快速成形技術(shù)的快速模具制造技術(shù)(doc )

1、基于快速成形技術(shù)的快速模具制造技術(shù)一、引言     近10年來，制造業(yè)市場環(huán)境發(fā)生了巨大的變化，迅速將產(chǎn)品推向市場已成為制造商把握市場先機(jī)的重要保障。因此，產(chǎn)品的快速開發(fā)技術(shù)將成為贏得21世紀(jì)制造業(yè)市場的關(guān)鍵     快速成形技術(shù)(以下簡稱RP)是一種集計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、精密機(jī)械、數(shù)控激光技術(shù)和材料學(xué)為一體的新興技術(shù)，它采用離散堆積原理，將所設(shè)計(jì)物體的CAD模型轉(zhuǎn)化成實(shí)物樣件。由于RP技術(shù)采用將三維形體轉(zhuǎn)化為二維平面分層制造的原理，對(duì)物體構(gòu)成復(fù)雜性不敏感，因此物體越復(fù)雜越能表達(dá)它的優(yōu)越性。   &

2、#160; 以RP為技術(shù)支撐的快速模具制造RT(Rapid Tooling)也正是為了縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期，早日向市場推出適銷對(duì)路的、按客戶意圖定制的多品種、小批量產(chǎn)品而開展起來的新型制造技術(shù)。由于產(chǎn)品開發(fā)與制造技術(shù)的進(jìn)步，以及不斷追求新穎、奇特、多變的市場消費(fèi)導(dǎo)向，使得產(chǎn)品(尤其是消費(fèi)品)的壽命周期越來越短已成為不爭的事實(shí)。例如，汽車、家電、計(jì)算機(jī)等產(chǎn)品，采用快速模具制造技術(shù)制模，制作周期為傳統(tǒng)模具制造的1/31/10，生產(chǎn)本錢僅為1/31/5。所以，工業(yè)興旺國家已將RP/RT作為縮短產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間及模具制作周期的重要研究課題和制造業(yè)核心技術(shù)之一，我國也已開始了快速制造業(yè)的研究與開發(fā)應(yīng)

3、用工作。二、基于RPM的快速模具制造方法     模具是制造業(yè)必不可少的手段，其中用得最多的有鑄模、注塑模、沖壓模和鍛模等。傳統(tǒng)制作模具的方法是：對(duì)木材或金屬毛坯進(jìn)行車、銑、刨、鉆、磨、電蝕等加工，得到所需模具的形狀和尺寸。這種方法既費(fèi)時(shí)又費(fèi)錢，特別是汽車、摩托車和家電所需的一些大型模具，往往造價(jià)數(shù)十萬元以上，制作周期長達(dá)數(shù)月甚至一年。而基于RPM技術(shù)的RT直接或間接制作模具，使模具的制造時(shí)間大大縮短而本錢卻大大降低。     1. 用快速成形機(jī)直接制作模具    由于一些快

4、速成形機(jī)制作的工件有較好的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性，因此快速成形件可直接用作模具。例如，Stratasys公司TITAN快速成形機(jī)的PPSF制件堅(jiān)如硬木，可承受300高溫，經(jīng)外表處理(如噴涂清漆，高分子材料或金屬)后可用作砂型鑄造木模、低熔點(diǎn)合金鑄造模、試制用注塑模以及熔模鑄造的壓型。當(dāng)用作砂形鑄造的木模時(shí)，它可用來重復(fù)制作50100件砂型。作為蠟?zāi)５某尚湍r(shí)，它可用來重復(fù)注射100件以上的蠟?zāi)?。用FDM快速成形機(jī)的ABS工件能選擇性地融合包裹熱塑性粘結(jié)劑的金屬粉，構(gòu)成模具的半成品，燒結(jié)金屬粉并在孔隙滲入第二種金屬鋁從而制作成金屬模。 2.用快速成形件作母模，復(fù)制軟模具(Soft tooling) &

5、#160;   用快速成形件作母模，可澆注蠟、硅橡膠、環(huán)氧樹脂、聚氨脂等軟材料，構(gòu)成軟模具，或先澆注硅橡膠、環(huán)氧樹脂模(即蠟?zāi)５膲盒?，再澆注蠟?zāi)?。其中，蠟?zāi)？捎糜谌勰ｈT造，而硅橡膠模、環(huán)氧樹脂模等可用作試制用注塑模或低熔點(diǎn)合金鑄造模。     3.用快速成形件作母模，復(fù)制硬模具(Iron tooling)    用快速成形件作母模，或據(jù)其復(fù)制的軟模具，可澆注(或涂覆)石膏、陶瓷、金屬基合成材料、金屬，構(gòu)成硬模具(如各種鑄造模、注塑模、蠟?zāi)５膲盒?、拉伸?，從而批量生產(chǎn)塑料件或金屬件。

6、這種模具有良好的機(jī)械加工性能，可進(jìn)行局部切削加工，以便獲得更高的精度，或鑲?cè)肭秹K、冷卻系統(tǒng)、澆注系統(tǒng)等。用金屬基合成材料澆注成的蠟?zāi)５膲盒?，其模具壽命可達(dá)100010000件。     4. 用快速成形系統(tǒng)制作電脈沖機(jī)床用電極    用快速成型件作母體，通過噴鍍或涂覆金屬、粉末冶金、精密鑄造、澆注石墨粉或特殊研磨，可制作金屬電極或石墨電極。     三、基于RP的快速模具制造的應(yīng)用     1. 利用硅橡膠模(Silicon Rubbe

