Trumpf:鋁合金3D打印高壓鑄造模具澆口分流器

△TruPrint 3000 加工 H13 模具零件

通過這個(gè)視頻相信大家都了解了通快 3D 打印鋁合金高壓鑄造模具澆口分流器的流程，隨著零部件的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，使用傳統(tǒng)的鑄造技術(shù)在生產(chǎn)零部件時(shí)，模具的設(shè)計(jì)和制造會(huì)花費(fèi)大量的時(shí)間，增加生產(chǎn)周期和研發(fā)成本。而使用增材制造技術(shù)可以通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)模型直接成形復(fù)雜形狀的圖形。

金屬 3D 打印技術(shù)可以使企業(yè)有能力快速生產(chǎn)各類零件、減少大量外協(xié)費(fèi)用，同時(shí)對(duì)于單件、小批量熔模精密鑄件的生產(chǎn)可以不用模具，從而節(jié)省大量模具加工費(fèi)用。

下文會(huì)給大家進(jìn)一步解讀關(guān)于澆口分流器 3D 打印以及傳統(tǒng)制造工藝的對(duì)比。先通過一段視頻了解鋁合金高壓鑄造的流程：


△鋁合金高壓鑄造的流程

鋁合金高壓鑄造的模具尺寸通常可達(dá) 1 米× 2 米，壓力可達(dá) 80 噸。合模之后溫度高達(dá) 700 多攝氏度的鋁水在不到 1 秒的時(shí)間內(nèi)被壓入模腔，并迅速冷卻凝固成鋁合金齒輪箱殼體產(chǎn)品。而壓鑄產(chǎn)線的產(chǎn)能取決于開模時(shí)間的長(zhǎng)短，如果能提高局部過熱區(qū)域的冷卻速度，就能大大縮短鋁水冷卻凝固的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)短時(shí)間開模，大大提升產(chǎn)能。

在這個(gè)案例中，澆口位置由于壁厚更大，積聚了更多的鋁水，在冷卻過程中溫度始終高于其他部位，提升該處的冷卻速度成為縮短開模時(shí)間的關(guān)鍵。



傳統(tǒng)的澆口分流器的冷卻流道設(shè)計(jì)是通過鉆孔并安裝一套冷卻回流的組件來實(shí)現(xiàn)對(duì)該處的局部冷卻。這樣的冷卻流道設(shè)計(jì)，使得冷卻水距離模具表面的距離較遠(yuǎn)，并且模具的不同位置冷卻不均勻。



有了 3D 打印技術(shù)后，就可以對(duì)冷卻流道做進(jìn)一步優(yōu)化，設(shè)計(jì)成更貼近模具表面的隨行冷卻流道，并且可以通過 3D 打印一體化成型，無需后續(xù)的加工或裝配，流道距離模具表面的平均距離維持在 3mm。



經(jīng)過優(yōu)化后 3D 打印的澆口分流器實(shí)際工作過程中的最大溫度僅 224 攝氏度，比傳統(tǒng)加工的零件的最大溫度降低了 180 攝氏度，并且表面溫度的均勻性也更好。不僅縮短了 30% 的開模時(shí)間，并且提升了模具的使用壽命。


H13 鋼屬于熱作模具鋼，具有較高的韌性，耐冷熱疲勞性與優(yōu)良的熱強(qiáng)性，但在 3D 打印加工過程中特別容易開裂，形成微裂紋，導(dǎo)致最終產(chǎn)品的致密度和力學(xué)性能下降。這次 TruPrint 3000 打印的澆口分流器模具的原材料粉末由 CMC 公司提供，這批粉末對(duì) H13 的成分做了優(yōu)化，在保證性能的基礎(chǔ)上降低了產(chǎn)品的脆性，避免了微裂紋的產(chǎn)生。通過對(duì)產(chǎn)品的金相分析，致密度達(dá)到 99.9% 以上。


△粉末成分表

△垂直面金相圖

德國通快TRUMPF，全球領(lǐng)先的工業(yè)機(jī)床、激光技術(shù)廠商（2019財(cái)年?duì)I收達(dá)37.8億歐元），從1999年開始增材制造技術(shù)及應(yīng)用的開發(fā)，到現(xiàn)在已經(jīng)有超過20年的積累，截止2020年已經(jīng)推出多種基于激光技術(shù)的金屬3D打印設(shè)備產(chǎn)品，在金屬3D打印領(lǐng)域不斷發(fā)力。