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计算机技术与熔模精细铸造

摘要：本文概述了计算机技术在熔模精细铸造中的应用，包括铸件结构设
计、工艺制定、压型、熔模、型壳及型芯制造等的最新成果，展望了计算机技
术对未来精铸业带来的强健变革。

关键词：计算机精细铸造压型

熔模精细铸造生产具有许多优点，但其同时具有工序多，工艺过程繁复，
生产周期长，影响铸件质量的因素较多的缺点，在一定程度上制约了精细铸造
的应用和发展。随着计算机技术的快速发展，计算机技术在精铸中的应用，从
精铸件的结构设计、工艺制定到压型设计与制造、蜡模成型、型壳制造、型芯
的制造等，给精铸件的生产带来了强健变革。

1.计算机技术数值模拟技术在熔模精铸件结构设计及工艺制定中的应用熔模
铸件向更轻、薄及精整化方向发展，近年来提出了净形或近净形化铸造，以发
挥熔模铸造的优势，满足现代工业对高质量零件的需求。这就要求熔模精铸件
的结构更加合理，制定的工艺方案更加优化，对精铸技术提出了越来越高的要
求。

传统的精铸件生产工艺，包括以下5个步骤：

（1）铸件用户给铸造厂下达设计蓝图；

（2）铸造厂作预算并从利于生产和降低成本的角度对设计提出改进意见；
（3）铸造厂设计铸造工艺装备；

（4）铸造厂向模具车间或造型车间下达工装图纸；

（5）浇注铸件，铸件检验。

在铸件结构设计、压型设计、注蜡工艺参数制定、浇注系统等过程，传统
的生产主要依靠工程技术人员的实际工作经验，缺乏科学的理论依据。特别对
于繁复件和严重件，生产中往往要反复地修改铸件结构、压型或铸造工艺方案
来达到最终的技术要求，计算机具有强健的计算能力和图形处理能力，能将数
值分析技术、数据库技术、可视化技术结合经典传热、流动和凝固理论，通过

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模拟铸件充型、凝固及冷却，分析精细铸造过程的流场、温度场和应力场，预
测铸件组织和许多铸造缺陷如冷隔、缩孔、热裂和变形等。因此可以通过并行
工程，利用计算机技术对铸件的结构工艺性、铸造工艺进行模拟，为技术人员
设计较合理的铸件结构和确定合理的工艺方案提供了有用的依据，从而避免传
统的依靠经验进行结构设计和工艺制定的盲目性，可以缩短生产准备周期，节
约试制成本。数值模拟过程见示意图1。

2．快速样件制造技术在压型及熔模制造中的应用

快速样件制造技术的出现，使压型和熔模的制造周期大大缩短。所谓快速
样件制造就是首先在计算机上，形成熔模铸件的三维CAD数据文件，将之沿高
度方向切割成许多薄片，然后按次序制造和组合，最终形成一个立体形状的制
品。

（1）用快速样件成型方法制造压型

根据成型方法，将快速样件成型方法制造压型可分为两种：一种是先用快
速样件制作方法制成树脂或蜡质母模（原型），再用它来翻制环氧树脂或硅橡
胶压型。

此法生产压型可以满足小批量精铸件生产。如在SLA法制作的塑料母模表
面喷涂约2mm厚的金属层，并在其后部充填环氧树脂制成金属-环氧树脂复合
压型，可以满足数百件批量的精铸件生产。

另一种方法是根据CAD系统生产的压型型块几何模型，直接由SLA、SLS等
法制成树脂压型。SLS法制造压型是将加工对象由树脂粉末换成表面带一薄层热
固性树脂的钢粉，经激光烧结后，粘结成压型，然后再焙烧制品，将树脂烧
掉，最后以铜液渗入，就可获得与金属性能相似的压型。

（2）快速样件成型方法制造熔模

表1列举的快速样件成型方法-SLA法、SLS法、FDM法和LOM法，均可用
于快速制造熔模。使用SLS法和FDM法制作的蜡模，可以直接用于精铸件生产
用的熔模；LOM法生产的纸制品，需对其外表面喷涂聚氨酯后，方可作为“熔模
“进行制壳，或直接将纸制品外涂挂陶瓷型壳，而后将纸模烧掉。SLA法是用新

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型树脂生产树脂模样，将未固化的树脂倒出，而形成中空模样，硬化后，用蜡
将树脂排出口密封，然后装上蜡质浇注系统，就可制壳了。

表1快速样件制造方法的比较

特点

熔融堆积法(FDM)

立体平板印刷法(SLA)

选择激光烧结法(SLS)

层合物制造法(LOM)

工艺原理

热塑性材料熔融,从活动口挤出,冷却固化成层堆积UV光固化液态光敏树脂
激光加热烧结铺展的热塑性材料粉末激光切割片材层,粘合.

能源

挤出头加热器激光器或UV灯或光纤CO2激光器CO2激光器

原材料

热塑性材料

液态光敏树脂

热塑性材料粉末

胶粘衬底片材

目前常用材料

ABS树脂、尼龙、蜡

专用光聚合树脂

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树脂粉、蜡粉

纸

层厚（um）

最小：50

大凡：127-254

最小：50

大凡：127-254

最小：60

大凡：127

最小：94

大凡：188

制品尺寸精度（mm）

±0.127±0.1-0.2±0.2±0.1

3．DSPC法直接