数字化无模铸造课件
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第2章消失模铸造(课堂PPT)
消失模铸造与其他铸造方法的主要区别在于
它所特有的白区Leabharlann 黑区部分。白区指制模工部和模 型组合及涂料烘干工部；黑区指造型浇注工部。
白模制作的工艺流程
原 预 熟 蒸缸
料
发 泡
化
成型机
浇冒系 统粘接
浸涂涂料 干燥
备用埋箱造型
26
模样不仅决定着铸件的外部质量，对铸件的内部 质量也有重要影响。
1.消失模铸造对模样材料的主要要求： • 模样表面必须光滑； • 气化温度和发气量低； • 气化完全、残留物少、毒性低； • 密度低、刚度和表面刚性好； • 能承受机械加工，同时又要容易机械加工。
铁件可降低10～20%左右）。
12
八、消失模铸造的应用
1.应用的铸件合金种类 铝合金、特种铸铁、灰铸铁、球墨铸铁、 特种铸钢、普通碳钢、低碳钢及不锈钢。
2.应用成功典型铸件 （1）抗磨铸件－磨球、衬板、锤头
13
高铬铸铁衬板
磨球
14
• （2）耐热铸件
高铬镍耐热耐蚀合金料框 高铬耐热耐磨铸件炉篦子
• ②润湿性和粘附性；好
• 可添加表面活性剂
• ③高温强度；好 • ④干燥速度；快 • ⑤发气量。低
70
（3）涂料组成
• 耐火骨料：石墨粉、石英粉、锆英粉、刚玉粉、 铬铁矿粉、铝矾土、镁砂、橄榄石粉、滑石粉；
34
35
EPS预发泡后珠粒
36
预发珠粒的熟化
• 目的：使预发泡珠粒具备弹性有再膨胀能力， 在模样发泡之前，须进行熟化。
（1）熟化机理：熟化就是把刚发泡的珠粒放 置几个小时以上，让空气渗透到珠粒的泡孔 内，使珠粒变得干燥有弹性，增加模样成型 时的膨胀能力和模样成型后抵抗外压变形、 收缩的能力。
铸造工艺图ppt课件
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19
设
计
要
点
铸造工艺 方案的确定
工艺参数 的确定
浇注系统 和冒口
铸造工艺 图的绘制
铸造工艺设计包括：
Ø选择铸造方法或造型方法
Ø铸件的浇注位置和分型面位置，型芯和芯头结构；
Ø加工余量、收缩率和拔模斜度等工艺参数；
Ø浇注系统、冒口和冷铁的布置等；
Ø将所确定的工艺方案用文字和铸造工艺符号在零件图
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25
1.2 铸造工艺图概述
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26
浇注位置，分型面，分模面，活块，本模的类型和 分型负数，加工余量，拔模斜度，不铸孔和沟槽， 砂芯个数和形状，芯头形式、尺寸和间隙，分盒面， 芯盒的填砂(射砂)方向，砂芯负数，砂型的出气孔， 砂芯出气方向、起吊方向，下芯顺序，芯撑的位置、 数目和规格，工艺补正量，反变形量，非加工壁厚 的负余量，浇口和冒口的形状和尺寸，冷铁形状和 个数，收缩筋(割筋)和拉筋形状、尺寸和数量，和 铸件同时铸造的试样，铸造收缩率等
21
1.1. 3 设计的内容和程序
选择铸造方法或造型方法 铸件的浇注位置和分型面位置，型芯和芯头结构； 加工余量、收缩率和拔模斜度等工艺参数； 浇注系统、冒口和冷铁的布置等； 将所确定的工艺方案用文字和铸造工艺符号在零件图上表示出 来，绘制铸造工艺图。
工作程序：审图—初步方案—讨论—确定—设计—
会签—修改—生效。
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7
四羊方尊 高58.3厘米；重 34公斤。1938年湖南 省宁乡县出土。商代 方尊的代表。 铜尊盛行于商代和 西周时期，是一种饮 酒用具。这件四羊方 尊是现存商代青铜方 尊中最大的一件，是 国家特级文物。 被认为是中国青 铜铸造史上最杰出的 作品之一 。
无模精密砂型快速技术铸造方法课件
易于实现个性化定制。
低成本
减少了传统铸造方法中的模具 制作成本，降低了生产成本。
应用领域与前景
汽车制造
航空航天
适用于汽车发动机、底盘等复杂金属部件 的制造。
适用于飞机发动机、航空器结构件等高精 度、高性能金属部件的制造。
石油化工
未来展望
适用于压力容器、管道等金属部件的制造 。
随着技术的不断进步和普及，无模精密砂 型快速铸造技术有望在更多领域得到应用 ，成为金属铸造行业的重要发展方向。
控制原材料质量
确保使用高质量的原材料和辅 助材料，如砂子、粘结剂等。
优化铸造工艺
通过调整铸造工艺参数，如浇 注温度、浇注速度等，减少铸 造缺陷的产生。
提高操作技能
加强操作人员的培训和技能提 升，确保操作过程符合规范要 求。
质量检测与评估
通过无损检测、金相检测等方 法对铸件进行质量检测和评估
，确保产品质量符合要求。
工艺优化
对工艺流程进行优化，以提高生产效率、降低能耗和减少废 品率。
关键工艺参数
浇注温度
浇注温度是影响铸件质量 的关键参数，需根据材料 特性和铸件结构合理选择。
冷却速度
冷却速度对铸件组织和机 械性能有重要影响，需根 据不同材料和工艺要求进 行控制。
砂型强度
砂型强度是保证铸件尺寸 精度和表面质量的重要因 素，需合理选择砂型材料 和工艺参数。
浇注系统设计
浇注系统是铸造过程中的重要环节， 设计合理的浇注系统可以有效减少铸 造缺陷和提高铸件质量。
