Ⅰ 国内有哪些生产铸造,模具的公司,请高人指点!
我国铸造模具发展现状及发展建议
中国模协技术委员会 蔡紫金( 执笔) 高 鹏( 执笔)
中图分类号: TG241 文献标识码: A 文章编号: 1009- 279X( 2010) S0- 0034- 04
1 我国铸造模具目前的状况和存在的主要
问题
1. 1 发展情况
( 1) 产业慨况
近年来, 随着我国制造业, 特别是汽车工业的迅
速发展, 铸件市场需求大幅上扬, 带动了铸造模具制
造业的兴旺, 生产总量在冲模、塑料模之后排列第三
的铸造模具约占我国模具总量的8% , 年销售额约
80 亿元。由于市场对大型、复杂、高品质、高性能铸
件的要求, 带动我国铸造模具在生产规模和制造质
量以及其技术水平的提升, 逐步形成了门类齐全、配
套完善和分布广泛的产业结构。根据中国模具工业
协会经营管理委员会编制的5全国模具专业厂基本
情况6统计, 近4 年来铸造模具每年平均增长速度高
达24% ( 表1) 。
表1 我国铸造模具生产情况汇总
年份
统计企业
P个
产 值
P万元
与上年比
增长P%
年产值超1 千万元
企业P个
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
总体来说, 中、小型铸造模具的制作完全可满足
国内的需求, 大型、复杂、精密的铸造模具依赖进口
的状况得到较大改善; 中、低档模具供大于求, 大型
且要求高的铸造模依然进口不少( 主要进口国是日
本、韩国、德国、意大利、美国) ; 可喜的是国内使用的
大型、复杂的铸造模具已从原先大量引进到目前
收稿日期: 2009- 12- 10
作者简介: 蔡紫金, 男, 1946 年生, 原广州型腔模具制造有限公司副
总经理、高工, 中国模协技术委员会委员兼铸造模技术部
副主任。
高 鹏, 男, 1952 年生, 兵器集团洛阳北方企业集团有限
公司副总经理, 教授级高工, 中国模协技术委员会委员。
国产替代, 并有少量出口, 且出口量遂年递增。
( 2) 企业慨况
我国铸造模生产厂点众多, 规模都不很大, 以小
型模具企业为主, 人数不超过300人, 年产值超
5 000 万元的企业很少, 生产效率较高的企业年人
均生产率也只在20~ 30 万元, 模具的档次多为中、
低档。模具使用寿命及制造周期见表2 和表3。
表2 我国压铸模使用寿命 万模次
压铝合金
小型中型大型
压锌合金压镁合金
10~ 20 6~ 15 6~ 10 20~ 15~ 20
表3 铸造模具制造周期 月
中、小型大型特大型
压铸模具2~ 3 3~ 4 4~ 7
低压铸造模具1~ 3 3~ 4
重力铸造模具1~ 3 3~ 4
目前国内所使用的各类铸造模具主要来自模具
制造专业厂或隶属于铸造企业的模具车间( 分厂) 。
专业制造厂服务于全社会, 承接着各行业所需的各
类型的铸造模具。相对而言, 设备较先进, 技术较优
良和规模较大的企业, 是我国商品铸造模具的主要
供应商, 其实力和技术状况最能反映国内当前水平。
星罗棋布、数量众多的铸造模具制造专业厂绝大部
分是民营企业, 它们具有很强的市场适应能力和资
本增殖能力, 对市场需求反映敏捷, 产出大, 生存力
强。相较于其他种类模具领域, 外商进入较少。
铸造模具生产厂家集中分布在我国沿海经济发
达省、市及汽车、摩托车生产基地。如浙江省有被称
为/ 中国压铸模生产之乡0的北仑、/ 铸造模之乡0的
