第八章_基于快速原型的軟?？焖僦圃旒夹g(shù)

1、第八章第八章 基于快速原型的軟模快速制造技術(shù)基于快速原型的軟?？焖僦圃旒夹g(shù) 快速成型與快速模具制造技術(shù)及其應(yīng)用快速成型與快速模具制造技術(shù)及其應(yīng)用機(jī)械工業(yè)出版社（第三版）機(jī)械工業(yè)出版社（第三版） 快速原型由于其制造方法要求的使用材料的限制，并不能夠完全替代最終的產(chǎn)品。因此，在新產(chǎn)品功能檢驗(yàn)、投放市場試運(yùn)行獲得用戶使用后的反饋信息以及小批量生產(chǎn)等方面，仍需要由實(shí)際材料制造的產(chǎn)品。 因此，利用快速原型作母模來翻制模具并生產(chǎn)實(shí)際材料的產(chǎn)品，便產(chǎn)生了基于快速原型的快速模具制造技術(shù)(Rapid ToolingRT)。 RT技術(shù)突出的特點(diǎn)就是其顯著的經(jīng)濟(jì)效益，與傳統(tǒng)的數(shù)控加工模具方法相比，周期和費(fèi)用都降低1

2、/31/10左右，如表8-1所示。近年來，工業(yè)界對RT的研究開發(fā)投入了日益增多的人力和資金，RT的收益由此也獲得了巨大增長。據(jù)SME統(tǒng)計，近年來RT服務(wù)的收益年增長率均高于RP系統(tǒng)銷售。 第八章第八章 基于快速原型的軟模快速制造技術(shù)基于快速原型的軟?？焖僦圃旒夹g(shù)第八章第八章 基于快速原型的軟?？焖僦圃旒夹g(shù)基于快速原型的軟?？焖僦圃旒夹g(shù)硅橡膠模具快速制造技術(shù)硅橡膠模具快速制造技術(shù)電弧噴涂快速模具制造技術(shù)電弧噴涂快速模具制造技術(shù)快速模具的分類及基本工藝流程快速模具的分類及基本工藝流程123環(huán)氧樹脂模具快速制造技術(shù)環(huán)氧樹脂模具快速制造技術(shù)4纖維增強(qiáng)聚合物壓制模纖維增強(qiáng)聚合物壓制模5第八章第八章 基于

3、快速原型的軟?？焖僦圃旒夹g(shù)基于快速原型的軟?？焖僦圃旒夹g(shù)第一節(jié)第一節(jié) 快速模具的分類及基本工藝流程快速模具的分類及基本工藝流程 基于RP的快速模具制造方法一般分為直接法和間接法兩大類。直接制模法是直接采用RP技術(shù)制作模具，在RP技術(shù)諸方法中能夠直接制作金屬模具的是選擇性激光燒結(jié)法（SLS法）。用這種方法制造的鋼銅合金注射模，壽命可達(dá)5萬件以上。但此法在燒結(jié)過程中材料發(fā)生較大收縮且不易控制，故難以快速得到高精度的模具。目前，基于RP快速制造模具的方法多為間接制模法。間接制模法指利用RP原型間接地翻制模具。依據(jù)材質(zhì)不同，間接制模法生產(chǎn)出來的模具一般分為軟質(zhì)模具（Soft Tooling）和硬質(zhì)模具

4、(Hard Tooling)兩大類。 軟質(zhì)模具因其所使用的軟質(zhì)材料（如硅橡膠、環(huán)氧樹脂等）有別于傳統(tǒng)的鋼質(zhì)材料而得名，由于其制造成本低和制作周期短，因而在新產(chǎn)品開發(fā)過程中作為產(chǎn)品功能檢測和投入市場試運(yùn)行以及國防、航空等領(lǐng)域單件、小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)方面受到高度重視，尤其適合于批量小、品種多、改型快的現(xiàn)代制造模式。目前提出的軟質(zhì)模具制造方法主要有硅橡膠澆注法、金屬噴涂法、樹脂澆注法等。 軟質(zhì)模具生產(chǎn)制品的數(shù)量一般為505000件，對于上萬件乃至幾十萬件的產(chǎn)品，仍然需要傳統(tǒng)的鋼質(zhì)模具，硬質(zhì)模具指的就是鋼質(zhì)模具，利用RP原型制作鋼質(zhì)模具的主要方法有熔模鑄造法、電火花加工法、陶瓷型精密鑄造法等。第一節(jié)第一

5、節(jié) 快速模具的分類及基本工藝流程快速模具的分類及基本工藝流程圖圖 8-1 基于基于RP的快速模具方法的分類及應(yīng)用的快速模具方法的分類及應(yīng)用第一節(jié)第一節(jié) 快速模具的分類及基本工藝流程快速模具的分類及基本工藝流程圖圖 8-2 基于基于RP原型的一次轉(zhuǎn)換澆注法制模工藝流程原型的一次轉(zhuǎn)換澆注法制模工藝流程第一節(jié)第一節(jié) 快速模具的分類及基本工藝流程快速模具的分類及基本工藝流程硅橡膠模具快速制造技術(shù)硅橡膠模具快速制造技術(shù)電弧噴涂快速模具制造技術(shù)電弧噴涂快速模具制造技術(shù)快速模具的分類及基本工藝流程快速模具的分類及基本工藝流程123環(huán)氧樹脂模具快速制造技術(shù)環(huán)氧樹脂模具快速制造技術(shù)4纖維增強(qiáng)聚合物壓制模纖維增強(qiáng)