砂型制作工艺优化
工艺参数优化
通过调整砂型制作的工艺参数，如砂型温度、压力、时间等，可以提高砂型的强度和耐火性，减少铸造缺陷。
设备升级
采用先进的砂型制作设备可以提高生产效率和铸件质量，如3D打印技术在砂型制作中的应用。
低成本
减少了传统铸造方法中的模具 制作成本，降低了生产成本。
应用领域与前景
汽车制造
航空航天
适用于汽车发动机、底盘等复杂金属部件 的制造。
适用于飞机发动机、航空器结构件等高精 度、高性能金属部件的制造。
石油化工
未来展望
适用于压力容器、管道等金属部件的制造 。
随着技术的不断进步和普及，无模精密砂 型快速铸造技术有望在更多领域得到应用 ，成为金属铸造行业的重要发展方向。
控制原材料质量
确保使用高质量的原材料和辅 助材料，如砂子、粘结剂等。
优化铸造工艺
通过调整铸造工艺参数，如浇 注温度、浇注速度等，减少铸 造缺陷的产生。
提高操作技能
加强操作人员的培训和技能提 升，确保操作过程符合规范要 求。
质量检测与评估
通过无损检测、金相检测等方 法对铸件进行质量检测和评估
，确保产品质量符合要求。
工艺优化
对工艺流程进行优化，以提高生产效率、降低能耗和减少废 品率。
关键工艺参数
浇注温度
浇注温度是影响铸件质量 的关键参数，需根据材料 特性和铸件结构合理选择。
冷却速度
冷却速度对铸件组织和机 械性能有重要影响，需根 据不同材料和工艺要求进 行控制。
砂型强度
砂型强度是保证铸件尺寸 精度和表面质量的重要因 素，需合理选择砂型材料 和工艺参数。
浇注系统设计
浇注系统是铸造过程中的重要环节， 设计合理的浇注系统可以有效减少铸 造缺陷和提高铸件质量。
砂型制作工艺优化
工艺参数优化
通过调整砂型制作的工艺参数，如砂型温度、压力、时间等，可以提高砂型的强度和耐火性，减少铸造缺陷。
设备升级
采用先进的砂型制作设备可以提高生产效率和铸件质量，如3D打印技术在砂型制作中的应用。
铸造概述PPT课件
裂纹
由于铸件结构不合理、浇注温度过低或冷却 过快等原因引起。
缺陷预防措施和补救方法
预防缩孔与缩松措施
改进铸件结构、降低浇注温度、 增加冒口补缩等。
预防裂纹措施
改进铸件结构、提高浇注温度、 控制冷却速度等。
预防气孔措施
控制型砂水分、烘干型芯、降 低金属液含气量等。
预防夹渣措施
提高型砂质量、改进浇注系统、 降低金属液含渣量等。
节能技术
采用先进的节能技术和设备，可以降低铸造过程中的能耗和排放， 提高能源利用效率和环保性能。
绿色材料
开发和应用绿色材料，如可再生材料、低污染材料等，可以减少 对环境的污染和破坏，促进可持续发展。
未来发展趋势预测
01 02
个性化定制
随着消费者需求的多样化，个性化定制将成为未来铸造发展的重要趋势 之一。通过数字化技术和3D打印技术等手段，可以实现快速、灵活的 生产个性化产品。
铸造概述ppt课件
contents
目录
• 铸造基本概念与分类 • 铸造材料选择与性能要求 • 铸造工艺流程及关键环节 • 典型铸造方法及设备介绍 • 铸件缺陷分析与防止措施 • 现代铸造技术发展趋势与展望
01
铸造基本概念与分类
铸造定义及作用
铸造定义
铸造是一种通过熔化金属或非金 属材料，并将其倒入模具中冷却 凝固，从而获得所需形状和性能 的工件的加工方法。
清理与检验标准
清理操作
去除铸件表面的型砂、芯砂、浇口、冒口等多余部分，使铸件表 面达到规定的粗糙度要求。
检验项目
对铸件进行外观检查、尺寸测量、化学成分分析、力学性能试验等 检验项目，确保铸件质量符合要求。
检验标准
根据铸件用途和重要性，制定相应的检验标准和质量等级要求，对 不合格的铸件进行返工或报废处理。
由于铸件结构不合理、浇注温度过低或冷却 过快等原因引起。
缺陷预防措施和补救方法
预防缩孔与缩松措施
改进铸件结构、降低浇注温度、 增加冒口补缩等。
预防裂纹措施
改进铸件结构、提高浇注温度、 控制冷却速度等。
预防气孔措施
控制型砂水分、烘干型芯、降 低金属液含气量等。
预防夹渣措施
提高型砂质量、改进浇注系统、 降低金属液含渣量等。
节能技术
采用先进的节能技术和设备，可以降低铸造过程中的能耗和排放， 提高能源利用效率和环保性能。
绿色材料
开发和应用绿色材料，如可再生材料、低污染材料等，可以减少 对环境的污染和破坏，促进可持续发展。
未来发展趋势预测
01 02
个性化定制
随着消费者需求的多样化，个性化定制将成为未来铸造发展的重要趋势 之一。通过数字化技术和3D打印技术等手段，可以实现快速、灵活的 生产个性化产品。
铸造概述ppt课件
contents
目录
• 铸造基本概念与分类 • 铸造材料选择与性能要求 • 铸造工艺流程及关键环节 • 典型铸造方法及设备介绍 • 铸件缺陷分析与防止措施 • 现代铸造技术发展趋势与展望
01
铸造基本概念与分类
铸造定义及作用
铸造定义
铸造是一种通过熔化金属或非金 属材料，并将其倒入模具中冷却 凝固，从而获得所需形状和性能 的工件的加工方法。
清理与检验标准
清理操作
去除铸件表面的型砂、芯砂、浇口、冒口等多余部分，使铸件表 面达到规定的粗糙度要求。
检验项目
对铸件进行外观检查、尺寸测量、化学成分分析、力学性能试验等 检验项目，确保铸件质量符合要求。
检验标准
根据铸件用途和重要性，制定相应的检验标准和质量等级要求，对 不合格的铸件进行返工或报废处理。
数字化无模铸造ppt课件
进步，从不要木模开始。
.