象山, 分别盛产压铸模、重力和低压铸造模。广东省
铸造模生产主要在广州、东莞、深圳、佛山等地, 厂点
相对分散, 由于经济开放较早, 吸收国外先进技术
快, 外向型企业较多, 模具出口量较大。华东地区生
产厂家主要集中在上海、苏州、常州、昆山、南通等
) 34 )
5 电加工与模具62010 年增刊 专 稿
地, 凭着紧靠我国工业和汽车产业重镇的地域优势,
发展势头强劲, 企业普遍起点较高, 员工素质好, 发
展势头大。此外工业基础较好的长春、大连、烟台、
重庆等地铸造模的产出也不少。
( 3) 产品慨况
压铸模具的产品是铝、锌、镁、铜等合金压铸件,
其中铝合金压铸件比例最大, 约占60% , 典型产品
有汽车变速箱壳体、离合器外壳, 发动机缸体、摩托
车曲轴箱、发动机支架, 电机罩盖、机油滤清器底座
等。
重力、低压铸造模具的产品是黑色金属、铝、铜
等合金铸件, 典型的产品有发动机缸体、缸盖、排气
管、后轿、减速器、曲轴、变速器外壳等。
( 4) 面临的市场形势
铸造模具的产品应用范围很广, 几乎涉及到所
有工业制造领域, 其中汽车零件的铸件以其数量大、
品种多、要求严名列首位。以压铸件为例, 世界各国
压铸的汽车零件在整个压铸产业中占有最大的份额
( 表4) 。
表4 各国汽车零件压铸件占压铸总产量之比 %
日本澳大利亚西班牙德国美国中国
80 80 65 65 48 64
目前, 正值我国汽车工业进入高速增长期, 产量
连续多年大幅度增长, 2009 年产量估计达到1 300
万辆, 强烈地增大对铸造模具的需求, 可预测到未来
我国铸造模的生产仍将获得主要来自国内汽车工业
的强劲推力。我国摩托车生产连续多年来产量全球
第一, 年产量在2 000 万辆以上, 摩托车发动机所需
的中型、复杂压铸模已几乎全部来自国内制造。同
时我国庞大家电行业、建筑行业以及拓展迅猛的通
讯行业己向铸造模制造企业提供了持续的、稳步增
长的国内巨大的需求市场。此外, 在经济全球化浪
潮中, 产业发展过程的国际分工正在形成, 外商基于
成本的压力在我国大量采购铸件, 甚至还在中国设
立铸造生产基地, 我国正承担着国际金属铸件及制
品的生产制造任务。同时随着我国模具质量与国外
差距的逐步缩小, 价格低廉也驱使国外模具采购量
剧增, 巨大的海外模具市场的需求对该产业的兴旺
起着推波助澜的作用。可预测未来一段较长时间
内, 我国铸造模具产业无论国内还是国际市场发展
空间都很大。但也应清楚地看到, 我国铸造模具的
制造水平与国外还有差距, 受当前国际金融危机的
影响, 国际铸造市场萎缩, 国外铸造模具制造业出现
产能过剩, 从而加剧了行业内的竞争, 加上国内存在
着企业间无序的压价竞标, 良莠不齐的各企业出口
策略, 给整个铸造模具制造产业带来了不良影响。
1. 2 存在的主要问题
( 1) 大型、复杂的铸造模具主要还处在模仿、消
化吸收阶段, 自主创新的核心技术不多, 模具的质
量、加工的精度、使用的可靠性、稳定性及使用寿命
与先进工业国家比仍有差距, 模具调试时间长, 造成
铸造行业每年依然大量从国外引进大型高端模具。
( 2) 国内铸造模具生产厂点数目很大, 普遍规
模小, 还没有可与国外同行优秀企业抗衡的高水平
企业, 缺乏领航的企业, 行业内专业化分工不明显。
( 3) 企业的标准化程度较低, 铸造模具的标准
件商品化生产及使用覆盖面都远远低于冲模和塑料
模。
( 4) 压铸模具国家标准经修订于2004 年3 月
