快速成型技術(shù)在模具工業(yè)中的應(yīng)用

1、快速成型技術(shù)在模具工業(yè)中的應(yīng)用王再明李明喜(黃石高等?？茖W(xué)校 科研處, 湖北 黃石 435003)摘要: 介紹了快速成型技術(shù)的基本原理、主要特點(diǎn)及其在模具工業(yè)中的應(yīng)用情況。關(guān)鍵詞: 快速成型技術(shù); 模具工業(yè); 特點(diǎn); 應(yīng)用中圖分類號(hào): T H 164文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: B文章編號(hào): 10083529 (2002) 01008803A pp l ica t ion of Ra p id Pro to typ in g M a tur in g in D ie s In dustryW ANG Z a i2m ingL IM ing 2x i(Sc ien t if ic R e sea rch Sec

2、 t io n, H uang sh i Po ly tech n ic Co llege, H uang sh i 435003, C h ina)A bstra c t: In th is a r t ic le, th e b a sic th eo ry o f R ap id P ro to typ in g M a tu r in g isin t ro du ced an d it s app lica t io n in d ie s in du st ry an d ch a rac te r ist ic a re a lso d iscu ssed.Key W ord s

3、: R ap id P ro to typ in g M a tu r in g; d ie s in du st ry; ch a rac te r ist ic s; app lica t io n快速成型技術(shù) (R ap id P ro to typ in g M a tu r in g) 是近年發(fā)展起來(lái)的直接根據(jù) CA D 模型快速生產(chǎn)樣件或零件的成組技術(shù)的總稱, 它集成了 CA D 技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)和材料技術(shù)等 現(xiàn)代科技成果, 是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分。11 快速成型系統(tǒng)的構(gòu)成和原理1. 1系統(tǒng)構(gòu)成快速成型系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩部分組成。 其中, 硬件由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、激

4、光選區(qū)燒結(jié)器、光路及其掃描系統(tǒng)、成型室及送料室組成; 軟件由操作系統(tǒng)、CA D 軟件、CA D 切層軟件、激光選區(qū)燒結(jié)控制軟件等組成。1. 2工作原理首先把要生產(chǎn)的產(chǎn)品用 CA D 軟件繪成三維 CA D 實(shí)體模型或轉(zhuǎn)換成曲面模型文件, 再轉(zhuǎn)換成 STL 文件格式, 然后用專用軟件從 STL 文件“切”( slice) 出設(shè)定厚度的一系列片層, 或直接從 CA D 文件切出, 這些片層按次序累積仍為所設(shè)計(jì)模具或產(chǎn)品的形狀。然后將上述一系列 片層的信息傳到快速自動(dòng)成型機(jī)中, 類似于計(jì)算機(jī)向打印機(jī)傳遞信息, 用材料添加法依次將每收稿日期: 2002 01 04作者簡(jiǎn)介: 王再明 ( 1968- )

5、 , 男, 工程師, 主要從事電氣自動(dòng)化和應(yīng)用電子專業(yè)的教學(xué)和研究工作。第 1 期王再明 李明喜: 快速成型技術(shù)在模具工業(yè)中的應(yīng)用·89·一層做出來(lái), 同時(shí)連接各層, 直到完成整個(gè)模型。1. 3選區(qū)激光燒結(jié)原理如圖 1, 快速成型機(jī)是利用選區(qū)激光燒結(jié) (Se lec t iveL a se r S in te r in g, 縮寫為 SL S) 原理工作的。2成型系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)是在一封閉的成型室中裝有兩個(gè)活塞機(jī)構(gòu), 一個(gè)用于供粉, 另一個(gè)用于成型。 成型過程開始, 供粉活塞 上移一定量, 鋪粉滾筒將粉均勻地鋪在加工平面上, 激光 束在計(jì)算機(jī)的控制下透過激光窗口以一定的速度和

6、能量密度掃描, 激光束的開關(guān)與待成型模具或產(chǎn)品的第一層 信息相關(guān)。 激光束掃過之處, 粉末燒結(jié)成一定厚度的片 層, 未掃過的地方仍是松散的粉末, 這樣模具或產(chǎn)品的第 一層就制造出來(lái)了。這時(shí)成型活塞下移一定的距離, 這個(gè) 距離與設(shè)計(jì)模具的切片厚度一致; 同時(shí)供粉活塞上移一圖 1 激光選區(qū)燒結(jié)原理圖定量, 鋪粉滾筒再次將粉末鋪平, 激光束開始依照設(shè)計(jì)模具第二層的信息掃描。激光掃過之后,形成的第二層同時(shí)就燒結(jié)在第一層上。 如此反復(fù), 一個(gè)三維的模型就制造出來(lái)了。32快速成型技術(shù)的特點(diǎn)快速成型技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn):(1) 與模具的復(fù)雜程度無(wú)關(guān), 可以實(shí)現(xiàn)自由制造。 無(wú)論多么復(fù)雜的模具, 只要設(shè)計(jì)出來(lái), 就可