无模铸造技术
数字化无模铸造精密成型技术，简称无模铸造技术，是计算机、自动控 制、新材料、铸造等技术的集成和原始创新：由三维CAD模型直接驱动 铸型制造，不需要模具缩短了铸造流程，实现了数字化铸造、快速制造。
图2 技术流程图 .
目录
无模铸造的背景意义 无模铸造技术简介
无模铸造与传统造型的对比
选择性激光烧结铸 型制造工艺（SLS）、 3D打印工艺等
离散堆积 成形技术
去除加工 成形技术
数控铣削铸造工艺等
.
基于离散堆积原理的无模铸型制造技术近年来取得一定进展， 通过以铸造用的陶瓷粉末或型砂为原料，在CAD 模型驱动下通过 快速成形机，可以直接制成铸造用的型壳。在CAD 环境中，直接 将零件模型转换为壳型，再配以浇冒口系统。型壳的厚度可取5～ 10mm，烧结或粘接过程中，非零件部分进行烧结或粘接，零件部 分仍是粉末。造型完成后将粉末倒出，再经固化处理就获得铸造用 的型壳。用此方法，省去传统精密铸造过程中蜡型、泡沫塑料模、
德国EOS 公司利用选区激光烧结工 艺进行砂型、塑料等模型的制造技术、 一直处于世界领先地位， 近几年随着国 内在该项技术方面的研究及发展， 技术 水平已经与国外接近， 甚至在成型空间 及某些材料加工领域已超越国外。
.
3D打印技术
三维打印是通过粘结剂将粉末材料连接成成型物体的工艺。可二维运动 的机构带动喷头在计算机控制下， 按照零件轮廓形状将液体材料有选择性地 喷涂在粉末材料上， 使粉末材料与液体材料进行反应而完成当前层的固化。 每一层完成后工作台下降一定高度， 铺上一层新的粉末， 重复以上喷涂的工 作， 最终将整个零件制作完成， 见图4。目前该工艺常用的原材料有铸造砂、 陶瓷粉等。根据成型材料及成型工艺不同， 所喷涂的液体材料也不同。有的 直接将粘结剂喷涂在粉末材料上， 如在陶瓷粉末上喷涂硅溶胶； 也有将粘结 剂喷涂在预先混制固化剂的铸造砂粉末上完成固化； 还有将树脂及固化剂分 两次喷涂在铸造砂粉末上以完成固化。
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无模铸造技术
数字化无模铸造精密成型技术，简称无模铸造技术，是计算机、自动控 制、新材料、铸造等技术的集成和原始创新：由三维CAD模型直接驱动 铸型制造，不需要模具缩短了铸造流程，实现了数字化铸造、快速制造。
图2 技术流程图 .
目录
无模铸造的背景意义 无模铸造技术简介
无模铸造与传统造型的对比
选择性激光烧结铸 型制造工艺（SLS）、 3D打印工艺等
离散堆积 成形技术
去除加工 成形技术
数控铣削铸造工艺等
.
基于离散堆积原理的无模铸型制造技术近年来取得一定进展， 通过以铸造用的陶瓷粉末或型砂为原料，在CAD 模型驱动下通过 快速成形机，可以直接制成铸造用的型壳。在CAD 环境中，直接 将零件模型转换为壳型，再配以浇冒口系统。型壳的厚度可取5～ 10mm，烧结或粘接过程中，非零件部分进行烧结或粘接，零件部 分仍是粉末。造型完成后将粉末倒出，再经固化处理就获得铸造用 的型壳。用此方法，省去传统精密铸造过程中蜡型、泡沫塑料模、
德国EOS 公司利用选区激光烧结工 艺进行砂型、塑料等模型的制造技术、 一直处于世界领先地位， 近几年随着国 内在该项技术方面的研究及发展， 技术 水平已经与国外接近， 甚至在成型空间 及某些材料加工领域已超越国外。
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3D打印技术
三维打印是通过粘结剂将粉末材料连接成成型物体的工艺。可二维运动 的机构带动喷头在计算机控制下， 按照零件轮廓形状将液体材料有选择性地 喷涂在粉末材料上， 使粉末材料与液体材料进行反应而完成当前层的固化。 每一层完成后工作台下降一定高度， 铺上一层新的粉末， 重复以上喷涂的工 作， 最终将整个零件制作完成， 见图4。目前该工艺常用的原材料有铸造砂、 陶瓷粉等。根据成型材料及成型工艺不同， 所喷涂的液体材料也不同。有的 直接将粘结剂喷涂在粉末材料上， 如在陶瓷粉末上喷涂硅溶胶； 也有将粘结 剂喷涂在预先混制固化剂的铸造砂粉末上完成固化； 还有将树脂及固化剂分 两次喷涂在铸造砂粉末上以完成固化。
《消失模铸造简介》课件
清理处理
对铸件表面进行清理，去除多余的砂粒和杂物，进行后续加 工处理。
03
消失模铸造材料选择
铸铁
灰铸铁
具有良好的铸造性能和切削加工性能 ，广泛应用于汽车、拖拉机、机床等 机械制造业。
球墨铸铁
具有较高的强度和塑性，适用于制造 受力较复杂、要求承受冲击、耐磨损 的零件。
铸钢
碳素铸钢
具有良好的韧性和塑性，适用于制造要求承受较大载荷和冲击的零件。
未来发展趋势
技术进步
随着技术的不断进步，消失模铸造工艺 将更加成熟，生产效率更高，成本更低
。
智能化发展
随着智能化技术的不断发展，消失模 铸造工艺将逐步实现智能化生产，提
高生产效率和产品质量。
环保要求提高
随着环保要求的不断提高，消失模铸 造工艺将更加注重环保方面的研究和 改进。
应用领域拓展
随着消失模铸造工艺的不断完善和应 用领域的拓展，该工艺将在更多领域 得到应用和推广。
优势分析
高效节能
消失模铸造工艺能够显 著提高生产效率，减少 能源消耗，降低生产成
