快速成型技術(shù)在模具制造中的應用

1、快速成型技術(shù)在模具制造中的應用崔鋒錄 碩601學號3106001023摘要快速成型作為種正在成熟的先進制造技術(shù)，已成功的實現(xiàn)了快速原型制造，正向快速制造方向 迅速發(fā)展。本文介紹了快速成型技術(shù)在快速制模方向的應用，并捉出了 些需要解決的問題。關鍵詞：快速成型快速制模引論模具生產(chǎn)零件具有生產(chǎn)效率高、質(zhì)量好、節(jié)約能源和原材料以及成本低等系列優(yōu)點。據(jù)統(tǒng)計， 工業(yè)產(chǎn)品的70%-80%要靠模具生產(chǎn)，模具已成為當代工業(yè)生產(chǎn)的重要工藝裝備。隨著經(jīng)濟全 球化的發(fā)展，企業(yè)間競爭的進步加劇，多品種、小批量將成為主耍的生產(chǎn)模式。因此，怎樣快 速、高質(zhì)量地設計制造出產(chǎn)品的模具，已成為贏得競爭的重要因素。展于快速成型技術(shù)

2、的快速模 具制造是RP技術(shù)與傳統(tǒng)的模具制造技術(shù)相結(jié)合的種全新技術(shù)。該技術(shù)能極大地縮短模具制造 周期，降低制造成本。RP技術(shù)概論快速成型技術(shù)(又稱RP技術(shù))誕生于80年代后期，是基于材料累加法的種高新制造技 術(shù)?？焖俪尚图夹g(shù)將計算機輔助設計(CAD)、輔助制造(CAM)、計算機輔助控制(CNC)、精密伺服 驅(qū)動和新材料等先進技術(shù)集于體，依據(jù)計算機上構(gòu)成的產(chǎn)品三維設計模型，對其進行分層切 片，得到各層截而的輪廓，激光選擇性的切割層層的紙(或固化層層的液態(tài)樹脂、或燒結(jié)- 層層的粉末材料、或熱噴頭選擇快速地熔覆層層的塑料或選擇性地向粉末材料噴射粘結(jié)劑等) 形成各截面輪廓并逐步疊加成三維產(chǎn)品。雖然快速成

3、型技術(shù)問世不長，但由于它對制造業(yè)帶來的巨大效益使得這技術(shù)的應用日益廣泛。快速原型制造按成形材料及技 術(shù)不同發(fā)展了立體光刻造型法(SL ),粉末燒結(jié)法(SLS),熔化凝結(jié)法(FDH ),薄層材料制造 法(L0H ),三維印刷法(3DP),逐層固化法(SGC)等成型方法。二基于RP技術(shù)的模具制作方法傳統(tǒng)的模具制造方法可分為兩種，種是借助母模翻制模具，另種就是用數(shù)控機床直接制 造模具。在新產(chǎn)品開發(fā)過程中，減少模具制造所需成本和時間對縮短整個產(chǎn)品開發(fā)時間其潛力所 在，快速成型技術(shù)的個飛躍就是進入模具制造領域，及降低成本是最有效的步驟.正是能降低模具制造成本并減少模具開發(fā)時間。將快速成型技術(shù)引入模具制造

4、過程后的模具開發(fā) 制造就是快速模具制造?？焖俪尚图夹g(shù)在模具制造領域的應用主要是用來制作模具設計制造過程中所用的母模，有時 也用快速成型技術(shù)宣接制造模具。因此可以將基于RP的快速模具制造分為兩類，即：直接制模 法和間接制模法。(一)直接制模法1 SLS激光粉末燒結(jié)般的工藝流程為：先在基底上鋪上-層粉末，壓輾壓實后，用激光有選擇的燒結(jié)個層面。然 后新的層粉末通達鋪粉裝置鋪在上而，進行下-層燒結(jié)，反復進行垃至得到最終的零件。目前 主要有兩種商品化的SLS工藝：是美國DTM公司的Rapid Tool工藝；另飛：種是德國EOS公 司的Direct Tool工藝。Rapid Tool 工藝該工藝采用激光燒

5、結(jié)包覆有粘結(jié)劑的鋼粉，由計算機控制激光束的掃描路徑，加熱融化后的粘結(jié) 劑將金屬粉末粘結(jié)在起，生成約有4熬孔隙率的零件，干燥后，放入高溫爐膛內(nèi)進行燒結(jié)、滲 銅，生成農(nóng)而密實的零件，此時零件中上材料成分為6熬的鋼和35喘的銅。經(jīng)過打磨等后處理匸 序后，得到最終的模具。Direct Tool 工藝通過燒結(jié)過程使低熔點金屬向基體金屬粉末中滲透來增人粉末間隙，產(chǎn)生尺寸膨脹抵消燒結(jié)收縮, 使最終的收縮率幾乎為零。2 3DPrinting由MIT開發(fā)的3DP技術(shù)已發(fā)展成可利用噴頭有選擇地向金屬粉末噴射粘結(jié)劑,利用粘結(jié)劑使 金屬粉末成型。這種低密度的（約為50 %）成型件也要經(jīng)過去除粘結(jié)劑和滲銅處理，最終得到

