 0. 4~ 0. 8 0. 8~ 1. 6
制
造
周
期
P
月
壓鑄模
重力、低壓鑄造模
中、小型1~ 2 2~ 3 2~ 4
大型2~ 3 3~ 4 4~ 6
特大型3~ 5 4~ 7
中、大型2~ 3 2~ 4 3~ 5
使
用
壽
命
P
萬次
壓鑄模( 中型)
壓鑄Zn 30~ 100 20~ 30 10~ 20
壓鑄Al 12~ 25 10~ 15 5~ 8
壓鑄Mg > 20 15~ 20
壓鑄Cu > 3 1~ 3 0. 3~ 1
3 我國鑄造模具的發展目標和主要任務
貫徹落實科學發展觀, 依靠技術創新, 推廣應用
現代信息化技術提升企業的設計、加工和管理水平,
加大投資力度, 提高企業的裝備水平和核心競爭力,
突出做強骨幹企業, 推動鑄造模具產業的持續健康
快速發展。在/ 十二五0 期間, 保持鑄造模具年產量
兩位數的增幅, 培育造就3~ 5 家年產值超億元企
業。大型、復雜鑄造模具開發製造水平及模具使用
壽命達到目前國際先進工業國家水平; 做到中、小型
鑄造模具完全滿足國內生產需要, 大型鑄造模具國
內配套率超過70% , 並增加模具出口量。
4 產品和技術等方面的發展重點和重大課題
( 1) 鑄造成形理論和技術的系統研究
目前, 鑄造模具的設計理論和技術發展制約著
水平的進一步提升, 模具澆注系統、排渣排氣系統、
補縮系統和溫控系統設計上普遍還處在仿效和類推
的做法, 往往造成設計失誤, 或加大模具的調試難度
和難以提高鑄件合格率。/ 十二五0期間應加快和系
統研究金屬鑄造成形理論、順序凝固精確控溫技術、
) 36 )
5 電加工與模具62010 年增刊 專 稿
鑄造過程中氣體分布及排放機理、快速凝固技術。
(2) 加快對新型、特殊成形工藝的鑄造模具的
研發
目前國內對於一些有特殊性能要求的優質鑄
件, 如高強度件, 高耐磨性件、薄壁件及高氣密性鑄
件的模具研究甚少, 無法滿足軍工、航天、航空等行
業需求, 這部分鑄造模具國外還未達到完全成熟階
段。加快對新型、特殊工藝鑄造模具的研發, 在這些
領域中與國際先進技術水平接近同步發展, 最有利
於搶占高端鑄造模具制高點, 從而帶動一般模具技
術和產品質量提升, 製造出具有特色的、有核心技術
的模具。其中真空壓鑄、半固態金屬鑄造、金屬擠壓
鑄造、金屬液鍛所需模具的開發、研究及其推廣是重
點課題。
( 3) 加快對新材料應用的鑄造模具的研發
充分利用我國鎂合金資源的優勢, 拓展鎂合金
壓鑄件的應用。開展鎂合金壓鑄生產工藝的研究、
以鎂合金替代其他金屬的大型壓鑄件可行性探討,
以及相關模具的技術研究, 本課題重點應圍繞大型
鎂合金壓鑄模具的研發。
( 4) 攻克鑄造模具製造的關鍵技術
目前我國鑄造模具製造水平與國外先進工業國
家的最明顯差距在使用壽命上, 有些關鍵的先進制
造技術還沒有很好掌握, 應對下列課題進行研究: 模
具使用過程中充分發掘耐熱鋼材的性能; 型位鑲件
失效分析及提高鑄造模具使用壽命的研究; 厚度大
於200 mm 的熱作鋼熱處理淬透性的研究; 鑄造模
具鑲塊表面處理技術的研究等。
( 5) 大型、復雜、精密壓鑄模的研發與製造
鑄造模具中的大型、復雜、精密汽車壓鑄模目前
依然大量進口, 影響到汽車行業的發展, 應對進口模
具進行分析、消化和模仿, 可抓住目前急需的和難度
大的典型模具開展攻關: 展開橋車發動機缸體壓鑄
模具的研發製造; 自動波汽車變速箱壓鑄模具的研
