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在设计方面提高了设计复杂铸件工艺方案的水平



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  中国机械工业联合会机经网发布时间:2019-09-23 09:29:23 来源:国际金属加工网

  近年来随着航空工业转型升级步伐的不断加快,一大批新工艺、新技术、新方法逐步运用到科研生产中,为航空业务的持续发展提供了动力。航空工业庆安在由零部件供应商向系统级供应商转型的过程中,不断吸收引进新技术新方法,研发制造能力逐渐向着数字化、精准化方向迈进,有力支撑了企业的转型升级。铸造设计工作是庆安公司产品生产制造的源头,在新品不断增加、铸造工艺要求持续提升的形势下,树脂原型模在精密铸造技术应用基础上大胆探索3D打印技术在砂型铸造方面的应用,并取得了很大突破,为公司新品研制水平进一步提升奠定了基础。

  “十二五”以来,随着航空工业的快速发展,公司新产品数量不断增加,各种铸件的品种也越来越多。新一代型号产品的研制周期大幅缩短,公司要想在行业具备竞争力,必须在很短的时间内研制出合格的产品。毛坯的铸造是公司产品制造的源头,能否按时保质保量确保产品交付,在一定程度上决定了产品的交付周期。

  传统的铸件研制从工艺方案确定、设计工装、制造工装、试模、鉴定模具、冶金试制、生产试加工,整个流程往往在6个月以上,而新产品的研制要求给出铸件毛坯的制造周期在2个月以内,对于目前新品研制时间周期来说已经无法满足要求。新产品性能指标提高,对部件的重量、结构、功能等提出了更为苛刻的要求,特别是重量的限制,原来依靠多个铸件加工后装配到一起,以来实现功能的结构必须进行集成以减轻重量。传统的铸造工艺受到铸件技术水平的限制,集成的铸件无法制造出来,也只能拆分成多个铸件进行组合,不仅延长了铸造时间,而且组合成的精度也受到一定限制。

  为了从根本上缩短铸造生产周期,满足新产品研制需要,2015年开始,3D打印砂型铸造技术便进入了庆安公司的视野。时任总工程师汤济新提出,公司要真正实现生产科研型向科研生产型转变,3D技术辅助制造是一个必不可少的手段,技术部门要利用好这项新技术形成生产能力。3D技术的出现让设计思想发生了很大改变,根据产品功能设计铸件形状,不用考虑很多铸件的工艺限制,充分发挥设计的创造性,进一步集成的组件简化了装配过程,减少了故障环节,减轻了重量,充分发挥出了产品的性能。

  3D打印树脂砂工艺是SLS技术在高分子树脂粉末激光选区烧结的基础上发展起来的一种新应用。它的出现对于铸造工作者甚至是产品设计者来说是一次彻底的革命。它彻底抛开了设计模具、制造模具、试模三个周期最长的环节,不仅节省了传统铸造2/3的时间,而且再复杂的模型都可以一次铸造成型,彻底结束了过去传统方式多个模具成型拼接的历史。

  庆安公司通过3D打印树脂砂技术的应用,在设计方面提高了设计复杂铸件工艺方案的水平,使工艺人员加大了铸造模拟软件以及检测设备的应用,提升了设计工艺水平;在制造方面提高了一线操作人员的精细程度,逐步改变了过去操作粗放的习惯,使铸造技能水平上了新台阶。

  庆安公司通过复杂铸件的试制、批产,带动了质量管理、生产管理人员甚至是其他辅助人员的认知水平,逐步养成良好的质量习惯,提升了公司的整体铸造水平,也提升了公司产品在市场上的竞争力,对公司成为优秀的飞机附件供应商起到了促进作用。

  一项新技术的诞生必然会遇到传统的阻力,公司3D打印树脂砂技术团队在攻关的过程中,不仅要面对各种技术工艺问题,在新品试制中他们首先面对的是传统工艺流程和3D打印技术革新后工艺流程的冲突。3D打印树脂砂技术+铸造技术跨越了设计模具、制造模具、试模、模具鉴定这几个环节,而在公司的现行质量管理体系中这几个环节是必须进行的,无法证明合格的实物就不能使用在正式产品中。更改后的技术状态如何控制?如何保证后续的3D砂型与之前的模型一致性?怎么去控制砂型?铸件不能解剖怎么办?等等一系列问题摆在了攻关团队面前。

  3D打印树脂砂型工艺是一个还没有全面工业化的新工艺,每公斤砂型的费用在100元左右,稍微大一点的砂型费用需上万元;此外,但凡能够使用3D打印树脂砂型工艺,交付时间上都没有给第二轮试制的空间,只能成功不能失败。团队面对这些巨大的压力下,将工艺方案在设计阶段反复的模拟验证,借鉴原来并不多的经验,摸索前进,团队的每个人都尽了自己的最大努力。

  虽然遇到的问题千奇百怪,但面前的拦路虎就是团队通往成功路上的基石。大家没有退缩,没有懈怠,有的就是逢山开路,遇水架桥的决心和勇气,他们用数据证明了这一项新技术的可行性,最终达成一致共识,通过了首次交付。

  为了降低3D打印砂型的成本,加快研制进度,团队的技术人员提出了铸件成型部分使用3D打印砂型,浇铸系统及辅助不参与铸件成型的部分使用3D打印树脂工装。接下来,就是将占铸型很大一部分重量的浇铸系统部分使用庆安能够进行的3D打印树脂工装,利用这个工装制作砂型浇铸系统,铸型成本降低50%以上,工艺方案的变动也更加灵活。

  某带鳍壳体铸件毛坯为公司首次采用3D打印模具生产,代表了3D打印技术开始应用到公司ag真人平台制造生产环节,使庆安公司3D技术的应用在铸造领域向前推进了一大步。

  此次3D打印模具在公司砂型铸造上首次成功应用,为今后新品快速生产开创了一条新路子,拓宽了3D技术的应用范围,也为公司低压铸造大型薄壁铸件积累了成功经验。

  经过几年的攻关和努力,2018年3D打印技术被大量运用到公司树脂砂铸造方面,产品铸造周期由传统的5个多月降到了45天左右。大大缩短了研制周期,后续新品基本都采用3D打印技术,改变铸件试制周期长的局面。特别是针对多品种、小批量生产特点的个性化研制具有很强的灵活性。

  团队负责人张建平感慨地说,新生的东西总会碰到各种各样的阻力,这是事物发展的规律,通过首次交付以及在生产中的运用,大家基本上接受了这项新工艺,达成了基本的共识,后续的工作就是如何将其纳入质量管理体系,接受质量约束,更好地为公司服务。新生的技术随着认识水平的提高,各种新的问题仍会不断出现,我们要正视、积极面对这些问题,正是在解决这些问题的过程当中,团队就逐渐成长起来。公司研发制造能力的提升就是我们团队前进的动力,

  目前,3D技术已经开始由快速原型功能向功能零件制造方向前进,并且已经取得了一定的成绩,相信不久的将来,3D技术的应用必将成为助推庆安公司核心竞争力提升的加速器。