6、聚合物壓制模5第八章第八章 基于快速原型的軟?？焖僦圃旒夹g(shù)基于快速原型的軟模快速制造技術(shù)第二節(jié)第二節(jié) 硅橡膠模具快速制造技術(shù)硅橡膠模具快速制造技術(shù) 硅橡膠模具制造工藝是一種比較普及的快速模具制造方法。由于硅橡膠模具具有良好的柔性和彈性，能夠制作結(jié)構(gòu)復(fù)雜、花紋精細(xì)、無拔模斜度甚至具有倒拔模斜度以及具有深凹槽類的零件，制作周期短，制件質(zhì)量高，因而備受關(guān)注。由于零件的形狀尺寸不同，對硅橡膠模具的強(qiáng)度大小要求也不一樣，因而制模方法也有所不同。 目前，制模用硅橡膠為雙組分液體硅橡膠，分為縮合型和加成型兩類。 縮合型模具硅橡膠的主要組分包括：端基和部分側(cè)基為羥基的聚硅氧烷（生膠）、填料、交聯(lián)劑和硫化促進(jìn)劑

7、。 加成型模具硅橡膠的主要組分包括：端基和部分側(cè)基為乙烯基的聚硅氧烷（生膠）、含氫硅油（交聯(lián)劑）、鉑觸媒（催化劑）、白炭黑（填料）。 這兩種模具硅橡膠材料已在國內(nèi)外許多行業(yè)獲得了廣泛應(yīng)用。 一般來說，縮合型模具硅橡膠的抗剪強(qiáng)度較低，在模具制造過程中易被撕破，因此很難適用于那些花紋深、形狀復(fù)雜的模具。在用縮合型模具膠制造厚模具的過程中，由于縮合交聯(lián)過程中產(chǎn)生的乙醇等低分子物質(zhì)難于完全排出，致使模具在受熱時硅橡膠降解老化而顯著影響其使用壽命；同時由于乙醇等低分子物質(zhì)的排出致使硫化膠的體積收縮，從而造成模具的尺寸小于相應(yīng)的原型尺寸。因此，縮合型模具硅橡膠大多用作塑料與人造革生產(chǎn)中的高頻壓花模具或用于

8、一些尺寸要求不精密的工藝品制造。 加成型模具硅橡膠由于采用加成硫化體系，硫化時不產(chǎn)生低分子化合物，因而具有極低的線收縮率，膠料可以深部固化，而且物理性能、力學(xué)性能和耐熱老化性能優(yōu)異，成為了模具膠中正在大力發(fā)展的品種。加成型模具硅橡膠適用于制造精密模具和鑄造模具，而且模具制造工藝簡單，不損傷原型，仿真性好。 第二節(jié)第二節(jié) 硅橡膠模具快速制造技術(shù)硅橡膠模具快速制造技術(shù) 模具簡單易行，無需特殊的技術(shù)及設(shè)備，只需數(shù)小時在室溫下即可制成。硅橡膠模具能經(jīng)受重復(fù)使用和粗劣操作，能保持制件原型和批量生產(chǎn)產(chǎn)品的精密公差，并能直接加工出形狀復(fù)雜的零件，免去銑削和打磨加工等工序，而且脫模十分容易，大大縮短產(chǎn)品的試制

9、周期，同時模具修改也很方便。此外，由于硅橡膠模具具有很好的彈性，對凸凹部分澆注成型后也可直接取出，這是它的獨(dú)特之處。 硅橡膠的這些優(yōu)點(diǎn)使它成為制模材料的佼佼者，一部分已進(jìn)入機(jī)械制造領(lǐng)域并與金屬模具相競爭。目前用硅橡膠制造的彈性模具已用于代替金屬模具生產(chǎn)蠟?zāi)?、石膏模、陶瓷模、塑料件，乃至低熔點(diǎn)合金如鉛、鋅以及鋁合金零件，并在輕工、塑料、食品和仿古青銅器等行業(yè)的應(yīng)用不斷擴(kuò)大，對產(chǎn)品的更新?lián)Q代起到不可估量的作用。利用硅橡膠制造模具，可以更好的發(fā)揮RP&M技術(shù)的優(yōu)勢。v2.1 硅橡膠模具的特點(diǎn)硅橡膠模具的特點(diǎn) 第二節(jié)第二節(jié) 硅橡膠模具快速制造技術(shù)硅橡膠模具快速制造技術(shù) 由于RP技術(shù)生產(chǎn)出來的原