發製造。
5 我國鑄造模具的發展建議
( 1) 建議通過企業自身的發展壯大以及政府的
扶持, 做強行業骨幹企業, 在/ 十二五0期間重點培育
和造就3~ 5 家年產值超億元企業, 開展難度大、高
端鑄造模具的開發和攻關, 增強國際市場競爭力。
( 2) 建議繼續大力支持有關高等院校和科研機
構加速對鑄造模具CAE 軟體的研究和開發, 特別要
聯合鑄造行業生產廠家和相應模具的製造廠家共同
開發, 以鼓勵推廣應用, 在經濟政策上應給予以適當
的扶持, 並在應用過程中不斷完善和提高。起步不
算太早的日本、韓國在鑄造CAE 軟體開發的做法,
以及黃岩、寧波地區通過地方資助推廣應用國產塑
料模具CAE 軟體的經驗很值得借鑒。
( 3) 建議在/ 十二五0期間, 發揮模具工業協會
的作用, 組織力量, 參考北美鑄造學會標准和ISO
國際標准, 對壓鑄模具的國家標准進行第二次修訂,
並著手制定低壓鑄造模具國家標准和重力鑄造模具
國家標准。
( 4) 建議國家在鋼鐵行業中重點扶持2~ 3 個
生產廠點, 這些廠點只能做到/ 小、專、精0。加速提
升冶煉、鍛造技術, 進行新模具鋼種的研發, 熱切期
待市場能提供鑄造模具行業所需的質優價廉的國產
耐熱模具鋼材。
( 5) 為提高行業整體技術水平, 建議國家或鑄
造模具製造廠家相對集中的地區建立鑄造模具技術
研究所、熱處理中心、鋼材表面處理中心、鑄造模具
試模基地、鑄造模具檢測和鑒定中心等技術研究和
服務的平台。
2009 年廣東省特種加工學會年會在深圳隆重舉辦
2010 年1 月9 日, 由廣東省機械工程學會特種加工分會主辦、深圳福斯特數控機床有限公司承辦的2009 年
廣東省特種加工學會年會在深圳隆重舉行。廣東省特種加工學會的理事、會員代表、特邀嘉賓等近百人參加了會
議。廣東省機械工程學會徐宏佳秘書長, 廣東省機械工程學會特種加工分會理事長、廣東工業大學機電工程學院
院長郭鍾寧教授分別作了熱情洋溢的講話。
年會上, 專家學者們就當前特種加工技術的發展方向和研究成果做了精彩的專題報告, 年會承辦單位深圳福
斯特公司就公司產品技術發展向與會代表作了介紹, 南京明可達、廣州南灃、北京奧恆達等企業的代表作了技術
發展的發言。
年會主辦方組織專家、代表參觀了福斯特公司的生產現場並觀摩了新產品演示。
( 深圳福斯特數控機床有限公司)
) 37 )
專 稿 5 電加工與模具62010 年增刊
Ⅱ 模具公司簡介怎麼寫
模具公司簡介要介紹公司的名稱、地理位置,生產類型,生產規模設備。公司理念和發展目標,最後寫聯系方式。
機械模具有限公司位於XXXXXXXXX工業區,是一家專業製造各種高難度和復雜模具的廠家。 本公司採用先進的CAD、CAM技術進行成套模具的設計和加工。有數控機床、三座標檢測系統和各類加工機床30多台套,有廠房1000多平方米,總固定資產500多萬元,年生產能力800萬元以上,近幾年實現產值銷售1000萬元。
機械模具主要產品為:砂型鑄造模具、氣沖線、KW線、靜壓線、迪砂線、東久線、自硬砂線、消失模生產線等各種生產線模具、重力澆注模、低壓澆注模、壓鑄模、消失模、精鑄模各類鑄造模具:以及冷芯、熱芯、殼芯等各種制芯機的模具。廣泛使用於發動機缸體、缸蓋、進氣管、排氣管、壓縮機、水泵、變速箱、電機殼、齒輪箱、橋殼等各種零部件模具。
