快速制模技術(shù).doc

專題快速制模技術(shù)模具是制造業(yè)中使用量大、影響面廣的工具產(chǎn)品。沒有型腔模、壓鑄模、鑄模、深拉模和沖壓模，就無法生產(chǎn)出被廣泛應(yīng)用和具有競爭價格的塑料件、合金壓鑄件、鋼板件和鍛件。在現(xiàn)代批量生產(chǎn)中，沒有高水平的模具，就沒有高質(zhì)量的產(chǎn)品，它對企業(yè)提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本也有重要的作用。據(jù)國外最新統(tǒng)計分析，金屬零件粗加工的75%、精加工的50%和塑料零件的90%是用模具加工完成的。因此，模具工業(yè)也被稱為“皇冠工業(yè)”。由于市場競爭的日益激烈，產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度不斷加快，多品種小批量將成為制造業(yè)的重要生產(chǎn)方式，在這種情況下，制造業(yè)對產(chǎn)品原型的快速制造和模具的快速制造提出了強(qiáng)烈的要求。高速加工技術(shù)的出現(xiàn)，為模具制造技術(shù)開辟了一條嶄新的道路?？焖僦颇＜夹g(shù)是一種快捷、方便、實(shí)用的模具制造技術(shù)。特別適用于新產(chǎn)品開發(fā)試制、工藝驗證和功能驗證以及多品種小批量生產(chǎn)?？焖僦颇＜夹g(shù)特點(diǎn)快速模具制造技術(shù)與傳統(tǒng)的模具制造技術(shù)相比,具有如下特點(diǎn)：（1)制造方法簡單，工藝范圍廣由于快速模具制造是基于材料逐層堆積的成形方法，工藝過程相對簡單、方便和快捷，它不僅能適應(yīng)各種生產(chǎn)類型特別是單件小批的模具生產(chǎn)，而且能適應(yīng)各種復(fù)雜程度的模具制造；它既能制造塑料模具，也能制造金屬模具。模具的結(jié)構(gòu)愈復(fù)雜，快速模具制造的優(yōu)越性就更突出。（2）模具材料可強(qiáng)韌化和復(fù)合化快速模具制造工藝能方便地利用在合金中添加元素或結(jié)晶核心，改變金屬凝固過程或熱處理等手段，可改善和提高模具材料的性能；或者在合金中添加其它材料，可制造復(fù)合材料模具。(3)設(shè)計周期短，質(zhì)量高由于RT的模具設(shè)計極少依賴人的因素，因而可有效地降低人為的設(shè)計缺陷。設(shè)計師可利用RP制造的高精度模型，在設(shè)計階段就可對產(chǎn)品的整體或局部進(jìn)行裝配和綜合評價，并不斷改進(jìn)，大大地提高了產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量。（4）便于遠(yuǎn)程的制造服務(wù)由于RT對信息技術(shù)的應(yīng)用，縮短了用戶和制造商之間的距離，利用互聯(lián)網(wǎng)可進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)計和遠(yuǎn)程服務(wù)，能使有限的資源得到充分的發(fā)揮，用戶的需求能得到最快的響應(yīng)?？焖僦颇＜夹g(shù)類型快速制模技術(shù)與傳統(tǒng)的機(jī)械加工相比，具有制模周期短、成本低、精度與壽命又能滿足生產(chǎn)上的使用要求，是綜合經(jīng)濟(jì)效益比較顯著的一類制造模具的技術(shù)，概括起來，有以下幾種類別。1快速原型制造技術(shù)快速原型制造技術(shù)簡稱RPM，是80年代后期發(fā)展起來的一種新型制造技術(shù)。美國、日本、英國、以色列、德國、中國都推出了自己的商業(yè)化產(chǎn)品，并逐漸形成了新型產(chǎn)業(yè)。