10、型材料與硅橡膠不發(fā)生反應(yīng)，制造過程中沒有經(jīng)過變形，也不會產(chǎn)生褶皺，能夠生產(chǎn)出與精密塑料件一樣的表面質(zhì)量。利用RP原型制作硅膠模具的工藝流程為： 圖圖 8-3 硅橡膠軟?？焖僦谱鞴に嚵鞒坦柘鹉z軟?？焖僦谱鞴に嚵鞒蹋?）原型表面處理 RP法制作的原型在其疊層斷面之間一般存在臺階紋或縫隙，需進(jìn)行打磨和防滲與強(qiáng)化處理等以提高原型的表面光滑程度和抗?jié)裥耘c抗熱性等。只有原型表面足夠光滑，才能保證制作的硅膠模型腔的光潔度，進(jìn)而確保翻制的產(chǎn)品具有較高的表面質(zhì)量和便于從硅膠模中取出。 v2.2 基于快速原型的硅橡膠模具制作工藝基于快速原型的硅橡膠模具制作工藝 第二節(jié)第二節(jié) 硅橡膠模具快速制造技術(shù)硅橡膠模具快速制

11、造技術(shù) （2）制作型框和固定原型 依據(jù)原型的幾何尺寸硅膠模使用要求設(shè)計澆注型框的形狀和尺寸，型框的尺寸應(yīng)適中。在固定原型之前，需確定分型面和澆口的位置。分型面和澆口位置的確定是十分重要的，它直接影響著澆注產(chǎn)品能否順利脫模和產(chǎn)品澆注質(zhì)量的好壞。當(dāng)分型面和澆道選定并處理完畢后，便將原型固定于型框中，如圖8-4(a)所示。 圖圖 8-4 (a)固定原型于型框固定原型于型框（3）硅橡膠計量、混合并真空脫泡 硅橡膠用量應(yīng)根據(jù)所制作的型框尺寸和硅橡膠的比重準(zhǔn)確計量。將計量好的硅橡膠添入適當(dāng)比例的硬化劑，攪拌均勻后進(jìn)行真空脫泡。脫泡時間應(yīng)根據(jù)達(dá)到的真空度來掌握。 第二節(jié)第二節(jié) 硅橡膠模具快速制造技術(shù)硅橡膠模

12、具快速制造技術(shù) （4）硅橡膠澆注及固化 硅橡膠混合體真空脫泡后澆注到已固定好原型的型框中，如圖8-4(b)所示。在澆注過程中，應(yīng)掌握一定的技巧。硅橡膠澆注后，為確保型腔充填完好，再次進(jìn)行真空脫泡，如圖8-4(c)所示。脫泡的目的是抽出澆注過程中摻入硅膠中的氣體和封閉于原型空腔中的氣體，此次脫泡的時間應(yīng)比澆注前的脫泡時間適當(dāng)加長，具體時間應(yīng)根據(jù)所選用的硅橡膠材料的可操作時間和原型大小而定。脫泡后，硅膠?？勺孕杏不蚣訙赜不?。加溫硬化可縮短硬化時間。 圖圖 8-4(b) 硅橡膠澆注硅橡膠澆注圖圖 8-4(c) 真空脫泡真空脫泡第二節(jié)第二節(jié) 硅橡膠模具快速制造技術(shù)硅橡膠模具快速制造技術(shù) （5）拆除型

13、框、刀剖開模并取出原型 當(dāng)硅膠模硬化后，即可將型框拆除并去掉澆道棒等，如圖8-4(d)所示。參照原型分型面的標(biāo)記進(jìn)行刀剖開模(如圖8-4(e)，將原型取出，并對硅膠模的型腔進(jìn)行必要清理，便可利用所制作的硅橡膠模具在真空狀態(tài)下進(jìn)行樹脂或塑料產(chǎn)品的制造，如圖8-4(f)所示。 圖圖8-4 基于基于RP原型的硅橡膠快速模具制作工藝示意圖原型的硅橡膠快速模具制作工藝示意圖(d)(e)(f)第二節(jié)第二節(jié) 硅橡膠模具快速制造技術(shù)硅橡膠模具快速制造技術(shù) 在翻制硅橡膠模具時，硅橡膠模具的成本、壽命及尺寸精度是硅膠模制作過程中需重點(diǎn)考慮的因素。1、型框尺寸較小，可以節(jié)省硅橡膠的用量，降低硅橡膠制模成本，但不利于

14、硅橡膠的澆注；尺寸較大，既浪費(fèi)硅橡膠又降低了硅膠模的柔性，增加了從硅膠模中取出產(chǎn)品的難度。為使硅膠模大小適中，在搭建硅膠模型框的時候，通常使型框四壁、底面距RP模型邊緣20mm，側(cè)面擋板高度為RP模型的高度h（mm）再加上90mm，留出50mm的高度，以保證脫泡時硅膠不能溢出，如圖8-8所示：v2.3 硅膠模制作的若干問題硅膠模制作的若干問題 第二節(jié)第二節(jié) 硅橡膠模具快速制造技術(shù)硅橡膠模具快速制造技術(shù) 2、為了脫模方便，應(yīng)合理選取分型面。分型面通常選取投影面積最大的面。但是，由于硅橡膠材料具有較高的彈性，在開模時可以進(jìn)行較粗劣的操作，因此有一些特殊結(jié)構(gòu)，如側(cè)面的小凸起等，在選取分型面時可以不予

