1 引言

　　無模鑄型制造（Patternless Casting Manufacturing片任，簡稱PCM）工藝是一種與傳統(tǒng)樹脂自硬砂工藝相結(jié)合的新型快速成形工藝。其基本原理是：利用RP技術(shù)的離散/堆積成形原理，采用輪廓掃描贬奢、噴射固化工藝，實現(xiàn)鑄型的快速直接成形而無需模樣蜀骗，基本原理如下圖所示：

　　首先從零件CAD模型得到鑄型CAD模型悦追。由鑄型CAD模型的STL文件分層，得到截面輪廓信息限寞，再以層面信息產(chǎn)生控制信息忍啸。造型時，第一個噴頭在每層鋪好的原砂上由計算機控制精確地噴射粘結(jié)劑，第二個噴頭再沿同樣的路徑噴射催化劑计雌，或者采用雙噴頭一次復(fù)合噴射技術(shù)按照截面輪廓信息同時噴射粘結(jié)劑和催化劑悄晃。兩者發(fā)生膠聯(lián)反應(yīng)，一層層固化型砂而堆積成形凿滤。粘結(jié)劑和催化劑共同作用地方的原砂被固化在一起妈橄，其他地方原砂仍為顆粒態(tài)之干砂。固化完一層后再粘接下一層翁脆，所有的層粘接完之后就得到一個空間實體眷蚓。原砂在粘結(jié)劑沒有噴射的地方仍是干砂，比較容易清除反番。清理出中間未固化的干砂就可以得到一個有一定壁厚的鑄型沙热，在砂型的內(nèi)表面涂敷或浸漬涂料之后就可用于澆注金屬。

　　2 PCM工藝的特點

　　同傳統(tǒng)鑄型制造技術(shù)相比罢缸，PCM工藝具有無可比擬的優(yōu)越性篙贸，它不僅使鑄造過程高度自動化、敏捷化譬椰，降低工人勞動強度踏蚓，而且在技術(shù)上突破了傳統(tǒng)工藝的許多障礙，使設(shè)計姚不、制造的約束條件大大減少枫昏。具體表現(xiàn)在以下方面：

　　2.1 造型時間短

　　利用傳統(tǒng)的方法制造鑄型必須先加工模樣，無論是普通加工還是數(shù)控加工光丢，模樣的制造周期都比較長旋蝎。對于大中型鑄件來說，鑄型的制造周期一般以月為單位計算镰掐。由于采用計算機自動處理孕序，PCM工藝的信息處理過程一般只需花費幾個小時至幾十個小時。所以從制造時間上來看炸诚，該工藝具有傳統(tǒng)造型方法無法比擬的優(yōu)越性递市。

　　2.2 制造成本低

　　PCM工藝的自動化程度高，其設(shè)備一次性投資較大碗屏，其它生產(chǎn)條件如原砂唁情、樹脂等原材料的準備過程與傳統(tǒng)的自硬樹脂砂造型工藝相同。然而又由于它造型無需模樣甫匹，對于一些大型甸鸟、復(fù)雜鑄件，模具的成本又較高兵迅，所以其收益是明顯的抢韭。

　　2.3 一體化制造

　　由于傳統(tǒng)造型需要起模薪贫，因此一般要求沿鑄件最大截面處（分型面）將其分開，也就是采用分型造型刻恭。這樣往往限制了鑄件設(shè)計的自由度瞧省，某些表面和內(nèi)腔復(fù)雜的鑄型不得不采用多個分型面，使造型鳍贾、合箱裝配過程的難度大大增加鞍匾，分型造型使鑄件產(chǎn)生“飛邊”，導(dǎo)致機加工量增大骑科。

　　PCM工藝采用離散/堆積成形原理橡淑，沒有起模過程，所以分型面的設(shè)計并不是主要障礙键腹。分型面的設(shè)計甚至可以根據(jù)需要不設(shè)置在鑄件的最大截面處，而是設(shè)在鑄件的非關(guān)鍵部位蒂抒，對于某些鑄件溪客，完全可以采用一體化制造方法，即上下型同時成形先兆。一體化造型最顯著的優(yōu)點是省去了合箱裝配的定位過程肢箕，減少了設(shè)計約束和機加工量，使鑄件的尺寸精度更容易控制爵例。