公司現有員工XX人,近年來不斷引進人才,有經驗豐富的鑄造工藝師和模具設計師及鑄造模、低壓澆鑄模重力澆鑄模等各類專家。有多年從事CAD、CAM、CAE工作的工程師及高級工程師,並有大批的模具專職技師和生產專業的技術人員,技術力量雄厚。
為國內外大型企業及公司製作過各種汽車缸體、缸蓋、排氣歧管、前後轉向節手臂、制動器殼體、差速器、閥門、水泵、葉輪、曲軸、凸輪軸等復雜高難度的汽車鑄造模具、沖模、壓鑄模、重力澆鑄模、低壓鑄造模等優質模具,廣泛應用於汽車、拖拉機、電機、機床船舶、紡機、閥門水泵等行業。協作單位一致認為XX模具質量上乘、服務周到。
本公司始終堅持 "以顧客需求為導向,以科技創新為手段,以管理和產品質量升級為保證,為顧客提供零缺陷的優質產品服務的質量方針",價格合理,交貨及時,不斷開發新產品,開拓新市場, 廣交新朋友,竭誠為新老客戶提供優質服務,共創佳績。
Ⅲ 汽車零配件廠需要哪些模具
如下:
中央通道,格柵,門護手,門把手,安全氣囊,燈罩、保險杠,門內板、門網孔、油箱口蓋系列、拖勾蓋板、水箱支架,還有一些內部支架和按鍵等。一個儀錶板裝配總成都有200多套模具。汽車幾乎所有配件都需要模具。汽車大到整車殼蓋,小到底板,都是沖壓模具沖壓出來的,發動機缸體.變速箱殼體,後橋殼體,也都是在模子里澆鑄出來再切削加工的,小配件就更不用說了,都是模具澆鑄然後加工出來的。
介紹
汽車零部件作為汽車工業的基礎,是支撐汽車工業持續健康發展的必要因素。特別是當前汽車行業正在轟轟烈烈、如火如荼開展的自主開發與創新,更需要一個強大的零部件體系作支撐。整車自主品牌與技術創新需要零部件作基礎。
零部件的自主創新又對整車產業的發展產生強大推動力,他們是相互影響、相互作用的,沒有整車的自主品牌,強大零部件體系的研發創新能力難以迸發,沒有強大零部件體系的支撐,自主品牌的做大作強將難以為繼。
Ⅳ sls工藝直接製作金屬模具的流程
基於SLS技術的金屬模具快速製造
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SLS技術簡介
選區激光燒結(Selective Laser Sintering,簡稱SLS)技術是採用紅外激光作為熱源來燒結粉末材料,以逐層添加方式成形三維零件的一種快速成型(又稱快速原型,英文為Rapid Prototyping,簡稱RP)技術。SLS工藝的特點是材料適應面廣,不僅能製造塑料零件,還能製造陶瓷、金屬粉末、石蠟等材料的零件,特別是可以製造金屬模具。
激光選區燒結(SLS)工藝由美國德克薩斯大學奧斯汀分校的C.R. Dechard於1989年研製成功。目前德國EOS公司推出了自己的SLS工藝成形機EOSINT,分為適用於金屬、聚合物和砂型三種機型。我國的北京隆源自動成形系統有限公司和華中科技大學也相繼開發出了商品化的設備。
金屬模具快速製造(Rapid bbbbl Tooling,簡稱RMT)
RP技術已經能成功地製造包括金屬、陶瓷、塑料、石蠟、樹脂等原型。由於所採用材料的限制,RP發展初期成型零件往往只能在有限的場合替代真正的金屬或其它類型功能零件做功能實驗,隨著需求的增加和技術的不斷發展,RP正向RMT的方向發展。RMT具有其獨特的優點,如製造環節簡單,特別是與計算機技術密切結合、快速完成產品製造,在縮短製造周期、節省資源、發揮材料性能、提高精度、降低成本等方面具有很大潛力,但在模具精度和性能控制等方面比較困難,如特殊的後處理設備與工藝使製造成本提高,成形尺寸也受到較大的限制。RMT研究和應用的關鍵在於如何提高模具的表面精度和製造效率,以及保證其綜合性能質量,從而直接快速製造耐久、高精度和表面質量能滿足工業化批量生產條件的模具。基於RP的RMT技術可分為直接法和間接法。