15、考慮。另外，對原型中的封閉通孔或不封閉的開口，為便于2個半模在剖切過程中容易分離，應(yīng)將其部位采用透明膠等封貼。 圖圖 8-5 硅橡膠模型框示意圖硅橡膠模型框示意圖a）俯視圖）俯視圖 b）側(cè)視圖）側(cè)視圖第二節(jié)第二節(jié) 硅橡膠模具快速制造技術(shù)硅橡膠模具快速制造技術(shù) 圖圖 8-6 較高薄壁件分型面選取示意圖較高薄壁件分型面選取示意圖3、對于較高的薄壁件，如果壁厚尺寸要求精確，在選擇分型面時要注意將薄壁整體置于同一半模中，以減小因合模或模具捆綁時引起薄壁型腔的變形而導(dǎo)致壁厚尺寸誤差。較高薄壁件分型面的選定如圖所示。a)中分型面位置選取比較合理，使較高薄壁處的型腔位于上模。如果分型面的位置選為b)所示的位

16、置，使得薄壁處的型腔由上下模形成，這種情況下進(jìn)行合模，如果上下模位置放偏，則較高薄壁處的壁厚尺寸精度將難以保證。 a)正確的分型面位置正確的分型面位置 b)不適當(dāng)?shù)姆中兔嫖恢貌贿m當(dāng)?shù)姆中兔嫖恢玫诙?jié)第二節(jié) 硅橡膠模具快速制造技術(shù)硅橡膠模具快速制造技術(shù) 4、型框一般做成長方形或正方形，但是對于一些特殊結(jié)構(gòu)的零件，為了節(jié)省硅膠，降低成本，可按其形狀搭建型框，如下圖所示，其中a）是水平方向示意圖，b）是高度方向示意圖。圖圖 8-7 按形狀制作型框示意圖按形狀制作型框示意圖a)水平方向水平方向 b)高度方向高度方向第二節(jié)第二節(jié) 硅橡膠模具快速制造技術(shù)硅橡膠模具快速制造技術(shù) 5、對于存在大面積平面形狀的

17、原型，當(dāng)貼好分型面后，應(yīng)合理選定澆道的位置及方向。對于單一澆道來說，如果在結(jié)構(gòu)許可的情況下，澆道位置應(yīng)選在原型的重心附近。澆道的方位應(yīng)注意避免使大面積平面形狀置于型腔的最高位置，否則，該較大面積平面最后充型時，會因存在少量氣泡無法排出而導(dǎo)致該平面處存在較多氣孔。圖a)為正確的澆道擺放方式。若將澆道設(shè)置為圖b)所示的方位，在填充最后階段，剩余氣體被圍困在產(chǎn)品較大面積的上表面處無法流動而最終在產(chǎn)品表面形成氣孔，影響產(chǎn)品表面質(zhì)量。圖圖 8-8 較大面積平面澆道設(shè)置示意圖較大面積平面澆道設(shè)置示意圖 a)正確的設(shè)置正確的設(shè)置 b)不正確的設(shè)置不正確的設(shè)置第二節(jié)第二節(jié) 硅橡膠模具快速制造技術(shù)硅橡膠模具快速

18、制造技術(shù) 6、在刀剖開模的時候，手術(shù)刀的行走路線是刀尖走直線，刀尾走曲線，使硅膠模的分模面形狀不規(guī)則，這樣可以確保上下模合模時準(zhǔn)確定位，避免因合模錯位引起的誤差，如圖8-9所示。圖圖 8-9 硅橡膠模具的不規(guī)則分型面硅橡膠模具的不規(guī)則分型面第二節(jié)第二節(jié) 硅橡膠模具快速制造技術(shù)硅橡膠模具快速制造技術(shù) 在硅橡膠模具實(shí)際制造應(yīng)用中，對于有些特殊特征結(jié)構(gòu)的制件的硅橡膠模具制作，存在著較大的材料浪費(fèi)，如圖8-10所示。如果圖示中浪費(fèi)的硅橡膠材料部分用成本低廉的材料替代，會顯著降低硅橡膠模具制作的成本。這里以石膏替代材料為例，介紹一種經(jīng)濟(jì)型硅橡膠模具制作工藝方法。v2.4 經(jīng)濟(jì)型硅膠模制作的一種工藝方法經(jīng)

19、濟(jì)型硅膠模制作的一種工藝方法 第二節(jié)第二節(jié) 硅橡膠模具快速制造技術(shù)硅橡膠模具快速制造技術(shù) 圖圖 8-10 硅橡膠紙膜結(jié)構(gòu)硅橡膠紙膜結(jié)構(gòu) 硅橡膠材料的成本較高，占據(jù)著硅橡膠模具制作小批量樣件的大部分成本，尤其是尺寸較大單件制品的制作。為此，人們一直在努力研究在該類技術(shù)方法中如何能夠節(jié)省硅橡膠材料的用量，而同樣也能夠制作出滿足要求的樣件來。1適于經(jīng)濟(jì)型硅橡膠模具的母模原型結(jié)構(gòu)特征并不是所有需要翻模復(fù)制的零件形狀都適合于上述提出的經(jīng)濟(jì)型硅橡膠模具制造方法。從經(jīng)濟(jì)性和效率兩方面考慮，以下幾種類型的零件比較合適：（1）局部具有較大空腔的零件，如圖8-11所示?？涨粌?nèi)部尺寸較大，如全部用硅橡膠填充，必然造