本。
轻量化设计
由于该工艺能够实现近 净成形，因此可以减少 后续加工量，降统铸造方法难以 实现的复杂结构，提高
产品性能。
环保
该工艺减少了废砂、废 渣的产生，降低了对环
境的污染。
由于塑料泡沫模型在高温下气化消失，不 会对金属零件产生任何残留，因此可以获 得高精度的金属零件。
适用范围广
低成本
消失模铸造技术可以应用于各种金属材料 ，如铸铁、铸钢、铝合金等，适用于生产 各种复杂形状的金属零件。
消失模铸造技术可以大幅度减少材料浪费 和加工成本，提高了经济效益。
消失模铸造的应用领域
对铸件表面进行清理，去除多余的砂粒和杂物，进行后续加 工处理。
03
消失模铸造材料选择
铸铁
灰铸铁
具有良好的铸造性能和切削加工性能 ，广泛应用于汽车、拖拉机、机床等 机械制造业。
球墨铸铁
具有较高的强度和塑性，适用于制造 受力较复杂、要求承受冲击、耐磨损 的零件。
铸钢
碳素铸钢
具有良好的韧性和塑性，适用于制造要求承受较大载荷和冲击的零件。
未来发展趋势
技术进步
随着技术的不断进步，消失模铸造工艺 将更加成熟，生产效率更高，成本更低
。
智能化发展
随着智能化技术的不断发展，消失模 铸造工艺将逐步实现智能化生产，提
高生产效率和产品质量。
环保要求提高
随着环保要求的不断提高，消失模铸 造工艺将更加注重环保方面的研究和 改进。
应用领域拓展
随着消失模铸造工艺的不断完善和应 用领域的拓展，该工艺将在更多领域 得到应用和推广。
优势分析
高效节能
消失模铸造工艺能够显 著提高生产效率，减少 能源消耗，降低生产成
本。
轻量化设计
由于该工艺能够实现近 净成形，因此可以减少 后续加工量，降统铸造方法难以 实现的复杂结构，提高
产品性能。
环保
该工艺减少了废砂、废 渣的产生，降低了对环
境的污染。
由于塑料泡沫模型在高温下气化消失，不 会对金属零件产生任何残留，因此可以获 得高精度的金属零件。
适用范围广
低成本
消失模铸造技术可以应用于各种金属材料 ，如铸铁、铸钢、铝合金等，适用于生产 各种复杂形状的金属零件。
消失模铸造技术可以大幅度减少材料浪费 和加工成本，提高了经济效益。
消失模铸造的应用领域
铸造培训PPT课件课件
态度，不断提升自己的专业技能和创新能力，以适应行业发展的需求。
02
关注行业动态与发展趋势
个人需要关注铸造行业的最新动态和发展趋势，了解新技术、新工艺和
新材料的应用情况，以便及时调整自己的职业规划和发展方向。
03
培养跨学科综合能力
未来铸造行业将更加注重跨学科综合能力的培养，个人需要注重学习机
械、材料、计算机等相关学科知识，提高自己的综合素质和竞争力。
03
铸造工艺与操作
熔炼工艺与操作
01
02
03
04
熔炼设备选择
根据生产需求选择适当的熔炼 设备，如电弧炉、感应电炉等
。
熔炼材料准备
准备好所需金属原料、熔剂、 燃料等，并进行预处理。
熔炼过程控制
控制熔炼温度、时间、气氛等 参数，确保金属液质量。
熔炼安全操作
遵守安全操作规程，注意防火 、防爆、防烫伤等。
绿色环保与可持续发展
环保意识的提高将促使铸造行业朝着更加绿色环保的方向 发展，采用低污染、低能耗的生产工艺和材料，推动行业 可持续发展。
个性化定制与柔性生产
市场需求的多样化将促使铸造企业向个性化定制和柔性生 产方向转型，以满足客户多样化的需求。
对个人职业发展的建议和思考
01
持续学习与创新
随着技术的不断进步和市场需求的不断变化，个人需要保持持续学习的
铸造培训ppt课件
contents
目录
• 铸造基础知识 • 铸造设备与工具 • 铸造工艺与操作 • 铸造缺陷分析与防止措施 • 铸造安全与环保要求 • 总结与展望
01
铸造基础知识
铸造定义与分类
铸造定义
铸造是一种通过熔化金属或非金 属材料，并将其倒入模具中冷却 凝固，从而获得所需形状和性能 的工件的制造方法。
数字化无模铸造精密成型技术
四、无模铸造工艺流程
无模铸造工艺是一个包含CAD/CAM、数控、材料、喷射、工艺参数设置及 后处理的集成制造过程，可概括为以下几个过程： (1)前处理过程：首先规划和设计铸型，即确定工艺参数、选取最优加工方向、 设计浇注系统等，将产品/零件的CAD模型转换成铸型的CAD模型。然后由铸 型CAD数据得到分层截面轮廓数据，再以层面信息产生控制信息。 (2)造型过程：原砂存储及铺砂机构将原砂均匀铺撒在砂箱表面并由压滚压实， 喷射装置将树脂和固化剂喷射在每一层铺好压实的型砂上，粘结剂与催化剂 发生胶联反应，粘接剂和催化剂共同作用的地方型砂被固化在一起，其他地 方型砂仍为颗粒态干砂。固化完一层后再粘接下一层，所有层面粘接完之后 就可以得到一个三维实体铸型。 (3)后处理过程：清理出铸型中间未固化的干砂就可以得到一个有一定壁厚的铸 型，在砂型的内表面涂敷或浸渍涂料。
低
约叁拾万元左右
专业技能要求普通， 专业技能要Fra bibliotek普通，培训一周即可进行操作
专业技能要求高， 专业技能要求高，一般有一定工作经验才能独立工作
工艺 和 制造 特性
