神马文学网【技术讲座】轻便材料及加工技术：利用RP技术量产中空铝铸件（上）
来源：百度文库 编辑：神马文学网 时间：2024/04/27 23:33:12
2010/08/19 00:00
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日本铸造部件厂商KOIWAI正在致力于RP（Rapid Prototyping，快速成型）技术在量产中的应用。该技术与利用母模进行制造相比可提高精度，实现薄壁铸件。作为其中的一环，该公司试制了对铝合金进行中空铸造的副车架。
图1：原来的制造法（左）与层积砂模制造法（右）的比较
层积砂模制造法的步骤简单。
图2：建筑机械油压装置的砂芯
一般在细致拆分后分头制造，并通过粘合组装起来，而层积砂模制造法可一体制造。
图3：德国EOS公司的层积装置“EOSINT-S”
利用激光烧结法来制造砂模。
图4：利用“EOSINT-S”制造的砂芯
用于制造排气歧管和涡轮壳体的一体产品。
图5：美国PROMETAL公司的层积装置“S-Print”
利用喷墨法制造砂模。
图6：利用“S-Print”制造的砂芯
用于排气歧管。
图7：下模和砂芯
实际铸造时在上面放置上模，向间隙注入金属。
图8：逆变器的外壳
由砂芯脱模形成的复杂冷却水路。
图9：同样是逆变器的外壳
带有散热片，空冷的作用也很大。
图10：压缩机壳体
重量为1.5kg。
图11：马达的外壳
铸造的优点在于可在内部制造冷却水路。
图12：同样是马达的外壳
在轴方向上较长。
图13：涡轮壳体
为铸铁制造。
车辆及产业用铝部件的试制铸件通常采用砂模来制造。因为类似试制这样的少量生产中使用金属模具的话，则无望收回模具成本。而且从交货所需时间来看，利用砂模时可以更短。
在制造砂模的方法中，目前出现了一种称为层积砂模制造工艺的技术。该技术不利用母模来制造砂模，而是通过RP装置的一种、即层积装置，由三维CAD数据直接制造砂模（图1）。
与原有的制造法相比，这种制造法可将形成铸件的工期缩短一半。由于无需母模，因此制造时还可省去初期成本。另外也无需通过母模进行的造型、倒模等高难度技术，可制造出精度更高的任意形状的砂模。复杂形状的铸件通常要通过熟练的手工作业来形成，在拆分后分别制造，然后用粘合剂将各部分粘合起来。而利用层积砂模时则不同，可在不进行拆分的情况下一体制造完成（图2）。
KOIWAI主要制造供汽车、舷外马达及水上摩托等使用的各种铸造部件，材料以铝为主。目前KOIWAI正致力于层积砂模制造法，并且有了实际供货的业绩。已经在提供试制品。
区别使用两种层积砂模制造法
层积砂模制造法大致分为激光层积制造法和喷墨制造法两种。
在激光烧结法方面，KOIWAI使用德国EOS公司制造的名为“EOSINT-S”的装置（图3）。操作时铺设一层铸砂与树脂的混合物，只向想要保留下来的地方照射激光，使树脂熔化再凝固起来（图4）。然后一层层地反复这一操作。在激光未照射到的部分上，树脂不会熔化，铸砂仍呈分散状态，可轻松去除。
由于可形成强度与利用金属模制造的壳型砂芯相同的砂模，因此激光烧结法通常用于与材料及形状相比更注重强度的场合。不过，在利用激光进行烧结之后，还需要放入烘烤炉中，对整个砂模进行二次烧结工序，因此前导时间势必会加长。该制造法可形成最大尺寸为750×350×350mm的砂模。
而在喷墨法方面，KOIWAI使用的是美国PROMETAL公司制造的名为“S-Print”的装置（图5）。操作时以喷墨方式向铺好的薄薄一层铸砂上喷射熔化的树脂（图6）。由于树脂的粒子微细，像雾一样喷射出来，因此浸透性很高。然后与激光烧结法一样，一层层地反复这一操作，并将没有树脂浸透到的铸砂去除掉。