7、以用快速成型技術(shù)制造出來(lái), 這是傳統(tǒng)的模具加工方法無(wú)法比擬的。(2) 生產(chǎn)模具的單價(jià)與批量無(wú)關(guān), 特別適合于新模具的開發(fā)和單件小批量模具的生產(chǎn)。( 3) 對(duì)一些直接用成型料生產(chǎn)的模具, 可以實(shí)現(xiàn)非接觸加工; 沒有工具的更換和磨損之類 的問題; 可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班; 不需要機(jī)加工方面的專門知識(shí)就可操作; 無(wú)切割、噪音和振動(dòng)等; 有利于環(huán)保, 材料無(wú)浪費(fèi)。( 4) 生產(chǎn)過程數(shù)字化, 與 CA D 模型有直接的關(guān)聯(lián), 零件可大可小, 所見即所得, 可隨時(shí)修 改、隨時(shí)制造。(5) 模具生產(chǎn)周期大大縮短, 是模具制造業(yè)甚至是制造業(yè)上的又一次革命。 比較見表 1。( 6) 大大節(jié)約模具生產(chǎn)的費(fèi)用, 有的可減

8、少到傳統(tǒng)生產(chǎn)方法的幾分之一甚至幾十分之一。 比較見表 1。這一技術(shù)的缺點(diǎn)是一次性投資較大, 整個(gè)系統(tǒng)需要上百萬(wàn)元的投資。表 1傳統(tǒng)方法與快速成型法開發(fā)周期與費(fèi)用比較模具產(chǎn)品傳統(tǒng)方法開發(fā)周期費(fèi)用快速成型法開發(fā)周期費(fèi)用制造新型火箭發(fā)動(dòng)機(jī)泵殼生產(chǎn)傳真機(jī)外殼制造 250 型雙缸摩托車缸頭8 個(gè)月30 萬(wàn)元2 個(gè)月2. 5 萬(wàn)元4 個(gè)月10 萬(wàn)元2. 7 個(gè)月7. 5 萬(wàn)元15 天0. 8 萬(wàn)元1 個(gè)月2 萬(wàn)元© 1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. ·90

9、·唐山高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)第 15 卷快速成型技術(shù)在模具工業(yè)中的應(yīng)用3快速成型技術(shù)在模具工業(yè)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:( 1) 快速模具制造: 一些低熔點(diǎn)合金模、硅膠模、金屬冷噴模、陶瓷模等, 可以直接用于生 產(chǎn), 適應(yīng)產(chǎn)品更新?lián)Q代快、批量小的特點(diǎn)。( 2) 澆鑄模具制造: 在鑄造業(yè)生產(chǎn)中, 鑄造模具、模板、芯盒、壓蠟?zāi)?、壓鑄模的制造常常采 用機(jī)加工的方法, 有時(shí)還需要鉗工進(jìn)行修整, 不僅周期長(zhǎng)、耗資大, 而且過程復(fù)雜、環(huán)節(jié)多, 略有 失誤有時(shí)就需要返工。 如果一些復(fù)雜鑄件像葉片、葉輪、缸蓋等, 先用快速成型法制作蠟?zāi)? 再 經(jīng)過涂殼、焙燒、失蠟、加壓澆鑄、噴砂和必要的機(jī)加工, 就

10、可以快速生產(chǎn)出產(chǎn)品。(3) 模具設(shè)計(jì)和樣品驗(yàn)證: 有的模具設(shè)計(jì)完成后, 很難找出其外觀和結(jié)構(gòu)的缺陷。如果先用 快速成型法制成塑料模型, 不僅可以直接看出外觀, 而且其結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品可以直接得到驗(yàn)證, 發(fā)現(xiàn)失誤和缺陷可以在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行修改。(4) 裝配和功能驗(yàn)證: 一些塑料產(chǎn)品模具的設(shè)計(jì), 可以通過快速成型法制造出樣品, 并直接 進(jìn)行裝配驗(yàn)證。一些產(chǎn)品經(jīng)過設(shè)計(jì)后還要進(jìn)行功能驗(yàn)證, 這也可以先用精鑄熔模材料借助快速 成型法生產(chǎn)鑄熔模, 經(jīng)過熔模鑄造工藝得到鑄造毛坯, 再經(jīng)過必要的機(jī)加工, 就可完成成品的 樣品和功能驗(yàn)證。參考文獻(xiàn):王振林. 數(shù)控加工技術(shù)是應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ) J . 機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新與開發(fā), 2001, (5) : 30- 32.123鞠華, 李劍, 王文, 等. 快速原型制造與反求工程集成的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù) J .機(jī)械制造, 2001, (6) : 22- 24.機(jī)械制造, 2001, (7) : 30- 31.(責(zé)任編校: 白麗娟)洪慎章, 曾振鵬. 國(guó)內(nèi)外粉末鍛造工藝的應(yīng)用與展望J .(上接第 87 頁(yè))結(jié)束語(yǔ)T CA 785 集成觸發(fā)器有多個(gè)觸發(fā)脈沖輸出端 ( 見表 1) , 可根據(jù)晶閘管變流電路對(duì)觸發(fā)脈 沖的需要選用不同的脈沖輸出。2, 3, 4, 7 腳由于輸出電流較小, 故需加