颁布实施, 但内容比较简单, 指导力不强, 低压和重
力铸造模具的国家标准还未制定。
( 5) 模具数字化设计制造是提高铸造模具生产
企业整体水平的有效技术手段, 其中三维设计和计
算机仿真模拟分析技术的应用, 显示出越来越大的
优越性。目前国内完全实现CADPCAMPCAE 一体
化的铸造模具制造企业极少, 且所选用的软件主要
依靠进口, 三维设计和CAE 技术的应用水平和普及
程度远不及国内塑料模具厂家。
( 6) 目前国产的热作模具钢性能和稳定性仍未
尽人意, 制造出口模具和要求高的铸造模具时基本
还是选用进口钢材, 很大程度上影响模具企业的市
场竞争力。
2 我国铸造模具与国际先进水平的主要差距
( 1) 我国铸造模具制造历史短、经验不足
铸造模具主要服务于汽车工业, 国外已有几十
年历史, 我国近十年才初具规模, 其需求的大型、复
杂、精密铸造模具设计与制作经验不足, 目前基本还
处在学习模仿阶段, 结构较为复杂的大多是以造复
制模为主, 创新不多。制造过程中普遍存在质量控
制不够严谨、制造精度较差, 以及设计中对模具的热
平衡分析、冷却系统设置、零件的快换、安装的快捷、
生产的安全性等考虑欠周全。尽管各种铸件产品的
模具国内基本都已能制造, 对于难度较大的模具上
规模的厂家都有承接的勇气, 但往往因尺寸不到位、
) 35 )
专 稿 5 电加工与模具62010 年增刊
调试时间长、使用故障率高和寿命不理想使用户缺
乏采购信心。以汽车的心脏) ) ) 发动机缸体压铸模
具为例, 我国从事缸体压铸件生产的厂家不下20
家, 但现运行的模具几乎全部从日、欧、美引进。德
国一家专业模具厂, 早在1984 年开始就已生产缸体
压铸模具, 先后已生产了超过50 多套, 而我国近3
年才有国产的缸体压铸模具问世, 至今各厂产出累
计也不过10 套左右。
( 2) 装备及相应配套的差距
国外先进工业国家规模稍大的模具厂家往往拥
有数量较多的大型、中型5 轴或3 轴高速加工中心
机床, 配备多台精度高的检测设备, 热处理配套专业
厂拥有承载大、10 Par 以上的真空炉进行镶块的热
处理, 有些模具厂还设有专供试模的车间, 同时, 热
模钢( 部分经过3D 锻造) 、优质标准件及配件供应
畅通。同比国内的模具厂家上述关键设备无论数
量、档次和规格都存在较大差距, 而且制造出口的铸
造模具和大型的高端模具几乎全要吃/ 洋饲料0 $ $
运用国外软件进行设计, 使用进口机床、刀具、检测
设备进行加工及检测, 购买进口的热作钢材, 安装在
模具体上的标准件和各类配件也要进口, 因而模具
制造成本大。
( 3) 人才的差距
国内企业中掌握和运用新技术的人才不能满足
发展需要, 模具高级技术人才、高技能的员工、企业
管理人员及外经外贸人才短缺, 人才紧缺导致企业
间争相挖聘, 影响了模具企业的发展和稳定。尤其
缺乏优秀的复合人才, 如: 精通技术的经营者、精通
技术工艺的管理者、能熟练运用信息化技术进行设
计及分析、了解铸造工艺及相关设备原理、掌握调试
修复处理技术的设计师。国外模具企业中从事管理
和技术工作人员比例往往较高( 25% ~ 35% ) , 员工
质量意识强, 社会上有较完善的专科教育和技能培
训, 企业内强化对员工的岗位培训。近期日本对未
来几年模具的发展技术倡导:/ 可以不依赖于技能的
模具设计、生产技术0, 这意味着技术型的模具工程
人员要求数目更多和水平更高。