与激光烧结法相比，喷墨法所获得的强度较低，而且表面也略显粗糙，不过不需要二次烧结，因此能够缩短前导时间。该制造法可以制造最大为750×380×400mm的砂模，所以两种制造法在尺寸上相差不大。
KOIWAI是日本唯一一家设置两种层积装置制造砂模，并通过自己铸造来积累技术的厂商。本公司能够在权衡两种制造法的利害得失后，根据现场的情况对使用哪一种做出判断。这样便可对两种制造法区别使用，比如用喷墨法制造上模和下模，用激光烧结法制造砂芯，等等（图7）。
KOIWAI已成功利用“S-Print”对AC4C铝料进行了铸造，铸造的是逆变器外壳的试制品（图8）。照片中的工件为了用于拍摄而切去了一部分，可以看到由砂芯脱模后形成的复杂的冷却水路。该试制品的尺寸为480×320×175mm，重量为5kg。
KOIWAI还试制了略扁平一些的逆变器散热外壳。尺寸为520×320×160mm，重量为4kg（图9）。以上两部件在获得三维数据后用3天完成了铸模，用6天完成了铸造。
另外还制造了尺寸为300×200×180mm，重量为1.5kg的压缩机壳体（图10）。获得三维数据后用2天完成了铸模，在第4天完成了铸造。
KOIWAI利用“EOSINT-S”对AC4C进行制造的是马达的外壳（图11）。尺寸为直径350×125mm，重量为3.2kg。另外还制造了在轴方向上稍长的马达外壳。尺寸为直径280×350mm，重量为2.5kg（图12）。两部件在获得三维数据后均用3天完成了铸模，用5天完成了铸造。
此外还可利用“SPrint”制造了铸铁涡轮壳体（图13）。尺寸为200×200×180mm，重量为2kg。在获得三维数据后用3天时间完成了铸模，用5天完成了制造。（未完待续，特约撰稿人：KOIWAI营业技术部営業技術部系长小林 大辅，KOIWAI营业技术部米山 阳子）
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日本铸造部件厂商KOIWAI正在致力于RP（Rapid Prototyping，快速成型）技术在量产中的应用。该技术与利用母模进行制造相比可提高精度，实现薄壁铸件。作为其中的一环，该公司试制了对铝合金进行中空铸造的副车架。
图1：原来的制造法（左）与层积砂模制造法（右）的比较
层积砂模制造法的步骤简单。
图2：建筑机械油压装置的砂芯
一般在细致拆分后分头制造，并通过粘合组装起来，而层积砂模制造法可一体制造。
图3：德国EOS公司的层积装置“EOSINT-S”
利用激光烧结法来制造砂模。
图4：利用“EOSINT-S”制造的砂芯
用于制造排气歧管和涡轮壳体的一体产品。
图5：美国PROMETAL公司的层积装置“S-Print”
利用喷墨法制造砂模。
图6：利用“S-Print”制造的砂芯
用于排气歧管。
图7：下模和砂芯
实际铸造时在上面放置上模，向间隙注入金属。
图8：逆变器的外壳
由砂芯脱模形成的复杂冷却水路。
图9：同样是逆变器的外壳
带有散热片，空冷的作用也很大。
图10：压缩机壳体
重量为1.5kg。
图11：马达的外壳
铸造的优点在于可在内部制造冷却水路。
图12：同样是马达的外壳
在轴方向上较长。
图13：涡轮壳体
为铸铁制造。
车辆及产业用铝部件的试制铸件通常采用砂模来制造。因为类似试制这样的少量生产中使用金属模具的话，则无望收回模具成本。而且从交货所需时间来看，利用砂模时可以更短。
在制造砂模的方法中，目前出现了一种称为层积砂模制造工艺的技术。该技术不利用母模来制造砂模，而是通过RP装置的一种、即层积装置，由三维CAD数据直接制造砂模（图1）。