　　2.4 型牲支、芯同時成形

　　傳統(tǒng)工藝出于起模的考慮，型腔內(nèi)部一些結(jié)構(gòu)設(shè)計成芯豌淹，型窥血、芯分開制造，然后再將二者裝配起來措坐，裝配過程需要準確的定位牢辣，還必須考慮芯子的穩(wěn)定性。PCM工藝制造的鑄型拣播，型和芯是同時堆積而成晾咪，無需裝配，位置精度更易保證贮配。

　　2.5 易于制造含自由曲面的鑄型

　　傳統(tǒng)工藝中谍倦，采用普通加工方法制造模樣的精度難以保證；數(shù)控加工編程復(fù)雜泪勒，另外涉及刀具干涉等問題昼蛀。所以傳統(tǒng)工藝不適合制造含自由曲面或曲線的鑄件。而基于離散/堆積成形原理的PCM工藝圆存，不存在成形的幾何約束曹洽，因而能夠很容易地實現(xiàn)任意復(fù)雜形狀的造型。

　　2.6 造型材料廉價易得

　　PCM工藝所使用的造型材料是普通的鑄造用砂，價格低廉送淆，來源廣泛税产；而粘結(jié)劑和催化劑也是非常普通的化學(xué)材料，成本不高偷崩。因此辟拷，對于國內(nèi)外眾多的樹脂砂鑄造廠家來說，該工藝不僅成本低廉欣挠、而且容易推廣卒亩，因而具有很強的吸引力。

　　綜上所述怕枣，PCM工藝在技術(shù)上的優(yōu)勢是相當(dāng)明顯的划万，無需模具，能夠快速庸既、柔性招蠕、準確地制造內(nèi)腔、表面較為復(fù)雜的鑄件技熊，特別適合單件倾莽、小批量、形狀復(fù)雜的大中型鑄件的生產(chǎn)以及新產(chǎn)品的試制望吧。但是它也有缺點板刑，主要是設(shè)備投資大，不適合大批量生產(chǎn)俊炒。最能適于生產(chǎn)柔性很高的小批量或單件生產(chǎn)邑键。

　　3 PCM工藝設(shè)備

　　設(shè)備是工藝研究和實現(xiàn)的物質(zhì)基礎(chǔ)與基本前提。PCM設(shè)備是一個由機械休玩、電子祟绊、材料、計算機軟硬件等技術(shù)高度集成的復(fù)雜的機械電子學(xué)產(chǎn)品哥捕。機械電子學(xué)產(chǎn)品是電子技術(shù)（控制技術(shù)牧抽、計算機技術(shù)）與機械領(lǐng)域緊密結(jié)合的產(chǎn)物，是在機械電子學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一類產(chǎn)品遥赚。一般認為機械電子學(xué)產(chǎn)品是指在機構(gòu)的主功能扬舒、信息處理功能和控制功能上引進了電子技術(shù)，并將機械裝置和電子設(shè)備以及軟件等有機結(jié)合起來構(gòu)成系統(tǒng)的總稱凫佛。

　　按照工藝流程可以將PCM技術(shù)劃分為四個順序基本子過程：信息處理過程讲坎、造型過程、后處理過程和澆注過程（如圖2）愧薛。其中晨炕，信息處理過程是為造型過程準備好相應(yīng)的控制程序（數(shù)控代碼）文件衫画；造型過程利用信息處理過程所生成的數(shù)控代碼，驅(qū)動造型設(shè)備瓮栗，完成鑄型的數(shù)控加工树季；后處理過程旨在提高鑄型表面質(zhì)量和澆注工藝性能，為澆注過程創(chuàng)造條件番链；澆注過程則是把完成后處理的鑄型運往澆注車間令叉，將高溫熔融的液態(tài)金屬注入鑄型的澆注系統(tǒng)和型腔內(nèi)部，最終凝固形成具有一定表面質(zhì)量蝉齐、精度和復(fù)雜程度的合格鑄件溜帐。

　　4、典型案例

　　它是用于渤海某海上鉆井平臺上的水泵葉輪的鑄型和鑄件多梅。由于該葉輪是異型葉輪勃核，所以需要重新設(shè)計。使用傳統(tǒng)工藝苏蒿，包括制模俩孽、造型和鑄造，需要兩個月销泽。采用PCM工藝氧胳，從設(shè)計到鑄件完成证森，只用了2個星期辰令，大大快于傳統(tǒng)工藝，分層厚度為0.3mm节值。據(jù)測量徙硅，鑄件尺寸精度達到CT9~CT8級，表面粗糙度達到Ra25~12.5μm（表面輪廓算術(shù)平均偏差）搞疗，完全可以滿足實際生產(chǎn)要求嗓蘑。

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