1、无需模具，铸型一次成形。 、无需模具，铸型一次成形。 2、可实现一体化造型，减少设计约束和机加工量， 、可实现一体化造型，减少设计约束和机加工量， 铸件尺寸精度易控制。 铸件尺寸精度易控制。 3、型、芯同时成型，提高定位精度。 芯同时成型，提高定位精度。 、 4、无需拔模斜度，减轻铸件重量。 、无需拔模斜度，减轻铸件重量。 5、可以制作任意形状的铸件，尤其是制作复杂以 、可以制作任意形状的铸件， 及含有自由曲面的铸件，而且精度高。 及含有自由曲面的铸件，而且精度高。 6、完美体现设计者意图，提高发动机的效率。 、完美体现设计者意图，提高发动机的效率。 7、设计有问题修改三维图即可重新制作。 、设计有问题修改三维图即可重新制作。
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1.喷嘴 2.固定装置 3.气管 4.阀门 5.气泵 6.加工主轴 7.刀头
图14 铸造成形机排砂流程图
四喷嘴排砂洗尘系统
通过建立四喷嘴模型，利用Fluent 流体软件对其进行初步的模拟仿真，得 到四喷嘴对吹机构可以产生沿刀具一股 竖直向下的气流，此气流可以有效的排 出正在加工砂型中的深孔或窄槽中的废 砂。通过数值模拟与实验对比研究分析， 喷嘴的偏置距离为刀具的半径时，为喷 嘴最佳的偏置距离、喷嘴的角度为60°、 距离在64mm~80mm 之间时，气流的 能量损失最少、流速最大，对排除深孔、 窄槽中的废砂最为有利，得到最佳的喷 嘴布局设计。
德国AcTech 公司无模铸型制造技术
根据国内外文献资料检索，目前德国 的AcTech 公司研发了该项技术，并且 该公司于1998年申请了关于“直接制 造用于金属铸件的消失模铸型的设备 及方法”的专利，并于1999在整个欧 洲范围内申请了专利。此外，该公司 还在日本、美国和加拿大申请了相关 专利。目前AcTech 公司有2台用于直 接加工铸型的设备，其可加工的最大 外形尺寸达2.4米，该设备可用于加工 大型的车身结构、批量生产的压铸模 等。AcTech公司通常接到客户提供的 三维CAD 数据后，根据铸件尺寸和复 杂程度的不同，在3周时间内即可为顾 客提供1-5个铸件。如图9为该公司的 数控铣床在砂坯上直接加工铸型的过 程，图10为直接加工出的铸型。
研制专门的长寿命刀具 高速旋转的刀具加工砂型易磨损或崩刃
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气动排砂工艺 加工的废砂如何及时清除
空心立铣刀的气动排砂原理
空心立铣刀的气动排砂原理如图11 所示，空气压缩机将高压气体输送到密 封腔内部，高压气体先进入转换刀柄的 十字交叉孔，然后进入转换刀柄与立铣 刀相连的一端通孔，接着进入立铣刀内 部，从立铣刀的切削刃附近的小孔喷出， 喷出的高压气体将刀具周围的废砂吹开 或排出型腔。 在型腔内部，气体压力从底部到顶 部逐渐减小，气体流速从大逐渐减小， 并且型腔出口风速及流场平均风速大于 3.3m/s。在此压力供给调节下，将会浪 费气体资源。当型腔出口平均风速大于 等于3.3m/s时，就能保证型腔内的气体 风速达到气动排砂的要求，而不必供给 过高压力的气体。
激光烧结技术
目前，SLS直接砂型制造的方法有 两种，直接烧结工艺和间接烧结工艺。 2003年新加坡国立大学对硅砂的直接 烧结工艺进行研究，提出由于硅砂中少 量Al2O3的存在可降低砂粒表面的熔点， 因此无需粘结剂即可烧结的观点。此方 法激光功率在140～200W之间，但成 形速度较慢，制造周期较长，且它对设 备要求高，因此未得到广泛地应用。目 前普遍采用的是间接烧结工艺，即烧结 表面覆有热塑性粘结剂的覆膜砂，酚醛 树脂的固化温度不高，激光功率只要求 在25～100W内。完成的砂型（芯）强 度较低，需经过进一步的后固化处理， 其固化温度一般控制在200～280℃。
图5 ProMetal RCT技术打印的砂型
直接壳型铸造工艺(DSPC)
美国Soligen 公司根据3DP 原理开发 的直接壳型铸造工艺(DSPC)，该技术使用 陶瓷粉末为造型材料，粘接材料选用硅溶 胶。由于陶瓷粉末颗粒尺寸在75～150 m 之间，所以DSPC 工艺造型的表面质量较 高，但这种硅酸盐水溶液分层粘接起来的 陶瓷铸型强度较低，必须经过焙烧之后才 能用于浇注金属，如果是大型铸件的铸型 就需要价格高昂、体积庞大的加热设备， 所以DSPC 工艺不适合大中型铸件的生产。 图6为采用该工艺制造的铸型铸型制造技术
由于数控技术的快速发展，基于 去除原理的快速加工制造技术在机械 工业中得到快速应用。目前已经广泛 应用于零件加工、模具制造中，然而 工业发达国家目前将数控加工技术应 用于制造铸型，是传统铸造工业的重 大变革。在CAD模型驱动下，直接采 用数控机床加工砂型，获得浇注的铸 型，不需要传统的铸造模样，不仅制 造速度快，而且精度高。由于在封闭 环境中加工，成形过程中的废弃物如 粉尘、废气、废渣等可以得到回收。
图9 数控铣床直接加工铸型的过程
图10 直接加工出的铸型
三种常用无模铸造制造工艺比较
对于数控铣削类无模铸造本身，
1
2 3 4
复杂薄壁砂型加工易出现坍塌 在浇注过程中采用负压系统，真空分配器 通过耐高温橡胶软管接通负压砂箱，使砂 箱内的型砂紧实，来实现在稳定的负压场 加工表面粗糙度大 下完成液体的浇铸。 刀具高速运转时如何给刀头降温
