同的铸件，浇注系统也因此十分灵活。

总之，我们可以说，每种优势都与经济利益相一致，同时还改善了工作条件。

1.2.3 环境保护
聚苯乙烯和PMMA在燃烧时产生一氧化碳、二氧化碳、水及其他碳氢化合物气体，其含量均低于欧洲允许的标准。

干砂可使用天然硅砂，100%反复循环使用，不含有粘结剂。

模型使用的涂料是在水中添加粘结剂等辅料组成，不产生污染。

2.快速成型技术及其在铸造中的应用
2.1 引 言
快速成型制造（Rapid Prototyping-RP）技术是国际上新开发的一项高科技成果，简称快速成型技术。

它的核心技术是计算机技术和材料技术。

快速成型技术摒弃了传统的机械加工方法，根据CAD生成的零件几何信息，控制三维数控成型系统，通过激光束或其它方法将材料堆积而形成零件的。

用这种方法成型，无需进行费时、耗资的模具或专用工具的设计和机械加工，极大地提高了生产效率和制造柔性。

在铸造生产中，模板、芯盒、压蜡型、压铸模等的制造往往是靠机械加工的办法，有时还需要钳工进行修整，费时耗资，而且精度不高。

特别是对于一些形状复杂的薄壁铸件，例如飞机发动机的叶片、船用螺旋浆，汽车、拖拉机的缸体、缸盖等，模具的制造更是一个老大难的问题。

虽然一些大型企业的铸造厂也进口了一些数控机床、仿型铣等高级设备，但除了设备价格昂贵之外，模具加工的周期也很长，而且由于没有很好的软件系统支持，机床的编程也很困难。

面对今天世界上经济市场的竞争，产品的更新换代日益加快，铸造模具加工的现状很难适应当前的形势。

而快速成型制造技术的出现为解决这个问题提供了一条颇具前景的新路。

2.2 快速成型方法
目前世界上已投入应用的快速成型装置所采用的主要方法有以下6种：
（1）SL（Stereo Lithography）法--立体平版印刷法；
（2）SLS（Selective Laser Sintering）--激光分层烧结法；
（3）LOM（Laminated Object Manufactu-ring）--逐层轮廊成型法；
（4）SGC（Sold Ground Curing）--光掩膜法；
（5）FDM（Fused Deoposite Manufacturing）--熔化堆积法；
（6）DSPC (Direct Shell Production Casting)--陶瓷壳法。

