（转自：《铸造装备》杂志，作者：中国一拖集团有限公司蔡安克等，本文为国家863计划支撑。未经许可，请勿转载。）
　　摘要：快速成型技术是集计算机辅助设计、数控技术、精密机械、电子技术、激光技术以及材料科学于一体的跨多学科领域的新型制造技术。在农机零部件的开发制造过程中，快速成型技术能够结合农机零部件铸型尺寸大、结构复杂的特点，通过铸件三维模型剖分、分块加工、坎合组装浇注等工艺技术，快速完成单件、小批量新产品的试制。在制造过程中，利用无模数字化快速成型机及激光烧结机，可加工出任意复杂形状的造型，大幅缩短复杂铸件的开发周期，对促进企业产品创新、降低新产品研发成本、提高产品竞争力具有重大的意义。
　　关键词：快速成型技术；三维模型；铸型
　　1. 概述
　　近年来，随着全球市场一体化的形成，制造业的竞争愈演愈烈。目前，中国农机产品从研制到批量投产，有时需要几个月甚至几年的时间，这在当前激烈的市场竞争中明显处于劣势。传统的零件制造过程往往需要车、钳、铣、磨等多种机加工设备和各种夹具、刀具、模具，制造成本高，周期长，对于一个比较复杂的零件，其加工周期甚至以月计，很难适应低成本、高效率的加工要求。因此，制造企业要想在21世纪求得生存和发展，就必须面对这一新的形势，不断研究或引进新的技术。
　　快速成型技术，是集计算机辅助设计、数控技术、精密机械、电子技术、激光技术以及材料科学于一体的跨多学科领域的新型制造技术。快速成型制造技术可以在无需准备任何模具、刀具和工装卡具的情况下，直接接受产品设计（三维）数据，快速制造出新产品的样件、模具或模型，以进行对产品设计的快速评估、实验、修改和生产，以满足市场的急需和提高企业竞争力。因此，快速成型技术的应用可以大大缩短新产品开发周期、降低开发成本、提高开发质量。
　　本文主要针对农机新产品开发过程中单件、小批量的快速试制，结合农机零部件铸型尺寸大、结构复杂的特点，研究大型复杂农机零部件铸型三维模型剖分、分块加工、再组装浇注的快速制造工艺。实现砂芯和直接加工铸型的联合造型浇注，加工的砂型与砂芯的定位、分型，组合装配、浇注等技术，大幅缩短产品的开发周期，并满足大型、复杂零件的铸造形状和精度要求。
　　2. 快速制造的基本工艺流程
　　根据国内外快速制造技术的研究成果及应用经验，本实验设计采用“选择性激光烧结”和“铸型数字化加工”相结合的方法，根据零件的三维模型数据，迅速而精确地制造出该零件其工艺流程如图1所示。
　　图1 薄壁壳体件的快速成型技术工艺路线
　　在快速制造过程中，根据快速制造各种工艺方法，结合农机产品的特点，如壳体、发动机缸体、缸盖等关键零部件砂型铸造毛坯（这些零件毛坯的共同点：毛坯外部形状基本不影响起模，但内腔形状比较复杂，砂芯制造，需要复杂的芯盒模具），采取铸型数控加工设备进行加工，含有复杂的空间曲面的砂芯，采取激光烧结快速制造系统进行烧结。
　　3. 两种薄壁壳体的快速制造
　　传动箱，是一种支承和包容各种传动机构的箱形零件，具有密封、防尘、隔热、隔音、储存润滑油和防护功能。农机用传动箱体零件较为复杂，内部为空腔，外形不规则，开发试制周期较长。现以公司设计的新型传动箱为例，介绍采用快速成型技术进行农机制造的主要工艺过程。
　　根据传动箱的零件图，基于三维软件进行三维实体建模，如图2所示。该传动箱壳体分为两个系统，分别为变速箱壳体1与后桥壳体2，外形尺寸分别为685×394×364mm和556×400×364mm，最薄壁厚7mm，铸件质量分别约为60Kg和66Kg。