RPM是電腦、激光、光學(xué)掃描、計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD)、計算機(jī)輔助加工(CAM)、數(shù)控(CNC)綜合應(yīng)用的高新技術(shù)。在成型概念上以平面離散、堆積為指導(dǎo)，在控制上以計算機(jī)和數(shù)控為基礎(chǔ)，以最大柔性為總體目標(biāo)。它摒棄了傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法，對制造業(yè)的變革是一個重大的突破，利用RPM技術(shù)可以直接或間接地快速制模，該技術(shù)已被汽車、航空、家電、船舶、醫(yī)療、模具等行業(yè)廣泛應(yīng)用。下面簡述一下目前已經(jīng)商業(yè)化的幾種典型快速成型工藝。1.1激光立體光刻技術(shù)SLA技術(shù)是交計算機(jī)CAD造型系統(tǒng)獲得制品的三維模型，通過微機(jī)控制激光，按著確定的軌跡，對液態(tài)的光敏樹脂進(jìn)行逐層掃描，使被掃描區(qū)層層固化，連成一體，形成最終的三維實(shí)體，再經(jīng)過有關(guān)的最終硬化打光等后處量，形成制件或模具。激光立體光刻技術(shù)主要特點(diǎn)是可成型任意復(fù)雜形狀，成型精度高，仿真性強(qiáng)，材料利用率高，性能可靠，性能價格比較高。適合產(chǎn)品外型評估、功能實(shí)驗、快速制造電極和各種快速經(jīng)濟(jì)模具。但該技術(shù)所用的設(shè)備和光敏樹脂價格昂貴，使其成本較高。1.2疊層輪廓制造技術(shù)LOM技術(shù)是通過計算機(jī)的三維模型，利用激光選擇性地對其分層切片，將得到的各層截面輪廓層層粘結(jié)，最終疊加成三維實(shí)體產(chǎn)品。其工藝特點(diǎn)是成型速度快，成型材料便宜、成本低，因無相變，故無熱應(yīng)力、收縮、膨脹、翹曲等，所以形狀與盡寸精度穩(wěn)定，但成型后廢料塊剝離較費(fèi)事，特別是復(fù)雜件內(nèi)部的廢料剝離。該工藝適用于航空、汽車等和中體積較大制件的制作。1.3激光粉末選區(qū)燒結(jié)成型技術(shù)SLS技術(shù)是將計算機(jī)的三維模型通過分層軟件將其分層，在計算機(jī)控制下，使激光束依據(jù)分層的切片截面信息對粉末逐層掃描，掃描到的粉末燒結(jié)固化(聚合、燒結(jié)、粘結(jié)、化學(xué)反應(yīng)等)，層層疊加，堆積成三維實(shí)體制件。該技術(shù)最大特點(diǎn)是能同時用幾種不同材料(聚碳酸脂、聚乙烯氯化物、石蠟、尼龍、ABS、鑄造砂)制造一個零件。1.4熔融沉積成型技術(shù)FDM技術(shù)是由計算機(jī)控制可擠出熔融狀態(tài)材料的噴嘴，根據(jù)CAD產(chǎn)品模型分層軟件確定的幾何信息，擠出半流動狀態(tài)的熱塑材料沉積固化成精確的實(shí)際制件薄層，自下而上層層堆積成一個三維實(shí)體，可直接做模具或產(chǎn)品。1.5三維印刷成型技術(shù)(3D-3D-P技術(shù)用微機(jī)控制一個連續(xù)噴墨印刷頭，依據(jù)分層軟件逐層選擇性地在粉末層上沉積液體粘結(jié)材料，最終由順序印刷的二維層堆積成一個三維實(shí)體，猶如不使用激光的快速制模技術(shù)。該技術(shù)主要應(yīng)用在金屬陶瓷復(fù)合材料的多孔陶瓷預(yù)成型件上，其目標(biāo)是由CAD產(chǎn)品模型直接生產(chǎn)模具或功能性制作。