以上各种方法的具体工艺各有特点，但工艺的基本过程是相同的。

此外，还有一些方法尚处于研究之中。

在这6种方法中，SL法最成熟，也是市场的最大占有者。

工艺原理图
图1 SL工艺原理图
激光成型技术在铸造中的应用
目前，国际上激光成型技术在铸造中的应用主要有以下3个方面。

1.直接浇注铸件
这种方法适用于形状复杂的单件生产，例如航空航天工业中的特铸件，或者是在新产品试制时先做一两个铸件供进一步试验用。

具体操作是将树脂模样或者用熔模铸造方法制壳浇注铸件，或者用消失模铸造方法直接浇注铸件。

在用SLS法成型时，当以石蜡粉末为原料，直接制出石蜡原型来，可以方便在浇出铸件。

2.用原型翻制母模后再浇注铸件
对铸件数量需要较多时可以应用这种方法。

它是先用硅橡胶方法、石膏型方法或自硬砂型方法等翻制母模，然后制蜡模或直接浇注成铸件。

SLS法所使用的原料为石蜡、尼龙或聚碳酸酯等。

用聚碳酸酯材料烧结制成的模样，在许多性能上优于石蜡，可以做许多复杂的高精度件。

美国克莱斯勒公司和通用机器公司应用SLS法减少新型汽车发动机零件的开发费用。

克莱斯勒公司用SLS法制成蜡模，生产形状很复杂的汽车进排气管，通用机器公司也用这种方法来制造航天器上的复杂零件。

美国的Rorketdyhe公司甚至用蜡和尼龙来做复杂的六缸气缸体模样，然后用熔模铸造的方法生产铸件。

3.利用原型模样制造模具
这个方面的应用最广泛，可用于铸件的大量生产。

1）最直接的模具应用是在砂型铸造用的模板和芯盒上。

选用适当的树脂材料制得原型模样，再进行表面喷镀，或者是用LOM法烧结陶瓷原型，然后将模样直接安装在模板、芯盒上使用。

这样可以减少模具的制造周期，成本比用数控机床加工还有所降低。

图2 LOM法工艺原理示意图
美国福特汽车公司用LOM 法制造长685mm的汽车曲轴模样，先分3块做，然后再拼装成砂型铸造用的模板，尺寸精度达到±0.13mm。

2）把一些低熔点合金喷涂在原型表面，可以用作压蜡模具，也可用环氧树脂配合原型模样做成芯盒或压蜡模具。

3）可以直接通过三维CAD系设设计出模具图形，然后用激光快速成型技术制得模具原型，再用上述各种方法直接铸造出金属模具。

3.组芯工艺
3.1 概述
组芯工艺（Cosworth），即用组芯技术生产铸件，组芯由单个砂芯组合而成。

组芯技术与湿型砂工艺相比的优势在于尺寸精度高、大量减少了砂的循环、采用气体硬化单一芯砂系统（添加有机树脂的芯砂可有效地回收，回收率达95％以上）。

目前有以下几种组芯工艺方法：粘胶、螺钉紧固、注铝和锁芯工艺。

1. 粘胶是最快速、最常用的组芯法，尺寸精度最高。

主要优点：
1）聚酷胺类型热熔粘结剂品种较多（粘胶熔化温度140－1800C，相应的粘度为2－4（Pa·s），粘结时间为3－4s；
2）粘结处经按压后强度大增；
3）在干燥的储存室中元储存时间限制；
4）抗湿性能好，可抵御高潮湿空气；
5）用量少，强度高；
6）多种有效而经济的熔化装置。

2. 注铝
简单连接处可以注铝，如预组合水套芯和圆筒芯。

该工艺的优点在于落砂后用过的芯砂和金属铝不会混淆。

回收后的铝可被再次熔化并使用。

缺点是该工艺成本高己难以自动化。

3. 螺钉紧固
螺钉紧固不适用于圆弧芯头。

另外螺钉不能被再利用。

该工艺经济效率比粘胶法差，但比注铝好。

4. 锁芯工艺
该工艺的优点是用一个通用芯固定预组合芯，但同时也是缺点。

组合预组合芯必须使用昂贵的工装。

通用芯生产的费用比热熔粘结胶及螺钉的费用高得多。

另外，只有当组合预组合芯的工装没有被磨损时，缸体尺寸的精度才可被保证。

约射制50000次后将出现尺寸偏差，必须进行检测、调整。

3.2 组芯工艺的经济效率
1. 组芯工艺与湿型砂比较
图1是砂箱尺寸为1200mm×1000mm×350/350mm的有箱湿型砂造型线与用冷芯盒组芯生产线每小时生产90个4缸铝发动机缸体（2.0L轿车）的费用比较。

该比较显示了用组芯法批量生产铸件不仅在技术工艺上前景广阔，而且从经济角度考虑也是如此。

图1 用湿型砂及组芯工艺年产129600个铝缸体的费用比较
2. 组芯工艺与重力铸造相比较
用重力铸造取代湿型砂工艺，来比较一下组芯工艺与重力铸造工艺。

组芯工艺将采用同样的生产数据。

缸体外形在重力铸造中是采用金属模具。

浇注前，将组芯放入模具中。

这样，缸体内脏采用芯砂，与湿型砂工艺相似。

表1是重力铸造工艺与组芯工艺年产29600件缸体的经济效益比较，其中缸体是用转台式设备生产。

要达到每小时叨件缸体的生产量需3个转台，每个带3台重力浇注机。

平均生产时间是120s／件。

表1 重力铸造工艺与组芯工艺费用比较
生产工艺重力铸造组芯工艺
生产设备
转台，每个带3台重力铸造机 带辅助设备的制芯机
生产能力
每个转台：件/120s=30件/h 共需三个转台 90组机芯/h 年产量（1600h/年）一般利用率90%
90件/h*1600h /年*0.9=129600件/年 芯砂最大消耗量（kg/件）
70 184 芯砂组成（重量比）
100%硅砂, 0.4%树脂,0.4%硬化剂,0.06%三乙胺 材料价格（马克/t）
95 内腔造型
2400000 2400000 外形造型
82500009（三个转台，9台重力铸造机，9副模具） 1400000 尾气净化
60000 300000 芯砂混制
500000 800000 初始投资
/马克 总计
11210000 4900000 内腔芯砂消耗（马克/年） 0．07t 组芯*129600件/年*95马克/ t =862000862000 材料费用
外形芯砂消耗（马克/年） 0
0．11t 组芯*129600件/年*95马
克/ t =1354000 3. 不同组芯工艺的比较
生产1个4缸l.6L 发动机缸盖的组芯包括1个水套芯、一个进气道和一个排气道芯。

单芯可用不同制芯方法制造。

铸件材质为铝合金。

组芯重量约8kg 。

不涂涂料。

不同工艺费比较见图2。

图2 每组芯总费用
3.3 结论
组芯工艺是生产高尺寸精度铝合合金缸体缸盖的最新最好的组芯工艺之一。

世界著名的汽车集团，如福特，马自达，大众、奥迪，雪铁龙正成功的运用该工艺。

选择这种生产工艺的理由是：高生产率、高柔性（在切换发动机型号时）、高铸件质量稳定性、潜在的高自动化、最小的消耗。