20、成較大浪費(fèi)。采用經(jīng)濟(jì)型方法，先在空腔內(nèi)面貼一定厚度的橡皮泥，再向空腔內(nèi)倒入石膏，待石膏凝固后設(shè)法除掉橡皮泥，向留出的空隙內(nèi)注入硅橡膠，實(shí)現(xiàn)材料節(jié)省。圖圖8-11 局部具有較大空腔的零件局部具有較大空腔的零件第二節(jié)第二節(jié) 硅橡膠模具快速制造技術(shù)硅橡膠模具快速制造技術(shù) （2）沿某一方向，不同位置截面的尺寸差異較大的零件。具有該形狀特征的零件可分為以下兩類：圖圖8-12 具有臺階特征的零件具有臺階特征的零件1）具有臺階特征及類似結(jié)構(gòu)的零件，如圖8-12所示零件，如臺階之下部分的模具全部用硅橡膠填充，也會造成較大浪費(fèi)。可采用經(jīng)濟(jì)型方法，將臺階周圍起支撐作用的硅橡膠用石膏代替。2）具有拐角類特征的零件。

21、根據(jù)研究，拐角內(nèi)側(cè)可將多余的硅橡膠以石膏替代，如圖8-13所示。圖圖 8-13 具有拐角特征的零件具有拐角特征的零件第二節(jié)第二節(jié) 硅橡膠模具快速制造技術(shù)硅橡膠模具快速制造技術(shù) 圖圖 8-14(a) 安放原型安放原型2經(jīng)濟(jì)型硅橡膠模具制作工藝流程通過與石膏混合制作經(jīng)濟(jì)型硅橡膠模具工藝方法的流程為：原型或樣件分型處理貼粘土或橡皮泥配石膏漿石膏造型去粘土澆注硅橡膠修型試制產(chǎn)品。具體的工藝過程如下： 安放原型貼粘土 對原型進(jìn)行必要的清理和處理后放置到平板上固定好，制作并固定?？?，使原型周圍距?？虻木嚯x均勻，在?？蚱桨鍍?nèi)表面上涂刷脫模劑后，在原型表面貼橡皮泥，如圖8-14(a)所示。第二節(jié)第二節(jié) 硅橡膠

22、模具快速制造技術(shù)硅橡膠模具快速制造技術(shù) 澆石膏背襯 在原型表面貼粘土或橡皮泥，然后將配好的石膏漿澆注到?？蛑校却酀{固化，如圖8-14(b)所示。圖圖 8-14(b) 澆石膏背襯澆石膏背襯 去除橡皮泥 石膏漿固化后，去掉橡皮泥層，清理型腔，如圖8-14(c)所示。粘在原型上的橡皮泥要清洗干凈，以免影響模具的表面質(zhì)量。圖圖 8-14(c) 去除橡皮泥去除橡皮泥 第二節(jié)第二節(jié) 硅橡膠模具快速制造技術(shù)硅橡膠模具快速制造技術(shù) 硅橡膠澆注 根據(jù)去掉的粘土層的體積，計算所需調(diào)配的硅橡膠體積，再加上一定的損耗系數(shù)，進(jìn)行硅橡膠的調(diào)配。調(diào)配均勻后，放入抽真空裝置中排除硅橡膠混合體中的氣泡。脫泡后進(jìn)行硅橡膠澆

23、注，如圖8-14(d)所示。圖圖 8-14(d) 澆注硅橡膠澆注硅橡膠取出原型 待澆注好的硅橡膠模具在室溫下固化或加熱固化后，取出原型，如圖8-14(e)所示。 圖圖 8-14(e) 取出原型并修型取出原型并修型第二節(jié)第二節(jié) 硅橡膠模具快速制造技術(shù)硅橡膠模具快速制造技術(shù) 對于批量不大的注塑件生產(chǎn)，可以采用RP原型快速翻制的硅橡膠模具通過樹脂材料的真空注型來實(shí)現(xiàn)，這樣，能夠顯著縮短產(chǎn)品的制造時間，降低成本，提高效率。對于沒有細(xì)筋、小孔的一般零件，采用硅橡膠模具澆注樹脂件可制作制品達(dá)到50件以上。采用硅橡膠模具進(jìn)行樹脂材料真空注型的工藝流程為： 圖圖 8-15 注型產(chǎn)品快速制作工藝流程注型產(chǎn)品快速

