作为人类最早掌握的加工手段之一,熔模铸造已经有超过5000年的历史了。今天,每年都要制造出数百万的熔模铸件,其领域包括了各种合金、形状以及尺寸等。
操作过程很简单:在陶坯中挖出一个想要的熔模铸件的蜡模,然后涂上一层不易被熔化的沙子,这就形成了一个陶瓷壳。接着把这个陶瓷壳加热然后让蜡模熔化,这样就形成了一个新的可用陶瓷壳,它可以用铸造的方法制造模具。陶瓷壳应为加热而变硬,然后就可以把熔化了的模具的原料铸入进去。一旦原料的液体形态凝固了,陶瓷外壳就可以脱落然后露出崭新的铸件。
和其它的材料制造方式过程相比,熔模铸件有很多优点。它可以产生非常好的表面加工效果,可以处理其它制造方式不能处理的结构非常复杂的模具的加工制造,不但如此,熔模铸件几乎能用于所有可用浇铸材料方法制造的合金。
这是万向架的顶部和底部角度的视图,注意零件复杂的内部结构。
和注塑成型过程一样,为了制造铸件,有些工具是必须的。蜡型是通过一种模具制造而成,一般都管这种模具叫蜡模,它和注塑模非常类似。不但如此,和注塑成型一样的地方还有加工的成本和时间要求加工的数量都很有限。对于小规模的工作任务,可以适用低成本的加工方法。
十多年来,很多快速成型技术都被用来为熔模铸造制造型壳。而这些技术往往都涉及到直接成模(型模在没有加工的前提下被直接制造了出来)。
直接成模和浇模蜡型相比,其成本明显要高很多。但没有加工的要求,型壳一般几天之内就可以生产出来。这样一来,结果就是用于成型铸造的直接成模在行业中被使用的越来越多,事实上基本所有的铸造厂家使用的都是这一方法。
1直接成模技术
很多快速成型技术都可以用来制造直接成模,以下4种技术是生产这种成模的主要技术,它们包括:
图片中显示的型壳制造出的铝制品铸件
(1)Stereolithography光固化立体造型技术——该过程常被用来制造一个内部有六条金属肋结构的空心件结构。当制造空心件时,由于加热铸模的内部裂开。除此之外,这种制造空心件结构的方法比其他传统的熔模制造方法更能节省原材料。尽管这种方法使用的树脂为热固树脂材料,而且不容易像蜡那样熔化,但它仍然要被加热到熔化。
(2)热力喷塑技术——这个现在不再使用的系统制造工件是使用喷墨技术来喷涂小滴的熔蜡。因为使用的仍然是蜡,所以它的使用过程和今天许多铸造厂家使用的蜡模使用过程非常相似,它们的浇铸过程都非常的简单。
(3)激光烧结技术——激光烧结系统制造模具的时候主要使用聚乙烯粉末。尽管最终制成的工件是多孔的,但用作熔模铸造时仍然使用蜡来密封型壳。热力喷塑模也必须把型壳完全熔化掉。
(4) SolidScape喷蜡式立体成型系统——另外一种用喷墨打印技术来制造蜡模的系统。它可以用来制造小型的、复杂的、高精度的工件。Solidscape系统被广泛应用与珠宝制品的成型。
2 优势
最初的关于直接成模的精度以及表面光滑度方面的局限性限制了成型铸造的使用。然而在最近5年间,直接成模技术已经在质量上得到了很大的改进,这对传统的蜡模成型技术形成了一个巨大的冲击。这样一来,直接成模技术就被用来进行产品铸造。据估计,全世界每年浇铸超过50000个直接成模,其40%的市场占有率已经超过了成型铸造。
例如,一个客户要求美国新罕布什尔州 Londonderry市的 Nu-Cast公司生产三套用于在飞行器下固定照相设备的万向架。由于其对重量的严格限制,该工件的结构必须尽可能多的采取空心的设计,这样就使得工件的结构变得什么复杂。这个工件不可能通过普通的加工程序制造出来,除非先加工出许多不同的零件,然后再把它们焊接起来。很多可熔的工件核心都得采用蜡模技术。其成本总共计算下来大约8万5千美圆。在使用了直接成模技术之后, Nu-Cast公司不但简化了加工工序,而且还在节省成本的同时提前4周时间交付。
就像所期望的那样,直接成模被用于那些数量少的加工生产之中,因为其总共的成本要比加工成本低很多。在这种情况下,对铸造厂家来说,不但降低了工件的成本,而且还使得交付的时间大大缩短。
然而,更有意思的是直接成模的出现使得铸造厂家可以前所未有的进入以前从没有涉及过的小批量金属零件加工市场。这些行业包括军工、航天、海关设备以及赛车行业,因为这些行业往往需要那些数量很少但结构又很复杂的金属零件。
作为这种使用的主要用途,熔模铸造可以非常容易地就满足这种要求。这种要求包括对模具精度的要求、表面光洁度的要求、以及对材料性质的要求。然而,以传统方式加工的较高成本使得原有的成模技术不适用于熔模加工。
因为没有加工成本,所以低成本的直接成模技术最适合这种加工。这样一来,很多大的加工企业也就具备了加工小批量工件的能力。
产品级的熔模铸造的发展正在改变熔模铸造的成本结构。尽管直接成模的成本要高于蜡模成型的成本,但是直接成模省去了加工这道工序,所以,对于加工的总成本来说,直接成模要略低于蜡模成型,而这往往使得零件加工即便是简单的零件也更具市场竞争力。
直接成模还有别的快速成型方式所不具备的优势,那就是它可以用来加工结构十分复杂的零件。只要你能想得出来,它就可以制造出来,这是其它快速成型方式根本不可能完成的。因此,直接成模常被应用于制造那些复合零件,而过去这些复合零件都是被分割开单独生产的。而且它的好处还包括了节省大量的成本。
3 市场开发
目前,美国的很多铸造厂商都在大力开发这个市场。这不仅是因为这种新的方法可以成为传统加工强有力的竞争对手,还因为他们正在填补这个巨大加工市场的空白。
除此之外,这个市场还更不容易受到因外国铸造企业的进入而造成的激烈竞争的影响。不象注塑成型市场那样,由于廉价的劳动结构的影响,外国竞争企业在这一领域占去了非常大的份额。由于数量小以及对生产周期越来越高的要求使得这一加工市场很难受到外国铸造厂商的影响。#p#分页标题#e#
几年前,很少有人会预测到添加制造技术会对现有的加工程序造成如此大的影响,其开拓的市场范围是以前从未涉及到的。但今天,我们开始对它可能在其它加工领域所将产生的影响拭目以待。
评:采用先进的制造技术可以明显提高企业的生产效率、降低加工成本、增强企业的核心竞争力,对于急需对外发展的中国模具企业显得更为重要,接触国际领先制造技术理念,吸收其中的精华部分并应用到自己的实际生产中,中国模具工业的明天才会更美好。