( 4) 技术指标上的差距( 表5)
表5 国内、外铸造模具技术指标对照表
国际先进水平国内先进水平国内一般水平
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
压铸模
重力、低压铸造模
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
寿
命
P
万次
压铸模( 中型)
压铸Zn 30~ 100 20~ 30 10~ 20
压铸Al 12~ 25 10~ 15 5~ 8
压铸Mg > 20 15~ 20
压铸Cu > 3 1~ 3 0. 3~ 1
3 我国铸造模具的发展目标和主要任务
贯彻落实科学发展观, 依靠技术创新, 推广应用
现代信息化技术提升企业的设计、加工和管理水平,
加大投资力度, 提高企业的装备水平和核心竞争力,
突出做强骨干企业, 推动铸造模具产业的持续健康
快速发展。在/ 十二五0 期间, 保持铸造模具年产量
两位数的增幅, 培育造就3~ 5 家年产值超亿元企
业。大型、复杂铸造模具开发制造水平及模具使用
寿命达到目前国际先进工业国家水平; 做到中、小型
铸造模具完全满足国内生产需要, 大型铸造模具国
内配套率超过70% , 并增加模具出口量。
4 产品和技术等方面的发展重点和重大课题
( 1) 铸造成形理论和技术的系统研究
目前, 铸造模具的设计理论和技术发展制约着
水平的进一步提升, 模具浇注系统、排渣排气系统、
补缩系统和温控系统设计上普遍还处在仿效和类推
的做法, 往往造成设计失误, 或加大模具的调试难度
和难以提高铸件合格率。/ 十二五0期间应加快和系
统研究金属铸造成形理论、顺序凝固精确控温技术、
) 36 )
5 电加工与模具62010 年增刊 专 稿
铸造过程中气体分布及排放机理、快速凝固技术。
(2) 加快对新型、特殊成形工艺的铸造模具的
研发
目前国内对于一些有特殊性能要求的优质铸
件, 如高强度件, 高耐磨性件、薄壁件及高气密性铸
件的模具研究甚少, 无法满足军工、航天、航空等行
业需求, 这部分铸造模具国外还未达到完全成熟阶
段。加快对新型、特殊工艺铸造模具的研发, 在这些
领域中与国际先进技术水平接近同步发展, 最有利
于抢占高端铸造模具制高点, 从而带动一般模具技
术和产品质量提升, 制造出具有特色的、有核心技术
的模具。其中真空压铸、半固态金属铸造、金属挤压
铸造、金属液锻所需模具的开发、研究及其推广是重
点课题。
( 3) 加快对新材料应用的铸造模具的研发
充分利用我国镁合金资源的优势, 拓展镁合金
压铸件的应用。开展镁合金压铸生产工艺的研究、
以镁合金替代其他金属的大型压铸件可行性探讨,
以及相关模具的技术研究, 本课题重点应围绕大型
镁合金压铸模具的研发。
( 4) 攻克铸造模具制造的关键技术
目前我国铸造模具制造水平与国外先进工业国
家的最明显差距在使用寿命上, 有些关键的先进制
造技术还没有很好掌握, 应对下列课题进行研究: 模
具使用过程中充分发掘耐热钢材的性能; 型位镶件
失效分析及提高铸造模具使用寿命的研究; 厚度大
于200 mm 的热作钢热处理淬透性的研究; 铸造模
具镶块表面处理技术的研究等。
( 5) 大型、复杂、精密压铸模的研发与制造
铸造模具中的大型、复杂、精密汽车压铸模目前
依然大量进口, 影响到汽车行业的发展, 应对进口模
具进行分析、消化和模仿, 可抓住目前急需的和难度
大的典型模具开展攻关: 展开桥车发动机缸体压铸