24、制作工藝流程v2.5 硅橡膠模具的應(yīng)用硅橡膠模具的應(yīng)用 第二節(jié)第二節(jié) 硅橡膠模具快速制造技術(shù)硅橡膠模具快速制造技術(shù) 1、清理硅膠模，預(yù)熱模具 為了保證注型件充填完全，需要在上模中離澆口較遠(yuǎn)的和型腔較高處設(shè)置一系列的排氣孔。在進(jìn)行樹脂件澆注之前應(yīng)進(jìn)行必要的清理工作，例如清除溝槽內(nèi)的殘留物，檢查排氣孔是否堵塞等。清理工作完成以后，將硅膠模具放入溫箱中進(jìn)行預(yù)熱。 2、噴灑離型劑，組合硅膠模具 為了便于注型件從模具中取出，需要在模具型 腔表面噴灑離型劑，特別要注意噴灑深溝槽、深孔等難以脫模處。噴灑完離型劑后，就可以將硅膠模組合起來。不過，對于透明材料的制件，不宜噴灑離型劑。 3、計量樹脂 樹脂的重量通

25、常根據(jù)原型的重量進(jìn)行估算并根據(jù)澆注過程中材料的盈余進(jìn)行調(diào)整。初次澆注時，一般由原型的重量乘上一定的系數(shù)來初定所需澆注樹脂的重量。再根據(jù)規(guī)定的樹脂和硬化劑的配比即可算出所需樹脂和硬化劑各自的重量。 第二節(jié)第二節(jié) 硅橡膠模具快速制造技術(shù)硅橡膠模具快速制造技術(shù) 4、脫泡混合，真空注型 為了提高注件的致密程度和充填能力，需要將注塑環(huán)境抽真空，一方面除去樹脂和硬化劑中溶解的空氣，另一方面也抽去模具型腔中的空氣。抽真空的時間根據(jù)注型件的大小和具體情況有所不同，以是否達(dá)到真空度為準(zhǔn)。抽完真空后，將樹脂和硬化劑混合攪拌，然后澆注到模具型腔中。 5、溫室硬化，取出制件 將澆注完的模具從真空機(jī)中取出，放入恒溫箱中

26、進(jìn)行硬化，硬化時間根據(jù)件的大小和樹脂類型的不同而不同。待樹脂制品在指定的溫度和時間條件下完成固化后，便可以將制品開模取出。 6、制件后處理 工件制好以后，還需要進(jìn)行必要的后處理工作才能交付使用，如除去澆道，打磨，拋光，噴漆等。第二節(jié)第二節(jié) 硅橡膠模具快速制造技術(shù)硅橡膠模具快速制造技術(shù) 圖圖 8-16 硅橡膠模具真空澆注制作的樹脂產(chǎn)品硅橡膠模具真空澆注制作的樹脂產(chǎn)品 硅橡膠模具快速制造技術(shù)硅橡膠模具快速制造技術(shù)電弧噴涂快速模具制造技術(shù)電弧噴涂快速模具制造技術(shù)快速模具的分類及基本工藝流程快速模具的分類及基本工藝流程123環(huán)氧樹脂模具快速制造技術(shù)環(huán)氧樹脂模具快速制造技術(shù)4纖維增強(qiáng)聚合物壓制模纖維增強(qiáng)

27、聚合物壓制模5第八章第八章 基于快速原型的軟?？焖僦圃旒夹g(shù)基于快速原型的軟?？焖僦圃旒夹g(shù)第三節(jié)第三節(jié) 電弧噴涂快速模具制造技術(shù)電弧噴涂快速模具制造技術(shù) 電弧噴涂制模的思想起源于20世紀(jì)60年代提出的凈形熱噴涂成形（Net-shape thermal spray forming），基本工藝過程是將熔化的金屬霧化，高速噴射沉積于基體上，所獲制件的形狀與基體相對應(yīng)，是一種集材料制備與成形于一體的制造方法。電弧噴涂制造模具的最初構(gòu)想就是在塑料制品原型或木材、蠟、石膏等模型上噴涂一定厚度的金屬涂層，然后把涂層從基體上取下來，這就得到了可以復(fù)制原模型的模具型腔。電弧噴涂制模技術(shù)很早就被提出，但在實(shí)際中并沒

28、有得到應(yīng)用，這是因?yàn)榇思夹g(shù)中存在很多技術(shù)難點(diǎn)。 電弧噴涂制模是一種典型的快速制模技術(shù)，具有制模工藝簡單、制作周期短、模具成本低等顯著特點(diǎn)，特別適用于小批量、多品種的生產(chǎn)使用，尤其在當(dāng)前市場競爭的情況下，電弧噴涂制模技術(shù)為產(chǎn)品的更新?lián)Q代提供了一個全新的制模方法和捷徑。此技術(shù)必將越來越受到人們的重視和應(yīng)用。 電弧噴涂是將兩根待噴金屬絲作為自耗性電極，利用兩根金屬絲端部短路產(chǎn)生的電弧使絲材熔化，用壓縮氣體把已熔化的金屬霧化成微滴，并使其加速，以很高的速度沉積到基體表面形成涂層。以這種金屬涂層作為模具的型腔表面，背襯加固并設(shè)置相應(yīng)的鋼結(jié)構(gòu)后就形成了簡易的快速經(jīng)濟(jì)模具。下圖8-19為基于RP原型的電弧噴