7、r Mold)制作佛頭、線圈     硅橡膠有很好的彈性和復(fù)制性能，用它來復(fù)制模具可不考慮拔模斜度，根本不會(huì)影響尺寸精度，而且這種材料有很好的切割性能，用薄片就可容易地將其切開且切面間非常貼合，因此用它來復(fù)制模具時(shí)可以先不分上下模，整體澆注出軟模后，再沿預(yù)定的分模面將其切開，取出母模，即可得到上下兩個(gè)軟模。 (1)試驗(yàn)用設(shè)備和材料    所用的設(shè)備：Stratasys的Titan快速成形機(jī)、HVC-1真空注型機(jī)和恒溫箱。所用的材料：日產(chǎn)KE-1310ST透明硅橡膠、日產(chǎn)CAT-1310固化劑(澆注時(shí)，KE-1310

8、ST與CAT-1310以100：10混合)和PX215真空注型硬制聚氨脂樹脂(異氰酸脂，多元醇11混合)。 (2)制模工藝路線    使用 UG、PRO-E、Solid Edge 等軟件進(jìn)行三維實(shí)體造型，以STL文件格式保存；將文件輸入快速成形機(jī)作出制件原型，處理后作為硅橡膠母模；組合模框后將硅橡膠和固化劑的混合物澆注于框中，通過真空脫泡、固化后剖切取出母樣即得硅膠模；最后在真空注型機(jī)中澆注塑料樣件。具體的制模流程如圖1所示。CAD三維造型軟件 STL文件 FDM快速成型制作母件 制作?？?澆注硅膠和固化劑的混合物 固化 分模 樹脂澆注 圖1 制模工藝路

9、線(3)制作硅膠模具時(shí)的考前須知    對(duì)加成型硅橡膠而言，不要在室溫下固化，而以4060加溫固化；分模面的選取一定要注意將外觀面朝下，在內(nèi)觀面的適宜位置上放置膠棒；如果零件有倒鉤，可以在硅膠模上作45°切口，但注意不要割斷；在一些樹脂不易流滿的死角處，一定要做氣孔；對(duì)不容易進(jìn)行分模的原型件，可以噴少許離型劑。     此外，對(duì)形狀復(fù)雜(倒鉤、斜面很多)，兩半模無法滿足脫模條件的情況，開模時(shí)可以將硅橡膠模具剖開成數(shù)塊來處理。但要注意，在澆注塑料件的時(shí)候合模應(yīng)精確，否那么會(huì)因模具的錯(cuò)位或合模不緊而影響澆注品

10、的精度。 (4)應(yīng)用圖例    圖2和圖3分別是我們制作的佛頭和線圈模具的照片。此主題相關(guān)圖片如下：圖2 佛頭模具此主題相關(guān)圖片如下：圖3 線圈模具2. 利用電極(electroforming)快速制造精鑄擺桿 注射模等多種模具的型腔常常用電脈沖加工機(jī)床(EDM)制作。它是利用導(dǎo)電材料(金屬)在液體介質(zhì)中放電時(shí)的電腐蝕現(xiàn)象來對(duì)金屬材料(型腔)進(jìn)行加工的，原理如4所示。此主題相關(guān)圖片如下：圖4 電脈沖加工原理圖(1)精鑄擺桿制作工藝流程    如圖5所示，在此擺桿制作工藝中，電極的制作是關(guān)鍵。我們首先用快速成形機(jī)制作

11、出母件，在其外表進(jìn)行金屬噴鍍構(gòu)成銅電極殼體，然后取出電極殼體，在電極殼體的反面注射環(huán)氧樹脂，用電極固定座與電極殼體連接構(gòu)成銅電極。這樣，精鑄擺桿電極就制作完成了。FDM快速成型機(jī)制作母件 利用噴鍍法由母件制作上、下形狀電極 通過電蝕加工出擺桿上、下模腔 制作蠟?zāi)?利用蠟?zāi)＿M(jìn)行鑄造 圖5 擺桿制作工藝流程(2)考前須知    1)這種方法由于通過電極的電流較大會(huì)產(chǎn)生大量的熱，如果散熱不夠好，鍍層和母體易別離，導(dǎo)致電極鍍層畸變、破裂，加劇損耗。為此，可在電極中設(shè)置相應(yīng)的冷卻道，或在*近鍍層處放入金屬嵌塊來改善導(dǎo)熱。    2)在電脈沖加工過程中，電極與被加工外表之間的間隙應(yīng)適中。過大，極間電壓不能擊穿極間介質(zhì)，從而不能產(chǎn)生火花放電，過小，容易短路。    3)加工工件必須放在較高絕緣強(qiáng)度的液體介質(zhì)中進(jìn)行。通常采用泵和過濾器使工作液循環(huán)過濾。    4)精加工電極外表應(yīng)盡可能光潔，以便減少模腔外表的后處理工作量。 (3)應(yīng)用圖例    如圖6所示，從左向右依次為快速原型件、上半形狀電極及模具、下半形狀電極及模具、蠟?zāi)?。此主題