模具的研发制造; 自动波汽车变速箱压铸模具的研
发制造。
5 我国铸造模具的发展建议
( 1) 建议通过企业自身的发展壮大以及政府的
扶持, 做强行业骨干企业, 在/ 十二五0期间重点培育
和造就3~ 5 家年产值超亿元企业, 开展难度大、高
端铸造模具的开发和攻关, 增强国际市场竞争力。
( 2) 建议继续大力支持有关高等院校和科研机
构加速对铸造模具CAE 软件的研究和开发, 特别要
联合铸造行业生产厂家和相应模具的制造厂家共同
开发, 以鼓励推广应用, 在经济政策上应给予以适当
的扶持, 并在应用过程中不断完善和提高。起步不
算太早的日本、韩国在铸造CAE 软件开发的做法,
以及黄岩、宁波地区通过地方资助推广应用国产塑
料模具CAE 软件的经验很值得借鉴。
( 3) 建议在/ 十二五0期间, 发挥模具工业协会
的作用, 组织力量, 参考北美铸造学会标准和ISO
国际标准, 对压铸模具的国家标准进行第二次修订,
并着手制定低压铸造模具国家标准和重力铸造模具
国家标准。
( 4) 建议国家在钢铁行业中重点扶持2~ 3 个
生产厂点, 这些厂点只能做到/ 小、专、精0。加速提
升冶炼、锻造技术, 进行新模具钢种的研发, 热切期
待市场能提供铸造模具行业所需的质优价廉的国产
耐热模具钢材。
( 5) 为提高行业整体技术水平, 建议国家或铸
造模具制造厂家相对集中的地区建立铸造模具技术
研究所、热处理中心、钢材表面处理中心、铸造模具
试模基地、铸造模具检测和鉴定中心等技术研究和
服务的平台。
2009 年广东省特种加工学会年会在深圳隆重举办
2010 年1 月9 日, 由广东省机械工程学会特种加工分会主办、深圳福斯特数控机床有限公司承办的2009 年
广东省特种加工学会年会在深圳隆重举行。广东省特种加工学会的理事、会员代表、特邀嘉宾等近百人参加了会
议。广东省机械工程学会徐宏佳秘书长, 广东省机械工程学会特种加工分会理事长、广东工业大学机电工程学院
院长郭钟宁教授分别作了热情洋溢的讲话。
年会上, 专家学者们就当前特种加工技术的发展方向和研究成果做了精彩的专题报告, 年会承办单位深圳福
斯特公司就公司产品技术发展向与会代表作了介绍, 南京明可达、广州南沣、北京奥恒达等企业的代表作了技术
发展的发言。
年会主办方组织专家、代表参观了福斯特公司的生产现场并观摩了新产品演示。
( 深圳福斯特数控机床有限公司)
) 37 )
专 稿 5 电加工与模具62010 年增刊
Ⅱ 模具公司简介怎么写
模具公司简介要介绍公司的名称、地理位置,生产类型,生产规模设备。公司理念和发展目标,最后写联系方式。
机械模具有限公司位于XXXXXXXXX工业区,是一家专业制造各种高难度和复杂模具的厂家。 本公司采用先进的CAD、CAM技术进行成套模具的设计和加工。有数控机床、三座标检测系统和各类加工机床30多台套,有厂房1000多平方米,总固定资产500多万元,年生产能力800万元以上,近几年实现产值销售1000万元。
机械模具主要产品为:砂型铸造模具、气冲线、KW线、静压线、迪砂线、东久线、自硬砂线、消失模生产线等各种生产线模具、重力浇注模、低压浇注模、压铸模、消失模、精铸模各类铸造模具:以及冷芯、热芯、壳芯等各种制芯机的模具。广泛使用于发动机缸体、缸盖、进气管、排气管、压缩机、水泵、变速箱、电机壳、齿轮箱、桥壳等各种零部件模具。