29、涂制模工藝流程。 三維CAD模型STL文 件 RP 原 型后 處 理硅 膠 模過 渡 基 模噴 涂背 襯后 處 理鋼 結(jié) 構(gòu)安 裝 調(diào) 試圖圖 8-19 電弧噴涂快速制模工藝流程圖電弧噴涂快速制模工藝流程圖v3.1 電弧噴涂快速制模工藝電弧噴涂快速制模工藝 1. 電弧噴涂制模工藝流程第三節(jié)第三節(jié) 電弧噴涂快速模具制造技術(shù)電弧噴涂快速模具制造技術(shù) 1 1、模型準(zhǔn)備、模型準(zhǔn)備 模型可由許多材料制成，包括木材、塑料、石膏、橡膠等。模型準(zhǔn)備中最重要的是涂抹脫模劑。脫模劑在制模中的作用有兩個：首先，它對噴涂到基體上的金屬顆粒有粘結(jié)作用，否則金屬顆粒將不能牢固地吸附在模具表面而易脫落；其次，防止金屬涂層對

30、模型的過熱燒損、變形、粘附，起到隔熱、脫模的作用。將脫模劑均勻地涂在模型表面，并使其干燥成膜。 2 2、在模型上噴涂金屬、在模型上噴涂金屬 待脫模劑干燥以后，在最佳的噴涂參數(shù)情況下，可以開始在模型上噴涂金屬，噴涂時應(yīng)保證使噴槍連續(xù)運(yùn)動，防止涂層過熱變形，涂層厚度一般可控制在23mm。3 3、制作模具框架、制作模具框架 如果模具在工作中要受到內(nèi)壓力或模具必須安裝在成型機(jī)上工作，模具必須有骨架結(jié)構(gòu)且制成的骨架應(yīng)帶有填料。模具框架制作應(yīng)注意兩個問題：第一，使模具框架材料與涂層材料以及填料的熱膨脹性能相匹配；第二，框架的外形尺寸及注射口的選擇要根據(jù)具體的注塑機(jī)型號而定。 電弧噴涂制模的工序大致可分為如

31、下五個步驟五個步驟：第三節(jié)第三節(jié) 電弧噴涂快速模具制造技術(shù)電弧噴涂快速模具制造技術(shù) 4 4、澆注模具的填充材料、澆注模具的填充材料 由于在塑料制品生產(chǎn)中，要求模具有良好的導(dǎo)熱、散熱能力，因此在選擇澆注填充材料時，應(yīng)使填充材料具有較高的熱導(dǎo)率和較低的凝固收縮率，同時模具在一定的溫度和壓力下工作，所以要求填充材料應(yīng)具有較高的護(hù)壓強(qiáng)度和耐磨性能。 一般選擇的填充材料為環(huán)氧樹脂與鋁粉、鋁顆粒等金屬粉末的混合物。環(huán)氧樹脂使?jié)沧⒉牧吓c噴涂殼體、模具框架有很高的結(jié)合強(qiáng)度，有色金屬粉末可以提高模具的導(dǎo)熱性能，為提高模具的抗磨損性能可在填料中加入鐵粉，另外在澆注填充材料時可安放冷卻管，加強(qiáng)模具的散熱性能。 5

32、5、脫模、后序加工處理、脫模、后序加工處理 如果在模型準(zhǔn)備階段做得比較合適，脫模不會很困難。脫模后要把殘余在金屬涂層表面的脫模劑清洗干凈。然后再根據(jù)不同的需要，可以對模具進(jìn)行拋光等后期制作。第三節(jié)第三節(jié) 電弧噴涂快速模具制造技術(shù)電弧噴涂快速模具制造技術(shù) 先把模型按上、下模分型面準(zhǔn)確地放置在底板上，并用毛刷在模型表面均勻地涂一層脫模劑(如圖a所示)；待脫模劑成膜后，在模型表面開始噴涂金屬，一直達(dá)到所需的涂層厚度為止(如圖b所示)；把準(zhǔn)備好的金屬框架放好，框架與底板之間必須密封，這樣在倒入填料時才不會泄漏，然后澆注填充材料(如圖中c所示)；待澆注液固化后，將半模倒轉(zhuǎn)，移去底板和可塑性材料(如圖d所

33、示)；重復(fù)a）、b）、c）、d）便可制作另一半模具(如圖e、f、g所示)。 圖圖 8-18 電弧噴涂制模工藝流程圖電弧噴涂制模工藝流程圖電弧噴涂制模工序的流程圖電弧噴涂制模工序的流程圖第三節(jié)第三節(jié) 電弧噴涂快速模具制造技術(shù)電弧噴涂快速模具制造技術(shù) (1) 電弧噴涂設(shè)備 電弧噴涂工作系統(tǒng)一般由噴涂電源、送絲機(jī)構(gòu)、噴槍和壓縮氣體等系統(tǒng)組成。電弧噴涂所用的全套設(shè)備如圖8-19所示。2. 電弧噴涂設(shè)備及材料 圖圖 8-19 電弧噴涂設(shè)備系統(tǒng)簡圖電弧噴涂設(shè)備系統(tǒng)簡圖第三節(jié)第三節(jié) 電弧噴涂快速模具制造技術(shù)電弧噴涂快速模具制造技術(shù) 設(shè)備的最高噴涂生產(chǎn)率因不同材料而異，具體如下：鋅絲：鋅絲： 27Kg/h鋁絲

