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，隨著零部件的結構越來越復雜，使用傳統(tǒng)的鑄造技術在生產(chǎn)零部件時，模具的設計和制造會花費大量的時間，增加生產(chǎn)周期和研發(fā)成本。而使用增材制造技術可以通過計算機輔助設計模型直接成形復雜形狀的圖形。

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

下文會給大家進一步解讀關于澆口分流器 3D 打印以及傳統(tǒng)制造工藝的對比。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 1 米× 2 米，壓力可達 80 噸。合模之后溫度高達 700 多攝氏度的鋁水在不到 1 秒的時間內(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)能取決于開模時間的長短，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間，實現(xiàn)短時間開模，大大提升產(chǎn)能。

在這個案例中，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間的關鍵。



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



有了 3D 打印技術后，就可以對冷卻流道做進一步優(yōu)化，設計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)良的熱強性，但在 3D 打印加工過程中特別容易開裂，形成微裂紋，導致最終產(chǎn)品的致密度和力學性能下降。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 H13 的成分做了優(yōu)化，在保證性能的基礎上降低了產(chǎn)品的脆性，避免了微裂紋的產(chǎn)生。通過對產(chǎn)品的金相分析，致密度達到 99.9% 以上。


△粉末成分表

△垂直面金相圖

德國通快TRUMPF，全球領先的工業(yè)機床、激光技術廠商（2019財年營收達37.8億歐元），從1999年開始增材制造技術及應用的開發(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的金屬3D打印設備產(chǎn)品，在金屬3D打印領域不斷發(fā)力。