公司现有员工XX人,近年来不断引进人才,有经验丰富的铸造工艺师和模具设计师及铸造模、低压浇铸模重力浇铸模等各类专家。有多年从事CAD、CAM、CAE工作的工程师及高级工程师,并有大批的模具专职技师和生产专业的技术人员,技术力量雄厚。
为国内外大型企业及公司制作过各种汽车缸体、缸盖、排气歧管、前后转向节手臂、制动器壳体、差速器、阀门、水泵、叶轮、曲轴、凸轮轴等复杂高难度的汽车铸造模具、冲模、压铸模、重力浇铸模、低压铸造模等优质模具,广泛应用于汽车、拖拉机、电机、机床船舶、纺机、阀门水泵等行业。协作单位一致认为XX模具质量上乘、服务周到。
本公司始终坚持 "以顾客需求为导向,以科技创新为手段,以管理和产品质量升级为保证,为顾客提供零缺陷的优质产品服务的质量方针",价格合理,交货及时,不断开发新产品,开拓新市场, 广交新朋友,竭诚为新老客户提供优质服务,共创佳绩。
Ⅲ 汽车零配件厂需要哪些模具
如下:
中央通道,格栅,门护手,门把手,安全气囊,灯罩、保险杠,门内板、门网孔、油箱口盖系列、拖勾盖板、水箱支架,还有一些内部支架和按键等。一个仪表板装配总成都有200多套模具。汽车几乎所有配件都需要模具。汽车大到整车壳盖,小到底板,都是冲压模具冲压出来的,发动机缸体.变速箱壳体,后桥壳体,也都是在模子里浇铸出来再切削加工的,小配件就更不用说了,都是模具浇铸然后加工出来的。
介绍
汽车零部件作为汽车工业的基础,是支撑汽车工业持续健康发展的必要因素。特别是当前汽车行业正在轰轰烈烈、如火如荼开展的自主开发与创新,更需要一个强大的零部件体系作支撑。整车自主品牌与技术创新需要零部件作基础。
零部件的自主创新又对整车产业的发展产生强大推动力,他们是相互影响、相互作用的,没有整车的自主品牌,强大零部件体系的研发创新能力难以迸发,没有强大零部件体系的支撑,自主品牌的做大作强将难以为继。
Ⅳ sls工艺直接制作金属模具的流程
基于SLS技术的金属模具快速制造
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SLS技术简介
选区激光烧结(Selective Laser Sintering,简称SLS)技术是采用红外激光作为热源来烧结粉末材料,以逐层添加方式成形三维零件的一种快速成型(又称快速原型,英文为Rapid Prototyping,简称RP)技术。SLS工艺的特点是材料适应面广,不仅能制造塑料零件,还能制造陶瓷、金属粉末、石蜡等材料的零件,特别是可以制造金属模具。
激光选区烧结(SLS)工艺由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的C.R. Dechard于1989年研制成功。目前德国EOS公司推出了自己的SLS工艺成形机EOSINT,分为适用于金属、聚合物和砂型三种机型。我国的北京隆源自动成形系统有限公司和华中科技大学也相继开发出了商品化的设备。
金属模具快速制造(Rapid bbbbl Tooling,简称RMT)
RP技术已经能成功地制造包括金属、陶瓷、塑料、石蜡、树脂等原型。由于所采用材料的限制,RP发展初期成型零件往往只能在有限的场合替代真正的金属或其它类型功能零件做功能实验,随着需求的增加和技术的不断发展,RP正向RMT的方向发展。RMT具有其独特的优点,如制造环节简单,特别是与计算机技术密切结合、快速完成产品制造,在缩短制造周期、节省资源、发挥材料性能、提高精度、降低成本等方面具有很大潜力,但在模具精度和性能控制等方面比较困难,如特殊的后处理设备与工艺使制造成本提高,成形尺寸也受到较大的限制。RMT研究和应用的关键在于如何提高模具的表面精度和制造效率,以及保证其综合性能质量,从而直接快速制造耐久、高精度和表面质量能满足工业化批量生产条件的模具。基于RP的RMT技术可分为直接法和间接法。