与原有的制造法相比，这种制造法可将形成铸件的工期缩短一半。由于无需母模，因此制造时还可省去初期成本。另外也无需通过母模进行的造型、倒模等高难度技术，可制造出精度更高的任意形状的砂模。复杂形状的铸件通常要通过熟练的手工作业来形成，在拆分后分别制造，然后用粘合剂将各部分粘合起来。而利用层积砂模时则不同，可在不进行拆分的情况下一体制造完成（图2）。
KOIWAI主要制造供汽车、舷外马达及水上摩托等使用的各种铸造部件，材料以铝为主。目前KOIWAI正致力于层积砂模制造法，并且有了实际供货的业绩。已经在提供试制品。
区别使用两种层积砂模制造法
层积砂模制造法大致分为激光层积制造法和喷墨制造法两种。
在激光烧结法方面，KOIWAI使用德国EOS公司制造的名为“EOSINT-S”的装置（图3）。操作时铺设一层铸砂与树脂的混合物，只向想要保留下来的地方照射激光，使树脂熔化再凝固起来（图4）。然后一层层地反复这一操作。在激光未照射到的部分上，树脂不会熔化，铸砂仍呈分散状态，可轻松去除。
由于可形成强度与利用金属模制造的壳型砂芯相同的砂模，因此激光烧结法通常用于与材料及形状相比更注重强度的场合。不过，在利用激光进行烧结之后，还需要放入烘烤炉中，对整个砂模进行二次烧结工序，因此前导时间势必会加长。该制造法可形成最大尺寸为750×350×350mm的砂模。
而在喷墨法方面，KOIWAI使用的是美国PROMETAL公司制造的名为“S-Print”的装置（图5）。操作时以喷墨方式向铺好的薄薄一层铸砂上喷射熔化的树脂（图6）。由于树脂的粒子微细，像雾一样喷射出来，因此浸透性很高。然后与激光烧结法一样，一层层地反复这一操作，并将没有树脂浸透到的铸砂去除掉。
与激光烧结法相比，喷墨法所获得的强度较低，而且表面也略显粗糙，不过不需要二次烧结，因此能够缩短前导时间。该制造法可以制造最大为750×380×400mm的砂模，所以两种制造法在尺寸上相差不大。
KOIWAI是日本唯一一家设置两种层积装置制造砂模，并通过自己铸造来积累技术的厂商。本公司能够在权衡两种制造法的利害得失后，根据现场的情况对使用哪一种做出判断。这样便可对两种制造法区别使用，比如用喷墨法制造上模和下模，用激光烧结法制造砂芯，等等（图7）。
KOIWAI已成功利用“S-Print”对AC4C铝料进行了铸造，铸造的是逆变器外壳的试制品（图8）。照片中的工件为了用于拍摄而切去了一部分，可以看到由砂芯脱模后形成的复杂的冷却水路。该试制品的尺寸为480×320×175mm，重量为5kg。
KOIWAI还试制了略扁平一些的逆变器散热外壳。尺寸为520×320×160mm，重量为4kg（图9）。以上两部件在获得三维数据后用3天完成了铸模，用6天完成了铸造。
另外还制造了尺寸为300×200×180mm，重量为1.5kg的压缩机壳体（图10）。获得三维数据后用2天完成了铸模，在第4天完成了铸造。
KOIWAI利用“EOSINT-S”对AC4C进行制造的是马达的外壳（图11）。尺寸为直径350×125mm，重量为3.2kg。另外还制造了在轴方向上稍长的马达外壳。尺寸为直径280×350mm，重量为2.5kg（图12）。两部件在获得三维数据后均用3天完成了铸模，用5天完成了铸造。
此外还可利用“SPrint”制造了铸铁涡轮壳体（图13）。尺寸为200×200×180mm，重量为2kg。在获得三维数据后用3天时间完成了铸模，用5天完成了制造。（未完待续，特约撰稿人：KOIWAI营业技术部営業技術部系长小林 大辅，KOIWAI营业技术部米山 阳子）