图12 普通立铣刀的排砂效果
图13 空心立铣刀的排砂效果
四喷嘴排砂洗尘系统
这种技术特别适用于深孔和窄槽加 工时，即采用一种高压喷嘴吹除的方式。 研究的排砂的实验流程如图14所示。 砂型切削排砂通过气泵5来提供气源， 通过气管3与节流阀4输送到安装在机床 刀具7附近的喷嘴1处，由于喷嘴的出口 面积很小，同样的压强造成出口的流速 急剧增大，足以将刀具附近的废砂及时 排除，使其不影响加工。
无模铸型的数字化快速制造技术是近来国内外在近净成形技术方面研究的新 热点，它是建立在新材料、机电一体化、计算机技术、自动化技术、数值分析和 模拟技术等多学科高新技术成果基础上，改造了传统的毛坯成形技术，为单件小 批量零件的快速制造提供解决方案。 数字化快速铸造技术将是装备行业快速铸件制造技术的发展方向。目前无模 铸型的数字化快速制造主要包括离散堆积成形技术和去除加工成形技术。
数控铣削铸造工艺等
离散堆积 成形技术
选择性激光烧结铸型 制造工艺（SLS）、 3D打印工艺等
去除加工 成形技术
基于离散堆积原理的无模铸型制造技术近年来取得一定进展， 通过以铸造用的陶瓷粉末或型砂为原料，在CAD 模型驱动下通过 快速成形机，可以直接制成铸造用的型壳。在CAD 环境中，直接 将零件模型转换为壳型，再配以浇冒口系统。型壳的厚度可取5～ 10mm，烧结或粘接过程中，非零件部分进行烧结或粘接，零件部 分仍是粉末。造型完成后将粉末倒出，再经固化处理就获得铸造用 的型壳。用此方法，省去传统精密铸造过程中蜡型、泡沫塑料模、 木模的制作等多种工艺过程，是传统铸造过程的重大变革。
基于离散堆积原理的无模铸型制造技术
轮廓扫描喷射固化工艺
这是将快速成形理论引进到树脂砂造型工艺中，采用轮廓扫描喷射 固化工艺，实现了无模型铸型的快速制造。该工艺由清华大学研制成功， 并推出商品化机型。该工艺采用传统树脂砂工艺中的水洗砂、树脂和固 化剂，原材料的准备过程与传统工艺相同，与以上工艺相比无需单独制 备原材料，且成本低廉，铸型强度高，无需特殊的后处理，尤其适合制 造大中型铸件。但该工艺对树脂砂的用量较大，粘结剂成份高，进而导 致加工精度不高，且加工获得的铸型透气性差，不适于对透气性要求高 的大型铸件的制造。
数字化无模铸造技术
——吴智洲
目录
无模铸造的背景意义 无模铸造技术简介
无模铸造与传统造型的对比
无模铸造的应用
传统的手工砂箱造型
传统的手工砂型铸造是指用型砂紧实成铸型并用重力浇 注的铸造方法。钢、铁和大多数有色合金铸件都可用砂型铸 造方法获得。
图1 传统的手工砂型铸造
随着汽车、机床等现今制造业技术的高速进步，以及核电、航空航 天、国防军工等重大装备和重大工程的实施，铸造产品发展的趋势要求 更好的综合性能，更高的精度，更少的余量，更好的表面质量，更复杂 的结构。同时，节能降耗、减少污染也是现代制造业的迫切要求。 反观传统铸造工艺，为了达到要求，木模、金属模等的制作过程耗 时耗力，动辄以月为单位的开发周期，拖了制造后腿。 铸造生产中，砂型铸造应 用最广泛，世界上大约80%的 铸件都采用木模、金属模等进 行砂型铸造。 目前，我国有3 万多家的 铸造企业，2011 年我国铸件 年产量超过了4000 万吨，消 耗了大量木材和金属。 进步，从不要木模开始。
1.转换刀柄 2.密封腔 3.螺母 4.空心的立铣刀 5.密封静环 6.密封动环 7.砂型工件 图11 空心立铣刀的气动排屑原理
空心立铣刀的气动排砂效果
采用普通立铣刀加工圆孔的过程如图12所示，采用时时气动排砂的空心立 铣刀加工圆孔的过程，如图13所示。在保证气体压力的条件下，空心立铣 刀排屑效果非常好。随着加工深度的增加，型腔中的砂屑并没有不断累积。 在普通立铣刀与空心立铣刀完成孔加工之后，随着加工深度的增加，砂屑在 普通立铣刀加工的型腔内逐渐积累，以致100mm深的孔无法完成加工。
图6 直接壳型制造的铸型
GS(Generis sand)工艺
德国Generis 公司开发，其工艺路线是将砂粒铺平之后，先用多通 道喷头向砂床均匀喷洒树脂，然后由一个喷头依据轮廓路径喷射催化剂， 催化剂遇树脂后发生胶联反应，使铸型层层固化堆积成形。该工艺砂箱 尺寸可达1500×750×750mm，分层厚度可达0.3mm，可用于制造大 中型铸型，但其缺点是十分明显的，由于树脂喷洒在整个砂床表面，铸 型制作完毕后是在含有树脂的砂包围之中，这样给后续取砂型时清砂带 来困难，需特殊处理工序，同时也影响了砂型的精度和表面质量。
图4 三维打印工艺示意图
3D打印技术
使用陶瓷粉为原材料制作的陶瓷型 经过二次焙烧固化后， 可结合陶瓷型精 铸工艺进行铸件生产。使用铸造砂为原 材料制作的砂型， 可直接用于铸件组芯 工艺铸造。 ExOne公司的ProMetal RCT技术是 一种专门制作铸造砂型的3DP技术，其成 形材料为树脂砂，其型砂多为硅砂、合 成砂及其他的铸造介质。成形件（砂型） 不需要特别的后处理工序，进行清扫后 就可以用于铸造生产。ProMetal RCT技 术的工作空间达到1800mm×1000mm ×700mm，层厚为0.28~0.50mm，打印 速度为59400~108000cm3/h，可用于 大型铸型的制造。ProMetal RCT技术打 印的砂型见图5。