2表面成型制模技術(shù)表面成型制模技術(shù)，主要是利用噴涂、電鑄、化學(xué)腐蝕等新的工藝方法形成型腔表面及精細(xì)花紋的一種工藝技術(shù)，實(shí)際應(yīng)用中包括以下幾種類型。2.1電弧噴涂成型制模技術(shù)電弧噴涂成型技術(shù)的原理是：利用2根通電的金屬絲之間產(chǎn)生電弧的熱量將金屬絲熔化，依靠高壓氣體將其充分霧化，并給予一定的動能，高速噴射在樣模表面，層層鑲嵌，形成一金屬殼體，即型腔的內(nèi)表面，再用充填基體材料(一般為金屬粉粒與樹脂的復(fù)合材料)加以支撐加固，提高其強(qiáng)度和剛性，連同金屬模架組合成模具。這種制模技術(shù)工藝簡單、成本低，制造周期非常短，型腔表面的成型僅需幾個小時，節(jié)省能源和金屬材料，一般型腔表面僅2-3mm厚，仿真性極強(qiáng)，花紋精度可達(dá)到0.5m。目前該技術(shù)被廣泛地用于飛機(jī)、汽車的內(nèi)飾件模具、家電、家具、制鞋、美術(shù)工藝品等表面形狀復(fù)雜及花紋精細(xì)的各種聚氨酯制品的吹塑、吸塑、PVC注射、PU發(fā)泡及各類注射成型模具中。2.2電鑄成型技術(shù)電鑄成型技術(shù)的原理同電鍍一樣，是依樣模(現(xiàn)成制品或按制品圖紙制成的母模)為基準(zhǔn)(陰極)，置放在電鑄液中(陽極)，使電鑄液中的金屬離子還原后一層一層地沉積在樣模上，形成金屬殼體，將其剝離后，與樣模接觸的表面即為模具的型腔內(nèi)表面。該技術(shù)主要特點(diǎn)是節(jié)省材料、模具制造周期短，電鑄層硬度可達(dá)40HRC，提高了耐磨性和壽命，粗糙度、尺寸精度與樣模完全一致，適用于注射、吸塑、吹塑、搪塑、膠木模、玻璃模、壓鑄模等模具型腔及電火花成型電極的制造。2.3型腔表面精細(xì)花紋成型的蝕刻技術(shù)蝕刻技術(shù)是光學(xué)、化學(xué)、機(jī)加工綜合應(yīng)用的一種技術(shù)，它的基本原理是先把花紋圖案制成膠片，再把膠片上的花紋圖案復(fù)制在已涂上光敏材料的模具型腔表面上，經(jīng)過化學(xué)處理，模具型腔表面形成不被蝕刻部分的保護(hù)層，再根據(jù)模具材質(zhì)，選擇相應(yīng)蝕刻工藝，將花紋圖案蝕刻在模具內(nèi)表面上。該技術(shù)的主要特點(diǎn)是時間短、費(fèi)用低，修補(bǔ)破損花紋圖案可做到天衣無縫。3澆鑄成型制模技術(shù)澆鑄成型制模技術(shù)的共同特點(diǎn)是依樣件為基準(zhǔn)，澆鑄出凸、凹模，型腔表面不需要機(jī)械加工。實(shí)際制模中主要有以下幾種類型。3.1鉍錫合金制模技術(shù)鉍錫合金快速制模技術(shù)是經(jīng)樣件為基準(zhǔn)，以Bi-Sn(鉍錫)二元共晶合金(熔點(diǎn)138，脹縮率萬分之三)為材料，有精密鑄造的方法同時鑄出凸模、凹模、壓邊圈的一種技術(shù)。該技術(shù)的特點(diǎn)是制模成本低，合金可重復(fù)使用，制造周期短，尺寸精度高，形狀、尺寸與樣件完全相符，一次鑄模壽命可達(dá)500-3000件，非常適合新產(chǎn)品開發(fā)、工藝驗證、樣品試制及中小批量和平。3.2鋅基合金制模技術(shù)這是一種以樣件(或樣模)為基準(zhǔn)，以熔點(diǎn)為380左右的鋅基合金為材料，分別澆注凸、凹模，原則上型腔表面不進(jìn)行機(jī)械加工的一種制模技術(shù)。該技術(shù)特點(diǎn)是制模成本低、周期短，適用于制作薄板大型拉伸模、沖裁模及塑料模。3.3樹脂復(fù)合成型模具技術(shù)這是一種以樣模(或工藝模型)為基準(zhǔn)，以樹脂或其復(fù)合材料為流體材料，先澆注出凸(凹)模，再依據(jù)凸(凹)模貼上蠟片(間隙層)，澆注凸(凹)模。該技術(shù)成型的型腔表面不需機(jī)械加工。