　　图2 传动箱壳体三维模型
　　根据铸造工艺参数，结合快速成型设备的工况条件和加工尺寸的边界条件，分别对两种薄壁壳体铸件的浇注工艺和分模工艺进行设计，由于两种薄壁件壳体的结构比较复杂砂型不易于整体加工，因此在保证坎合组装精度和可加工的基础上尽可能的少分块。两种壳体的分模如下图3所示。
　　图3 两壳体主要部位分模工艺
　　铸型加工设备采用北京的无模数字化快速成形机CAMTC-SMM1500设备，工作行程：1500×1000×400mm，铸型加工速度≥100mm/s，加工精度±0.2mm。加工完成的壳体1、2的砂型主体部分以及型芯如图4所示。
　　图4 铸型
　　砂芯采用铸型数字化加工成型机加工与激光烧结相结合的方法，能分解为平面加工的采用铸型加工分别进行机械加工成型，加工完成后粘结组成整体；复杂部位选用激光烧结设备进行烧结，一次成型。选择性激光烧结仪器选用武汉华中滨湖机电公司生产的激光烧结系统HRPS-IV设备，设备工作尺寸为500×500×400mm，加工精度±0.2mm。激光烧结砂芯烧结完成后需放入烘干箱进行加热固化。激光烧结的砂芯如图5所示。
　　图5 砂芯
　　按照原分模工艺，按顺序将加工完成的砂芯与数控加工的外模铸型进行试装配，芯头与芯座配合良好，满足要求。上、下箱拼装时，采用定位销进行定位，以保证铸型装配时的位置精确。沙箱试扣合格后，对砂芯、砂型刷涂料，烘干。按要求合箱进行熔炼浇注，装备合箱过程如图6所示。
　　图6 合箱过程照片
　　铸件材质选用牌号HT250。其熔化工艺为：铁液重量155Kg，浇注温度1425℃，浇注时间20秒。铸件如图7所示，经测量，铸件的尺寸满足图纸要求，尺寸精度达到CT10级，表面粗糙度达到Ra12.5，内部清洁度良好，满足生产要求，前两张为清完砂的铸件，经检验合格后对铸件进行喷漆，准备送加工。
　　图7 合格铸件
　　4. 快速制造的工艺特点
　　两种薄壁壳体零件的研发周期从制图、加工砂型、上涂、合箱、浇注等完成约为30天。与传统工艺方法相比，此方法省去了制作模具的过程，不但缩短了工艺流程，且提高了零件的精度。其快速成型方法的优点主要表现在以下几方面：
　　①大大缩短新产品研制周期，利用快速成型制造技术，对于大型复杂零件，如传动箱壳体、发动机缸体、缸盖等零件，可以在40天内提供加工成的合格零件；对于较小的简单件，在14天内可以提供加工完成的合格零件。从而确保新产品上市时间，使模型或模具的制造时间缩短数倍甚至数十倍；
　　②提高了制造复杂零件的能力，实现了复杂模型的直接制造；
　　③通过三维模拟，可以及时发现产品设计的错误，避免更改后续工序所造成的大量损失，显著提高新产品投产的一次成功率；
　　④成倍降低新产品研发成本，节省了大量的开模费用；
　　⑤快速模具制造可迅速实现单件及小批量生产，使新产品上市时间大大提前，迅速占领市场。
　　5. 结束语
　　在市场竞争愈演愈烈、产品更新换代加速的今天，要保持产品在国内外市场的竞争力，迫切需要在加大新产品开发投入力度、增强创新意识的同时，积极采用先进的创新手段。快速成型技术在不需要任何刀具、模具及工装卡具的情况下，可实现任意复杂形状的新产品样件的快速制造。用快速成型技术快速制造出的的模型或样件可直接用于新产品设计验证、功能验证、外观验证、工程分析、市场订货等，非常有利于优化产品设计，从而大大提高新产品开发的一次成功率，提高产品的市场竞争力，缩短研发周期，降低研发成本。为中国农机产品降低成本，提高竞争力开辟了一条新的道路。