DMM(Direct Mould Milling)工艺
DMM工艺就是采用5轴数控铣直接切削出铸造用铸型，尤其是大 型铸件，但不适合于形状复杂的铸件。图7为设备加工过程示意，图8为 加工出的铸型。
图7 DMM 加工铸型示意
图14 铸造成形机排砂流程图
四喷嘴排砂洗尘系统
通过建立四喷嘴模型，利用Fluent 流体软件对其进行初步的模拟仿真，得 到四喷嘴对吹机构可以产生沿刀具一股 竖直向下的气流，此气流可以有效的排 出正在加工砂型中的深孔或窄槽中的废 砂。通过数值模拟与实验对比研究分析， 喷嘴的偏置距离为刀具的半径时，为喷 嘴最佳的偏置距离、喷嘴的角度为60°、 距离在64mm~80mm 之间时，气流的 能量损失最少、流速最大，对排除深孔、 窄槽中的废砂最为有利，得到最佳的喷 嘴布局设计。
德国AcTech 公司无模铸型制造技术
根据国内外文献资料检索，目前德国 的AcTech 公司研发了该项技术，并且 该公司于1998年申请了关于“直接制 造用于金属铸件的消失模铸型的设备 及方法”的专利，并于1999在整个欧 洲范围内申请了专利。此外，该公司 还在日本、美国和加拿大申请了相关 专利。目前AcTech 公司有2台用于直 接加工铸型的设备，其可加工的最大 外形尺寸达2.4米，该设备可用于加工 大型的车身结构、批量生产的压铸模 等。AcTech公司通常接到客户提供的 三维CAD 数据后，根据铸件尺寸和复 杂程度的不同，在3周时间内即可为顾 客提供1-5个铸件。如图9为该公司的 数控铣床在砂坯上直接加工铸型的过 程，图10为直接加工出的铸型。
研制专门的长寿命刀具 高速旋转的刀具加工砂型易磨损或崩刃
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气动排砂工艺 加工的废砂如何及时清除
空心立铣刀的气动排砂原理
空心立铣刀的气动排砂原理如图11 所示，空气压缩机将高压气体输送到密 封腔内部，高压气体先进入转换刀柄的 十字交叉孔，然后进入转换刀柄与立铣 刀相连的一端通孔，接着进入立铣刀内 部，从立铣刀的切削刃附近的小孔喷出， 喷出的高压气体将刀具周围的废砂吹开 或排出型腔。 在型腔内部，气体压力从底部到顶 部逐渐减小，气体流速从大逐渐减小， 并且型腔出口风速及流场平均风速大于 3.3m/s。在此压力供给调节下，将会浪 费气体资源。当型腔出口平均风速大于 等于3.3m/s时，就能保证型腔内的气体 风速达到气动排砂的要求，而不必供给 过高压力的气体。
激光烧结技术
目前，SLS直接砂型制造的方法有 两种，直接烧结工艺和间接烧结工艺。 2003年新加坡国立大学对硅砂的直接 烧结工艺进行研究，提出由于硅砂中少 量Al2O3的存在可降低砂粒表面的熔点， 因此无需粘结剂即可烧结的观点。此方 法激光功率在140～200W之间，但成 形速度较慢，制造周期较长，且它对设 备要求高，因此未得到广泛地应用。目 前普遍采用的是间接烧结工艺，即烧结 表面覆有热塑性粘结剂的覆膜砂，酚醛 树脂的固化温度不高，激光功率只要求 在25～100W内。完成的砂型（芯）强 度较低，需经过进一步的后固化处理， 其固化温度一般控制在200～280℃。
图5 ProMetal RCT技术打印的砂型
直接壳型铸造工艺(DSPC)
美国Soligen 公司根据3DP 原理开发 的直接壳型铸造工艺(DSPC)，该技术使用 陶瓷粉末为造型材料，粘接材料选用硅溶 胶。由于陶瓷粉末颗粒尺寸在75～150 m 之间，所以DSPC 工艺造型的表面质量较 高，但这种硅酸盐水溶液分层粘接起来的 陶瓷铸型强度较低，必须经过焙烧之后才 能用于浇注金属，如果是大型铸件的铸型 就需要价格高昂、体积庞大的加热设备， 所以DSPC 工艺不适合大中型铸件的生产。 图6为采用该工艺制造的铸型铸型制造技术
由于数控技术的快速发展，基于 去除原理的快速加工制造技术在机械 工业中得到快速应用。目前已经广泛 应用于零件加工、模具制造中，然而 工业发达国家目前将数控加工技术应 用于制造铸型，是传统铸造工业的重 大变革。在CAD模型驱动下，直接采 用数控机床加工砂型，获得浇注的铸 型，不需要传统的铸造模样，不仅制 造速度快，而且精度高。由于在封闭 环境中加工，成形过程中的废弃物如 粉尘、废气、废渣等可以得到回收。
图9 数控铣床直接加工铸型的过程
图10 直接加工出的铸型
三种常用无模铸造制造工艺比较
对于数控铣削类无模铸造本身，
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复杂薄壁砂型加工易出现坍塌 在浇注过程中采用负压系统，真空分配器 通过耐高温橡胶软管接通负压砂箱，使砂 箱内的型砂紧实，来实现在稳定的负压场 加工表面粗糙度大 下完成液体的浇铸。 刀具高速运转时如何给刀头降温
图12 普通立铣刀的排砂效果
图13 空心立铣刀的排砂效果
四喷嘴排砂洗尘系统
这种技术特别适用于深孔和窄槽加 工时，即采用一种高压喷嘴吹除的方式。 研究的排砂的实验流程如图14所示。 砂型切削排砂通过气泵5来提供气源， 通过气管3与节流阀4输送到安装在机床 刀具7附近的喷嘴1处，由于喷嘴的出口 面积很小，同样的压强造成出口的流速 急剧增大，足以将刀具附近的废砂及时 排除，使其不影响加工。