◆ 金屬模具直接製造法
直接製造法即用RP原型直接制模。基於SLS的直接法因其不需要工藝轉換,在模具製造周期等方面具有很大的應用潛力,從而受到高度關注。粉末堆積成形是SLS中最常見的直接製造金屬模具的方法。SLS直接制模過程包括一個高溫工作室和用以熔燒金屬的高功率激光器。高溫工作室內通常有還原性氣氛、惰性氣體或採用真空,以防材料氧化。激光燒結前,材料已經被加熱到接近熔點,研究表明,這能更為有效地進行燒結且材料翹曲較小。直接製造出的零件具有很高的強度,可以直接作為模具。德國EOS公司Direct Steel 20-V1法以鋼粉為主,其直徑為20mm,層厚0.02mm,燒結密度為鋼密度的95%~99%,成功解決了金屬粉末凝固收縮的問題。Lohner A.等採用Ni-Cu粉末直接製造的模具,密度為理論值的80%,強度為100~200MPa,精度為0.1mm,平均粗糙度Ra為10~15um,已用於生產數百件注塑成形件。
◆ 金屬模具間接製造法
間接製造法即用RP原型間接制模。SLS原型主要以非金屬型為主(如ABS、蠟、樹脂等),在大多數情況下非金屬原型無法直接作為模具使用,需要以原型作模樣,經過工藝轉換,製造金屬模具。間接製造的特點是RP技術與傳統成形技術相結合,充分利用各自的技術優勢,現已成為目前應用研究開發的熱點。基於SLS的間接製造工藝包括粉末冶金成形、SLS原型的快速精密鑄造、SLS陶瓷殼型鑄造、樹脂砂型快速鑄造等。
(1)粉末冶金成形
粉末冶金成形比較類似金屬粉末堆積成形,但所用復合粉末材料通常含有低溫易熔組元或粘接劑。採用低功率激光器在較低溫度下燒結易熔組元,經SLS過程後得到三維實體,稱為生坯。這種生坯強度較低,但形狀准確,需要經過後處理才能得到高強度的金屬或陶瓷零件。後處理通常包括脫粘與再燒結兩步。生坯放到燒結爐中進行脫粘與再燒結,脫去易熔低強度組分,剩餘的金屬或陶瓷粉末燒結成金屬或陶瓷零件。完成的金屬件通常呈褐色,稱為褐色件。為降低空隙率或相對密度,褐色件還可以滲入環氧樹脂或銅等金屬。
美國DTM公司採用激光燒結包覆有粘結劑的鋼粉,由計算機控制激光束的掃描路徑,加熱融化後的粘結劑將金屬粉末粘結在一起(非冶金結合),生成約有45%孔隙率的零件,乾燥脫濕後,放入高溫爐膛內進行燒結、滲銅,生成表面密實的零件,此時零件中的材料成分為65%的鋼和35%的銅,經打磨等後處理工序,得到最終的模具。
SLS用的復合粉末通常有兩種混合形式:一種是粘接劑粉末與金屬或陶瓷粉末按一定比例機械攙和,另一種則是把金屬或陶瓷粉末放到粘接劑稀釋液中,使基體粉末與粘接劑充分接觸,製取具有粘接劑包覆的金屬或陶瓷粉末。實驗表明,這種粘接劑包覆的粉末制備雖然復雜,但燒結效果較機械攙和的粉末好。
(2)SLS消失模精密鑄造
用塑料、石蠟、樹脂等粉末燒結製得SLS原型,再進行塗料、撒砂、乾燥等處理並反復多次,直到在原型上形成一個所需厚度的型殼,隨後加熱使模型熔化汽化消失,形成型殼,再對型殼進行焙燒,最後把熔化的金屬澆注入型殼,冷卻後即可得所需的模具鑄件。該工藝可較好地控制模具的精度、表面質量、力學性能與使用壽命,能滿足經濟性的要求。用該方法製得的金屬模具零件通常具有較好的機械加工性能,可進行局部切削加工,能獲得更高的精度,並可嵌入鑲塊、冷卻部件和澆道等,常用於製造塑料模、壓鑄模、注塑模等。