該技術(shù)與CAD/CAM相結(jié)合，特點(diǎn)是模具尺寸精度高、制造周期短、成本低，是新產(chǎn)品試制、小批量生產(chǎn)工藝裝備的新途徑。適用于制作大型覆蓋件拉伸模(也可局部鑲鋼)、真空吸塑、聚氨酯發(fā)泡成型模、陶瓷模、仿型靠模、鑄造模等。3.4硅橡膠制模技術(shù)該技術(shù)以制件原型或模型為基準(zhǔn)，將柔態(tài)硅橡膠制作成塊，再靠高壓力與模型完全吻合。4擠壓成型技術(shù)4.1冷擠壓成型利用鈹銅合金的良好的導(dǎo)熱性和穩(wěn)定性，經(jīng)固熔時效處理后，采用冷擠壓制造模具凹模型腔。其特點(diǎn)是制造周期短，型腔精度高(IT7級)，表面粗糙度Ra=0.025m,強(qiáng)度高，壽命可達(dá)50萬次，無環(huán)境污染。4.2超塑成型制模技術(shù)該技術(shù)是利用金屬材料在細(xì)化晶粒、一定成型溫度、低變形速率條件下，材料具有最佳超塑性時，將事先制作好的凸模，用較小的力便可擠壓出凹模的一種快速經(jīng)濟(jì)制模技術(shù)。超塑成型材料的典型代表是Zn-22%AL。5無模多點(diǎn)成形技術(shù)無模多點(diǎn)快速成形技術(shù)是以CAD/CAM/CAT技術(shù)為主要手段，利用計算機(jī)控制高度可調(diào)基本體群形成上下成形面，代替?zhèn)鹘y(tǒng)模具對板料進(jìn)行三維曲面成形的又一現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)。此項技術(shù)可以隨意改變變形路徑與受力狀態(tài)，提高材料的成形極限，可反復(fù)成形，以此消除材料內(nèi)部的殘余應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)無回彈成形。6凱維朗(KEVRON)鋼帶沖裁落料制模技術(shù)新型鋼帶沖裁落料制模技術(shù)是一種不同于一般具有凸、凹模結(jié)構(gòu)的鋼帶模，它是由單刃鋼帶與特制墊板組成的新型快速經(jīng)濟(jì)制模技術(shù)。這種模具重量輕，一般只有200kg，加工精度為0.35-0.50mm，可適合各種黑色和有色金屬的0.5-0.65mm厚的板料加工。壽命可達(dá)到5-25萬次，制造成本低。7模具毛坯的快速制造技術(shù)實(shí)型鑄造由于大量的模具是屬于單件或小批量生產(chǎn)，模具毛坯的制造質(zhì)量和周期及成本對最終的模具質(zhì)量和周期及成本的影響是至關(guān)重要的?，F(xiàn)代模具毛坯已廣泛地采用子實(shí)型鑄造技術(shù)，所謂實(shí)型鑄造就是利用泡沫塑料(聚苯乙烯PS或聚甲基丙烯酸酯PMMA)制作代替?zhèn)鹘y(tǒng)的木模或金屬模，造型后不需取出模型，便可以澆鑄，泡沫塑料模型的高溫液體金屬作用下，迅速燃燒氣化而消失，金屬液取代原來泡沫塑料模型所占有的位置，冷凝后形成鑄件。實(shí)型鑄造在實(shí)際應(yīng)用中有下列幾種情況。7.1干砂實(shí)型鑄造即用55-100目的全干沒有任何粘結(jié)劑的石英砂造型，用EPS或PMMA泡沫塑料制作的模型涂掛0.2-1mm厚透氣性良好的耐火涂料層，以提高鑄件表面粗糙度，防止粘砂或塌箱。7.2負(fù)壓實(shí)型鑄造負(fù)壓實(shí)型鑄造又稱V法造型。該技術(shù)是使用全干而無粘結(jié)劑的石英砂做型砂，用EPS或PMMA泡沫塑料做模型，在塑料薄膜的密封條件下，讓整個鑄型在負(fù)壓條件下(真空度0.4-0.67MPa)進(jìn)行液體金屬澆鑄，鑄件凝固后解除負(fù)壓即可得到表面光潔的鑄件。7.3樹脂砂實(shí)型鑄造利用樹脂砂做型砂，用E