无模铸型的数字化快速制造技术是近来国内外在近净成形技术方面研究的新 热点，它是建立在新材料、机电一体化、计算机技术、自动化技术、数值分析和 模拟技术等多学科高新技术成果基础上，改造了传统的毛坯成形技术，为单件小 批量零件的快速制造提供解决方案。 数字化快速铸造技术将是装备行业快速铸件制造技术的发展方向。目前无模 铸型的数字化快速制造主要包括离散堆积成形技术和去除加工成形技术。
数控铣削铸造工艺等
离散堆积 成形技术
选择性激光烧结铸型 制造工艺（SLS）、 3D打印工艺等
去除加工 成形技术
基于离散堆积原理的无模铸型制造技术近年来取得一定进展， 通过以铸造用的陶瓷粉末或型砂为原料，在CAD 模型驱动下通过 快速成形机，可以直接制成铸造用的型壳。在CAD 环境中，直接 将零件模型转换为壳型，再配以浇冒口系统。型壳的厚度可取5～ 10mm，烧结或粘接过程中，非零件部分进行烧结或粘接，零件部 分仍是粉末。造型完成后将粉末倒出，再经固化处理就获得铸造用 的型壳。用此方法，省去传统精密铸造过程中蜡型、泡沫塑料模、 木模的制作等多种工艺过程，是传统铸造过程的重大变革。
基于离散堆积原理的无模铸型制造技术
轮廓扫描喷射固化工艺
这是将快速成形理论引进到树脂砂造型工艺中，采用轮廓扫描喷射 固化工艺，实现了无模型铸型的快速制造。该工艺由清华大学研制成功， 并推出商品化机型。该工艺采用传统树脂砂工艺中的水洗砂、树脂和固 化剂，原材料的准备过程与传统工艺相同，与以上工艺相比无需单独制 备原材料，且成本低廉，铸型强度高，无需特殊的后处理，尤其适合制 造大中型铸件。但该工艺对树脂砂的用量较大，粘结剂成份高，进而导 致加工精度不高，且加工获得的铸型透气性差，不适于对透气性要求高 的大型铸件的制造。
数字化无模铸造技术
——吴智洲
目录
无模铸造的背景意义 无模铸造技术简介
无模铸造与传统造型的对比
无模铸造的应用
传统的手工砂箱造型
传统的手工砂型铸造是指用型砂紧实成铸型并用重力浇 注的铸造方法。钢、铁和大多数有色合金铸件都可用砂型铸 造方法获得。
图1 传统的手工砂型铸造
随着汽车、机床等现今制造业技术的高速进步，以及核电、航空航 天、国防军工等重大装备和重大工程的实施，铸造产品发展的趋势要求 更好的综合性能，更高的精度，更少的余量，更好的表面质量，更复杂 的结构。同时，节能降耗、减少污染也是现代制造业的迫切要求。 反观传统铸造工艺，为了达到要求，木模、金属模等的制作过程耗 时耗力，动辄以月为单位的开发周期，拖了制造后腿。 铸造生产中，砂型铸造应 用最广泛，世界上大约80%的 铸件都采用木模、金属模等进 行砂型铸造。 目前，我国有3 万多家的 铸造企业，2011 年我国铸件 年产量超过了4000 万吨，消 耗了大量木材和金属。 进步，从不要木模开始。
1.转换刀柄 2.密封腔 3.螺母 4.空心的立铣刀 5.密封静环 6.密封动环 7.砂型工件 图11 空心立铣刀的气动排屑原理
空心立铣刀的气动排砂效果
采用普通立铣刀加工圆孔的过程如图12所示，采用时时气动排砂的空心立 铣刀加工圆孔的过程，如图13所示。在保证气体压力的条件下，空心立铣 刀排屑效果非常好。随着加工深度的增加，型腔中的砂屑并没有不断累积。 在普通立铣刀与空心立铣刀完成孔加工之后，随着加工深度的增加，砂屑在 普通立铣刀加工的型腔内逐渐积累，以致100mm深的孔无法完成加工。
图6 直接壳型制造的铸型
GS(Generis sand)工艺
德国Generis 公司开发，其工艺路线是将砂粒铺平之后，先用多通 道喷头向砂床均匀喷洒树脂，然后由一个喷头依据轮廓路径喷射催化剂， 催化剂遇树脂后发生胶联反应，使铸型层层固化堆积成形。该工艺砂箱 尺寸可达1500×750×750mm，分层厚度可达0.3mm，可用于制造大 中型铸型，但其缺点是十分明显的，由于树脂喷洒在整个砂床表面，铸 型制作完毕后是在含有树脂的砂包围之中，这样给后续取砂型时清砂带 来困难，需特殊处理工序，同时也影响了砂型的精度和表面质量。
图4 三维打印工艺示意图
3D打印技术
使用陶瓷粉为原材料制作的陶瓷型 经过二次焙烧固化后， 可结合陶瓷型精 铸工艺进行铸件生产。使用铸造砂为原 材料制作的砂型， 可直接用于铸件组芯 工艺铸造。 ExOne公司的ProMetal RCT技术是 一种专门制作铸造砂型的3DP技术，其成 形材料为树脂砂，其型砂多为硅砂、合 成砂及其他的铸造介质。成形件（砂型） 不需要特别的后处理工序，进行清扫后 就可以用于铸造生产。ProMetal RCT技 术的工作空间达到1800mm×1000mm ×700mm，层厚为0.28~0.50mm，打印 速度为59400~108000cm3/h，可用于 大型铸型的制造。ProMetal RCT技术打 印的砂型见图5。
DMM(Direct Mould Milling)工艺
DMM工艺就是采用5轴数控铣直接切削出铸造用铸型，尤其是大 型铸件，但不适合于形状复杂的铸件。图7为设备加工过程示意，图8为 加工出的铸型。
图7 DMM 加工铸型示意