快速制模技術.doc

專題快速制模技術模具是制造業(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烈的要求。高速加工技術的出現(xiàn)，為模具制造技術開辟了一條嶄新的道路?？焖僦颇＜夹g是一種快捷、方便、實用的模具制造技術。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特點快速模具制造技術與傳統(tǒng)的模具制造技術相比,具有如下特點：（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)，而且能適應各種復雜程度的模具制造；它既能制造塑料模具，也能制造金屬模具。模具的結構愈復雜，快速模具制造的優(yōu)越性就更突出。（2）模具材料可強韌化和復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，可制造復合材料模具。(3)設計周期短，質(zhì)量高由于RT的模具設計極少依賴人的因素，因而可有效地降低人為的設計缺陷。設計師可利用RP制造的高精度模型，在設計階段就可對產(chǎn)品的整體或局部進行裝配和綜合評價，并不斷改進，大大地提高了產(chǎn)品的設計質(zhì)量。（4）便于遠程的制造服務由于RT對信息技術的應用，縮短了用戶和制造商之間的距離，利用互聯(lián)網(wǎng)可進行遠程設計和遠程服務，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?？焖僦颇＜夹g類型快速制模技術與傳統(tǒng)的機械加工相比，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)濟效益比較顯著的一類制造模具的技術，概括起來，有以下幾種類別。1快速原型制造技術快速原型制造技術簡稱RPM，是80年代后期發(fā)展起來的一種新型制造技術。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、光學掃描、計算機輔助設計（CAD)、計算機輔助加工(CAM)、數(shù)控(CNC)綜合應用的高新技術。在成型概念上以平面離散、堆積為指導，在控制上以計算機和數(shù)控為基礎，以最大柔性為總體目標。它摒棄了傳統(tǒng)的機械加工方法，對制造業(yè)的變革是一個重大的突破，利用RPM技術可以直接或間接地快速制模，該技術已被汽車、航空、家電、船舶、醫(yī)療、模具等行業(yè)廣泛應用。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SLA技術是交計算機CAD造型系統(tǒng)獲得制品的三維模型，通過微機控制激光，按著確定的軌跡，對液態(tài)的光敏樹脂進行逐層掃描，使被掃描區(qū)層層固化，連成一體，形成最終的三維實體，再經(jīng)過有關的最終硬化打光等后處量，形成制件或模具。激光立體光刻技術主要特點是可成型任意復雜形狀，成型精度高，仿真性強，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、功能實驗、快速制造電極和各種快速經(jīng)濟模具。但該技術所用的設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LOM技術是通過計算機的三維模型，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，最終疊加成三維實體產(chǎn)品。其工藝特點是成型速度快，成型材料便宜、成本低，因無相變，故無熱應力、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事，特別是復雜件內(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)燒結成型技術SLS技術是將計算機的三維模型通過分層軟件將其分層，在計算機控制下，使激光束依據(jù)分層的切片截面信息對粉末逐層掃描，掃描到的粉末燒結固化(聚合、燒結、粘結、化學反應等)，層層疊加，堆積成三維實體制件。該技術最大特點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FDM技術是由計算機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際制件薄層，自下而上層層堆積成一個三維實體，可直接做模具或產(chǎn)品。1.5三維印刷成型技術(3D-3D-P技術用微機控制一個連續(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材料，最終由順序印刷的二維層堆積成一個三維實體，猶如不使用激光的快速制模技術。該技術主要應用在金屬陶瓷復合材料的多孔陶瓷預成型件上，其目標是由CAD產(chǎn)品模型直接生產(chǎn)模具或功能性制作。2表面成型制模技術表面成型制模技術，主要是利用噴涂、電鑄、化學腐蝕等新的工藝方法形成型腔表面及精細花紋的一種工藝技術，實際應用中包括以下幾種類型。2.1電弧噴涂成型制模技術電弧噴涂成型技術的原理是：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合材料)加以支撐加固，提高其強度和剛性，連同金屬模架組合成模具。