復(fù)雜鑄件鑄造方法的選擇與生產(chǎn)實(shí)例
　　1、復(fù)雜液壓閥體的快速鑄造
　　圖1所示為國(guó)外客戶訂貨的材質(zhì)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(nèi)流道相通的小圓孔及異形孔。特別是該件的內(nèi)腔流道形狀更為復(fù)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(zhǎng)64mm（長(zhǎng)徑比約13），且也成彎扭狀，其兩端分別與右側(cè)面及低平面相通。該閥體的內(nèi)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(gè)不等直徑或不等截面形狀，有的流道過(guò)分細(xì)長(zhǎng)，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(huì)給該閥體鑄件的制造工藝帶來(lái)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(jié)快速成形不僅制模周期短，費(fèi)用低，而且特別適合于制作復(fù)雜零件的原型或型(芯)，現(xiàn)在鑄造的生產(chǎn)實(shí)踐中已得到了廣泛的運(yùn)用，因此本文著重考慮了基于選擇性激光燒結(jié)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(jié)快速成形方法，不需模具，直接依據(jù)客戶的三維圖形，施放金屬收縮率后，輸入SLS快速成形機(jī)中，僅在一天內(nèi)即可制作出與圖1形狀完全相同的蠟?zāi)＃�然后直接用石膏灌漿，進(jìn)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(diǎn)比鋁合金高，因此不適宜用石膏型精密鑄造。且復(fù)雜石膏芯因無(wú)芯骨，強(qiáng)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(jié)快速成形方法直接制造蠟?zāi)�。由于流道直徑小、形狀扭曲，故�?nèi)部無(wú)法進(jìn)行掛砂結(jié)殼，只能用陶瓷型芯來(lái)成形，而用該液壓閥內(nèi)腔澆灌陶瓷型芯很困難，因形狀所限不能放置芯骨增加強(qiáng)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(jié)覆膜砂型(芯)的方法。選擇性激光燒結(jié)覆膜砂已在生產(chǎn)中得到了一定的運(yùn)用，因覆膜砂的潰散性好，所以特別適用于制作復(fù)雜砂芯，因此我們最終決定選用選擇性激光燒結(jié)成形技術(shù)燒結(jié)覆膜砂，直接制造復(fù)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(xué)開發(fā)的選擇性激光燒結(jié)快速成形燒結(jié)的覆膜砂型不僅實(shí)現(xiàn)了砂型（芯）的整體成形，而且強(qiáng)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(jié)閥體的上（左，經(jīng)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(zhì)，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(guò)數(shù)控加工來(lái)獲得。此種制造工藝工序繁瑣，制造周期長(zhǎng)（一般2~3個(gè)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?zāi)＿M(jìn)行精密鑄造，直接獲得表面糙度低、尺寸精度高的近無(wú)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(jìn)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(fù)雜薄鑄件，模鑄件材質(zhì)為鋁合金，要求較高的表面質(zhì)量和精度。因此可選擇用SLS直接制造蠟?zāi)＃▓D7），再用精密鑄造的方法澆注鑄件。由于制件過(guò)薄，且有很細(xì)的孔洞。鋁合金的熔點(diǎn)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?zāi)?span lang="EN-US">
　　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?cè)�接到要求�?span lang="EN-US">2個(gè)星期內(nèi)產(chǎn)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(fù)雜，特別是對(duì)內(nèi)空氣道有較高的要求，宜選用SLS蠟?zāi)！�—精密鑄造的方法。由于材質(zhì)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(fù)雜，但氣道內(nèi)空直徑較大，可以掛砂結(jié)殼，因此可以采用熔模精密鑄造的方法實(shí)現(xiàn)快速鑄造。如圖9、10所示。
　　圖9 汽車排氣管蠟?zāi)＜?span lang="EN-US">
　　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(fù)雜精細(xì)，若用SLS蠟?zāi)＃�在處理過(guò)程中易于損壞，而SLA的樹件強(qiáng)度高，所以我們選用SLA來(lái)制作原型。熔模精密鑄造的工藝生產(chǎn)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