6、密 度達92弔以上的模件。其成型厚度為0. 17 mm，因而其尺寸精度只達到0. 1 mm 的水平。這種方法的優(yōu)點是可以制造的材料多種多樣，這種參樣性既可體現(xiàn)在不同模件上，也可體 現(xiàn)在同個模件上，其尺寸也可以比較人，幾何形狀任意，過程簡單，是種比較看好的技術(shù)。3光固化法制作注射成型模具這是種以環(huán)氧樹脂基的光敬樹脂為原料在SL設備上成型的方法。它用密集激光束過量掃描 待成型農(nóng)而，即激光束掃描間距很小,甚至部分重合，同時照射非常均勻。該法制作的快速成型件 的精度和農(nóng)而光潔度在目前所有RP方法中是最好的，因此常用它來制作模具制造中所用的母模。 用此種方法直接制作注射模的型腔或型芯，也達到r非常好的效

7、果，可用于注射多種熱塑性的塑 料，甚至可注射研磨性的塑料，壽命達200件，價格適中，制作時間般在2星期左右。需要注意 的是環(huán)氧樹脂導熱性差，雖然帶來了可用較小壓力注射的好處，也要考慮注射周期問題。.4 LOM 法與般的LOM不同的是，它直接在成型機上進行金屬薄板的疊層制造，根據(jù)CAD模型，采用 激光或水射流方法形成輪廓。采用擴散粘結(jié)將切割的薄板疊全起來，形成偽金屬實體零件，由于 板村的厚度較大，會產(chǎn)生臺階效應，因此需要精加工處理。（二）間接制模法直接制模法根據(jù)要求，能夠在不同部位采用不同材料。然而，直接制模法受到工藝本身限制，制 造的模具在農(nóng)而及尺寸精度、人小規(guī)格、形狀自由度等方而尚不能滿足高

8、精度金屬模具的要求。 具有競爭力的快速制模方法主要是將快速成型與鑄造、噴涂、電鍍、粉末成型等傳統(tǒng)成型工藝相 結(jié)合的間接制模法。間接制模法主要有以下幾種方法。1硅膠模硅膠模應用非常廣泛。首先用RP法制作出“正”的與待成型件相同的母模，然后在母模周圉 澆滿硅橡膠。固化后，沿所要求的分型而將硅橡膠切開，取出母模后就制成了硅膠模。為了保證硅 膠模的質(zhì)量，要求母模農(nóng)面經(jīng)過拋光處理，因為模具翻制過程中會將母模衣而的幾乎所有特征哪 怕手印復制到硅膠模成型而上進而復制到零部件上。硅膠模具有制作速度極快，可以澆鑄多種熱 固性塑料,成型件具有較好精度，價格非常便宜等優(yōu)點,但硅膠模不能制作持度要求很高的零件， 壽命

9、短，通常只能澆鑄2530件。2環(huán)氧樹脂模具制作過程類似硅膠模生產(chǎn)過程，只是將硅膠換成r摻有鋁粉的環(huán)氧樹脂。整個模具需分兩次澆 鑄制成，因為環(huán)氧樹脂不能象硅膠那樣用刀切分型。環(huán)氧樹脂在固化過程中伴有少量收縮，因此母 模常會損壞。環(huán)氧樹脂的導熱性極差，用純環(huán)氧樹脂制作的模具進行注塑成型時的熱量難以散出, 解決的辦法就是制作環(huán)氧樹脂的模具特征衣而，背后充填導熱性好的材料。這樣制作的模具具有 很好的抗壓強度,完全可以用于象注塑成型那樣的壓力成型，具有研磨性的材料也可以注塑，壽命 達數(shù)千件。3衣面噴涂金屬的模具在RP制作的母模外噴涂層霧化了的熔化金屬,待液態(tài)金屬固化后形成金屬衣而。受噴涂設 備和母模受溫限制，通常所用金屬材料是低熔點金屬，如鉛錫合金、鋅合金和線等，常用的噴涂方法 是電弧噴涂。如果母模能夠耐受高溫,也可以噴涂高熔點金屬如不銹鋼。此種模具用于注射成型 的壽命可達2 500件左右，與純金屬模具相比不能用更人的夾持力。研究成果農(nóng)明，若在母模農(nóng)面 噴涂線可進步捉高模具使用存命，因其具有較高衣面硬度(HV = 5400N/mm2 )和耐磨性，抗腐蝕性好，開模后注射成型件容易取出。這樣的模具在不到兩天時間內(nèi) 就可制作完成。注意這類模具的使用溫度不能超過300 C。3.意，實踐證明仍然可以應用