這種制模技術工藝簡單、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，花紋精度可達到0.5m。目前該技術被廣泛地用于飛機、汽車的內(nèi)飾件模具、家電、家具、制鞋、美術工藝品等表面形狀復雜及花紋精細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電鑄成型技術電鑄成型技術的原理同電鍍一樣，是依樣模(現(xiàn)成制品或按制品圖紙制成的母模)為基準(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。該技術主要特點是節(jié)省材料、模具制造周期短，電鑄層硬度可達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型腔表面精細花紋成型的蝕刻技術蝕刻技術是光學、化學、機加工綜合應用的一種技術，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制在已涂上光敏材料的模具型腔表面上，經(jīng)過化學處理，模具型腔表面形成不被蝕刻部分的保護層，再根據(jù)模具材質(zhì)，選擇相應蝕刻工藝，將花紋圖案蝕刻在模具內(nèi)表面上。該技術的主要特點是時間短、費用低，修補破損花紋圖案可做到天衣無縫。3澆鑄成型制模技術澆鑄成型制模技術的共同特點是依樣件為基準，澆鑄出凸、凹模，型腔表面不需要機械加工。實際制模中主要有以下幾種類型。3.1鉍錫合金制模技術鉍錫合金快速制模技術是經(jīng)樣件為基準，以Bi-Sn(鉍錫)二元共晶合金(熔點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。該技術的特點是制模成本低，合金可重復使用，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鋅基合金制模技術這是一種以樣件(或樣模)為基準，以熔點為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行機械加工的一種制模技術。該技術特點是制模成本低、周期短，適用于制作薄板大型拉伸模、沖裁模及塑料模。3.3樹脂復合成型模具技術這是一種以樣模(或工藝模型)為基準，以樹脂或其復合材料為流體材料，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。該技術成型的型腔表面不需機械加工。該技術與CAD/CAM相結合，特點是模具尺寸精度高、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硅橡膠制模技術該技術以制件原型或模型為基準，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4.1冷擠壓成型利用鈹銅合金的良好的導熱性和穩(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。其特點是制造周期短，型腔精度高(IT7級)，表面粗糙度Ra=0.025m,強度高，壽命可達50萬次，無環(huán)境污染。4.2超塑成型制模技術該技術是利用金屬材料在細化晶粒、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)濟制模技術。超塑成型材料的典型代表是Zn-22%AL。5無模多點成形技術無模多點快速成形技術是以CAD/CAM/CAT技術為主要手段，利用計算機控制高度可調(diào)基本體群形成上下成形面，代替?zhèn)鹘y(tǒng)模具對板料進行三維曲面成形的又一現(xiàn)代先進制造技術。此項技術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，可反復成形，以此消除材料內(nèi)部的殘余應力，實現(xiàn)無回彈成形。6凱維朗(KEVRON)鋼帶沖裁落料制模技術新型鋼帶沖裁落料制模技術是一種不同于一般具有凸、凹模結構的鋼帶模，它是由單刃鋼帶與特制墊板組成的新型快速經(jīng)濟制模技術。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。壽命可達到5-25萬次，制造成本低。7模具毛坯的快速制造技術實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重要的。現(xiàn)代模具毛坯已廣泛地采用子實型鑄造技術，所謂實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?；蚪饘倌?，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。實型鑄造在實際應用中有下列幾種情況。7.1干砂實型鑄造即用55-100目的全干沒有任何粘結劑的石英砂造型，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負壓實型鑄造負壓實型鑄造又稱V法造型。該技術是使用全干而無粘結劑的石英砂做型砂，用EPS或PMMA泡沫塑料做模型，在塑料薄膜的密封條件下，讓整個鑄型在負壓條件下(真空度0.4-0.67MPa)進行液體金屬澆鑄，鑄件凝固后解除負壓即可得到表面光潔的鑄件。7.3樹脂砂實型鑄造利用樹脂砂做型砂，用E