◆ 金属模具直接制造法
直接制造法即用RP原型直接制模。基于SLS的直接法因其不需要工艺转换,在模具制造周期等方面具有很大的应用潜力,从而受到高度关注。粉末堆积成形是SLS中最常见的直接制造金属模具的方法。SLS直接制模过程包括一个高温工作室和用以熔烧金属的高功率激光器。高温工作室内通常有还原性气氛、惰性气体或采用真空,以防材料氧化。激光烧结前,材料已经被加热到接近熔点,研究表明,这能更为有效地进行烧结且材料翘曲较小。直接制造出的零件具有很高的强度,可以直接作为模具。德国EOS公司Direct Steel 20-V1法以钢粉为主,其直径为20mm,层厚0.02mm,烧结密度为钢密度的95%~99%,成功解决了金属粉末凝固收缩的问题。Lohner A.等采用Ni-Cu粉末直接制造的模具,密度为理论值的80%,强度为100~200MPa,精度为0.1mm,平均粗糙度Ra为10~15um,已用于生产数百件注塑成形件。
◆ 金属模具间接制造法
间接制造法即用RP原型间接制模。SLS原型主要以非金属型为主(如ABS、蜡、树脂等),在大多数情况下非金属原型无法直接作为模具使用,需要以原型作模样,经过工艺转换,制造金属模具。间接制造的特点是RP技术与传统成形技术相结合,充分利用各自的技术优势,现已成为目前应用研究开发的热点。基于SLS的间接制造工艺包括粉末冶金成形、SLS原型的快速精密铸造、SLS陶瓷壳型铸造、树脂砂型快速铸造等。
(1)粉末冶金成形
粉末冶金成形比较类似金属粉末堆积成形,但所用复合粉末材料通常含有低温易熔组元或粘接剂。采用低功率激光器在较低温度下烧结易熔组元,经SLS过程后得到三维实体,称为生坯。这种生坯强度较低,但形状准确,需要经过后处理才能得到高强度的金属或陶瓷零件。后处理通常包括脱粘与再烧结两步。生坯放到烧结炉中进行脱粘与再烧结,脱去易熔低强度组分,剩余的金属或陶瓷粉末烧结成金属或陶瓷零件。完成的金属件通常呈褐色,称为褐色件。为降低空隙率或相对密度,褐色件还可以渗入环氧树脂或铜等金属。
美国DTM公司采用激光烧结包覆有粘结剂的钢粉,由计算机控制激光束的扫描路径,加热融化后的粘结剂将金属粉末粘结在一起(非冶金结合),生成约有45%孔隙率的零件,干燥脱湿后,放入高温炉膛内进行烧结、渗铜,生成表面密实的零件,此时零件中的材料成分为65%的钢和35%的铜,经打磨等后处理工序,得到最终的模具。
SLS用的复合粉末通常有两种混合形式:一种是粘接剂粉末与金属或陶瓷粉末按一定比例机械搀和,另一种则是把金属或陶瓷粉末放到粘接剂稀释液中,使基体粉末与粘接剂充分接触,制取具有粘接剂包覆的金属或陶瓷粉末。实验表明,这种粘接剂包覆的粉末制备虽然复杂,但烧结效果较机械搀和的粉末好。
(2)SLS消失模精密铸造
用塑料、石蜡、树脂等粉末烧结制得SLS原型,再进行涂料、撒砂、干燥等处理并反复多次,直到在原型上形成一个所需厚度的型壳,随后加热使模型熔化汽化消失,形成型壳,再对型壳进行焙烧,最后把熔化的金属浇注入型壳,冷却后即可得所需的模具铸件。该工艺可较好地控制模具的精度、表面质量、力学性能与使用寿命,能满足经济性的要求。用该方法制得的金属模具零件通常具有较好的机械加工性能,可进行局部切削加工,能获得更高的精度,并可嵌入镶块、冷却部件和浇道等,常用于制造塑料模、压铸模、注塑模等。