基於SLS的消失模精密鑄造工藝製作的拖拉機變速箱殼體金屬模具。採用SLS工藝製造原型,然後精密鑄造件,從CAD設計到獲得零件僅僅15天,傳統工藝至少需要45天,製造成本降低60%。採用SLS工藝製造原型,採用該工藝製造的消失模鑄造用模具,比傳統的工藝製造周期縮短40%。
(3)SLS陶瓷殼型鑄造
利用激光對以反應性樹脂包覆的陶瓷粉進行燒結,燒結完成後將粉末倒出,再經固化處理就獲得鑄造用的陶瓷型殼,澆注後即可製得金屬模具零件。此方法省去傳統精密鑄造多種工藝過程,是傳統精密鑄造的重大變革。激光束在計算機的控制下,根據層面中的掃描線,有選擇地燒結樹脂砂與環氧樹脂的混合粉末材料,得到鑄造型殼的一個層面後,工作台下降一個層厚,供料台上升一個層高,又開始鋪新料。就這樣逐層鋪料,逐層燒結,最後便得出所需模具鑄件型殼的反型。選擇性激光燒結後的鑄造型殼,殘存有未固化的粉末粘結劑且粘結劑分布並不均勻,強度較低,須對鑄造型殼進行烘烤硬化處理。燒烤硬化後的鑄造型殼,消除了原型中粘結劑的聚集現象,使原型均勻硬透。揮發掉原型中的水分和可氣化物質,改善了鑄造型殼透氣性,降低鑄造時的發氣量,從而使型殼具備良好的鑄造性能。結合傳統的砂型鑄造工藝,在鑄造型殼外面構築澆注系統,澆注模具鑄件。
它的最大優點是速度快,不需要任何模具,甚至不需畫圖,設計工程師通過計算機網路將資料送到鑄造車間的系統中便可完成型殼的設計與製作。在CAD環境中,直接將模具零件模樣轉換為殼型,再配以澆注系統,型殼的厚度可取5~10mm。該工藝的不足之處主要是零件表面粗糙度值較高,其關鍵技術是型殼厚度、型殼表面粗糙度及固化處理工藝。
(4)SLS樹脂砂鑄造
將鑄造樹脂砂作為SLS燒結材料,根據圖紙或要求設計出模具零件的三維CAD 模型 ,進行鑄造工藝分析 ,主要是設計澆注系統、冒口和確定鑄件的凝固收縮餘量,根據收縮餘量和零件尺寸設計出鑄型的 CAD 模型。SLS在計算機的控制下,按照截面輪廓的信息,在粉末上掃描出截面形狀,激光的功率要足夠大,使得輪廓邊界處的粉末完全炭化而失去固化作用,逐層掃描直至堆積出零件的三維曲面結構的分型面。隨著工作台的分步下降,將樹脂砂粉末逐層鋪在工作台上,再用平整輥將粉末滾平、壓實,每層粉末的厚度均對應於CAD 模型的切片厚度。各層上經激光掃描加熱的粉末被破壞而失去固化作用,未被激光掃描的粉末仍留在原處起支撐作用,直至掃描完整個零件。對工作台的零件進行整體加熱,根據樹脂砂的不同,其加熱溫度為200~280℃。由於零件表面處的樹脂砂經激光炭化而失去固化作用,因而零件表面相當於一個分型面,將零件與周邊的廢料塊分割開來,去掉廢料塊,最終得到鑄型。對鑄型內腔表面進行適當的打磨修整或上塗料以降低內腔的表面粗糙度,然後進行澆注得到金屬零件或模具。
樹脂砂鑄造相對於快速熔模鑄造有以下優點:(a)潰散性好。與熔模鑄造相比,樹脂砂鑄造能鑄造出更復雜的零件,SLS主要用來加工無法用數控加工的氣道、水套部分砂芯等。(b)造型時間短。SLS和數控技術的結合顯著加快了製造砂型的速度。熔模鑄造需有固定的制殼周期,而快速砂型鑄造則可靈活地控制鑄造時間。(c)可鑄造更大模具零件。採用數控銑技術加工型腔部分一方面提高了加工效率,另一方面可以加工更大的砂型,因此可生產更大的模具零件。