数字化无模化砂型精密成形加工方案

数字化无模铸造精密成形技术是铸型数字化加工和组装造型的无模化金属件制造技术，实现了单件、小批量、复杂金属件的快速制造。该技术将先进的数控切削技术应用于砂型制造，为传统的铸造技术提供了一种新的绿色、快速制造的方法，带来了铸造尤其是铸型制造技术根本上的变化，避免了木模制作，缩短了铸造流程。

随着市场全球化以及竞争的不断加剧，产品更新换代的速度不断加快，新产品的开发、研制、生产周期短、批量小、更新快成为制造业的必然趋势。那么如何在短时间内低成本地制造出精度高、合理的铸型则成为铸造工作者研究的热点和重点问题之一。于是铸型的生产方法发生了显著变化。在普通的砂型制造中，从传统的有模铸型生产发展到无模铸型是铸造生产中的一次重大变革。

有模铸型生产需要工艺转换，周期长，成本高，且存在精度损失，难以制造出高精度、表面质量好的铸型，不能更好地满足小批量大型铸型的生产要求。有模铸型的制造工艺路线图如图3-1所示。首先根据金属件的CAD模型设计铸型和制造铸型所用的模具，通过手工的方式制造木模等模具，遇到复杂的铸模，还需要采取机加工的方式制造金属模具或者塑料模具，然后再通过翻模得到铸型和砂芯，在合箱浇注出金属件。整个过程环节较多，人为影响因素大，大部分都是以二维图样为基础进行设计、制造。

图3-1 传统有模制造工艺路线图

鉴于传统的有模铸造制造周期长、成本高，且产品开发略微发生改动，就要推倒重来，严重影响了新产品开发的速度，将快速成形技术和数控切削技术应用于砂型制造为传统的铸造技术提供了一种新的绿色、快速制造的方法，带来了铸造尤其是铸型制造技术根本上的变化，避免了模具制作，缩短了铸造流程，尤其适合于单件、小批量、大型铸型的生产，其工艺路线如图3-2所示。

图3-2 无模铸型制造技术路线图(www.xing528.com)

为了实现金属件的快速制造，提出了基于铸型数字化加工的金属件无模化快速制造方法，其工艺路线如图3-3所示。根据铸型的三维CAD模型进行分模，并结合加工参数进行砂型切削路径规划；对规划好的切削路径在计算机中进行加工过程的模拟仿真，确保不会发生刀具干涉和砂型破坏；将已经固化好的砂坯置于加工平台上进行铣削加工，加工产生的废砂被喷嘴吹出的气体排除。最后将加工的铸型单元组合浇注，得到合格的金属件。该方法省去木模制造，改变了传统的有模制造方式，能够大大缩短加工制造周期，节省材料，特别适合于单件小批量零件的快速制造。

图3-3 无模化砂型制造技术路线图

数字化无模铸造精密成形机是计算机、自动控制、新材料、铸造等技术的集成创新和原始创新，三维CAD模型直接驱动铸型制造，是一种全新的复杂金属件快速制造设备，能够实现复杂金属件制造的柔性化、数字化、精密化、绿色化、智能化。不需要木模及模具，缩短了铸造流程，实现了传统铸造行业的数字化制造，特别适合于复杂零部件的快速制造，在节约铸造材料、缩短工艺流程、减少铸造废弃物、提升铸造质量、降低铸件能耗等方面具有显著特色和优势。

与传统铸造技术相比，数字化无模铸造采用型芯直接数字化加工，取消了拔模斜度，提高了零件的成形精度，减少了零部件设计中加工余量；型芯柔性化的设计和灵活多样组合，为零部件的设计和制造提供了充分的自由度；数字化设计、模拟仿真与加工制造一体化；多种类、激冷效果各异的型砂可构造自适应复合砂型。与传统有模铸件制造相比，加工费用仅为有模方法的1/10左右，开发时间缩短50%～80%，制造成本降低30%～50%，见表3-1。

表3-1 传统有模铸造和无模铸造对比表