基于SLS的消失模精密铸造工艺制作的拖拉机变速箱壳体金属模具。采用SLS工艺制造原型,然后精密铸造件,从CAD设计到获得零件仅仅15天,传统工艺至少需要45天,制造成本降低60%。采用SLS工艺制造原型,采用该工艺制造的消失模铸造用模具,比传统的工艺制造周期缩短40%。
(3)SLS陶瓷壳型铸造
利用激光对以反应性树脂包覆的陶瓷粉进行烧结,烧结完成后将粉末倒出,再经固化处理就获得铸造用的陶瓷型壳,浇注后即可制得金属模具零件。此方法省去传统精密铸造多种工艺过程,是传统精密铸造的重大变革。激光束在计算机的控制下,根据层面中的扫描线,有选择地烧结树脂砂与环氧树脂的混合粉末材料,得到铸造型壳的一个层面后,工作台下降一个层厚,供料台上升一个层高,又开始铺新料。就这样逐层铺料,逐层烧结,最后便得出所需模具铸件型壳的反型。选择性激光烧结后的铸造型壳,残存有未固化的粉末粘结剂且粘结剂分布并不均匀,强度较低,须对铸造型壳进行烘烤硬化处理。烧烤硬化后的铸造型壳,消除了原型中粘结剂的聚集现象,使原型均匀硬透。挥发掉原型中的水分和可气化物质,改善了铸造型壳透气性,降低铸造时的发气量,从而使型壳具备良好的铸造性能。结合传统的砂型铸造工艺,在铸造型壳外面构筑浇注系统,浇注模具铸件。
它的最大优点是速度快,不需要任何模具,甚至不需画图,设计工程师通过计算机网络将资料送到铸造车间的系统中便可完成型壳的设计与制作。在CAD环境中,直接将模具零件模样转换为壳型,再配以浇注系统,型壳的厚度可取5~10mm。该工艺的不足之处主要是零件表面粗糙度值较高,其关键技术是型壳厚度、型壳表面粗糙度及固化处理工艺。
(4)SLS树脂砂铸造
将铸造树脂砂作为SLS烧结材料,根据图纸或要求设计出模具零件的三维CAD 模型 ,进行铸造工艺分析 ,主要是设计浇注系统、冒口和确定铸件的凝固收缩余量,根据收缩余量和零件尺寸设计出铸型的 CAD 模型。SLS在计算机的控制下,按照截面轮廓的信息,在粉末上扫描出截面形状,激光的功率要足够大,使得轮廓边界处的粉末完全炭化而失去固化作用,逐层扫描直至堆积出零件的三维曲面结构的分型面。随着工作台的分步下降,将树脂砂粉末逐层铺在工作台上,再用平整辊将粉末滚平、压实,每层粉末的厚度均对应于CAD 模型的切片厚度。各层上经激光扫描加热的粉末被破坏而失去固化作用,未被激光扫描的粉末仍留在原处起支撑作用,直至扫描完整个零件。对工作台的零件进行整体加热,根据树脂砂的不同,其加热温度为200~280℃。由于零件表面处的树脂砂经激光炭化而失去固化作用,因而零件表面相当于一个分型面,将零件与周边的废料块分割开来,去掉废料块,最终得到铸型。对铸型内腔表面进行适当的打磨修整或上涂料以降低内腔的表面粗糙度,然后进行浇注得到金属零件或模具。
树脂砂铸造相对于快速熔模铸造有以下优点:(a)溃散性好。与熔模铸造相比,树脂砂铸造能铸造出更复杂的零件,SLS主要用来加工无法用数控加工的气道、水套部分砂芯等。(b)造型时间短。SLS和数控技术的结合显著加快了制造砂型的速度。熔模铸造需有固定的制壳周期,而快速砂型铸造则可灵活地控制铸造时间。(c)可铸造更大模具零件。采用数控铣技术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,因此可生产更大的模具零件。