34、：鋁絲： 8Kg/h鋁青銅絲：鋁青銅絲： 16Kg/h各種鋼絲：各種鋼絲： 15Kg/h巴式合金絲：巴式合金絲： 30Kg/h 北京新迪表面技術(shù)工程公司生產(chǎn)的CMDAS電弧噴涂設(shè)備系列，在使用同一電源的基礎(chǔ)上，更換噴槍和送絲機(jī)構(gòu)，不僅能噴涂3mm絲材，也能噴涂2mm絲材。 沈陽工業(yè)大學(xué)生產(chǎn)的XDP-5型電弧噴涂設(shè)備工作穩(wěn)定可靠，使用維護(hù)方便，能勝任繁重的噴涂工作。其基本參數(shù)為： 電源電壓：電源電壓： 380V 額定輸入容量：額定輸入容量： 12 KVA 額定電流：額定電流： 300 A 壓縮空氣使用壓力：壓縮空氣使用壓力： 0.6 MPa 壓縮空氣消耗量：壓縮空氣消耗量： 1.62 m3/mi

35、n 送絲速度：送絲速度： 04.8 m/min 第三節(jié)第三節(jié) 電弧噴涂快速模具制造技術(shù)電弧噴涂快速模具制造技術(shù) （2）電弧噴涂材料 用于電弧噴涂制模的材料，在滿足低熔點(diǎn)、低收縮率的情況下，應(yīng)盡可能具有較好的機(jī)械性能和較致密的涂層組織。選擇電弧噴涂材料時，既要考慮所得到的涂層具有足夠高的硬度，良好的抗壓、抗彎等機(jī)械性能，可以在實(shí)際中應(yīng)用；又要兼顧涂層材料的熔點(diǎn)不要太高。高性能、高熔點(diǎn)材料（高性能、高熔點(diǎn)材料（Fe、Cu等）噴涂時的弊端：等）噴涂時的弊端：噴涂過程中，由于熱收縮的作用，金屬涂層與模型界面之間存在很大的剪應(yīng)力。較大的剪應(yīng)力一方面使模型容易發(fā)生塑性變形，影響電弧噴涂模具的精度；另一方面

36、，削弱金屬涂層與模型表面的剪切強(qiáng)度，使金屬涂層剝落；再一方面，采用高熔點(diǎn)材料容易燒損模型表面，影響模具表面粗糙度。 第三節(jié)第三節(jié) 電弧噴涂快速模具制造技術(shù)電弧噴涂快速模具制造技術(shù) 通過對涂層涂層的顯微組織分析顯微組織分析和對涂層的硬度、抗拉、抗彎強(qiáng)度等機(jī)械性能硬度、抗拉、抗彎強(qiáng)度等機(jī)械性能的測試，Al、Zn基絲材較適于作為基絲材較適于作為噴涂材料噴涂材料。Al、Zn基絲材熔點(diǎn)比較低，噴涂時，涂層溫度不高，因而不會燒損塑料基體；另外，Al、Zn基金屬涂層韌性較好，噴涂過程中，由于熱收縮產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，通過蠕變及產(chǎn)生微裂紋釋放，以及模型表面回復(fù)收縮抵消，收縮應(yīng)力大部分得以消除，特別是Zn涂層，內(nèi)應(yīng)力

37、基本消除。同時，模型的收縮會使涂層微裂紋閉合，從而涂層不易變形、開裂，能夠保證模具的尺寸精度，Al、Zn基絲材噴涂工藝性好，噴涂成的涂層組織細(xì)密，孔隙率低，涂層表面粗糙度低。Al、Zn基金屬涂層的顯微硬度值在HV45左右，最大抗拉強(qiáng)度約為100MPa。 第三節(jié)第三節(jié) 電弧噴涂快速模具制造技術(shù)電弧噴涂快速模具制造技術(shù) 純鋁純鋁噴涂時有飛濺現(xiàn)象，不易在光滑表面沉積，且沉積不均勻、氣孔較多，所以盡管鋁涂層硬度較高(HV6070)，但在實(shí)際模具制造中很少采用很少采用。純鋅純鋅噴涂工藝性能好，熔滴發(fā)散性小、易沉積，能形成平直細(xì)密的層狀組織，是目前普遍采用普遍采用的噴涂制模材料。但鋅涂層的硬度只有HV40

38、50，所以用純鋅噴涂制造的模具應(yīng)用范圍受到較大限制。為了獲得較高的涂層硬度和較好的噴涂工藝性，采用鋅鋁合金鋅鋁合金和鋅鋁偽合金鋅鋁偽合金作為噴涂材料，可取得較好較好的結(jié)果。鋅鋁合金得到的涂層機(jī)械性能接近鋁，噴涂工藝性能接近鋅，非常適合制作金屬噴涂模具。鋅鋁合金得到的涂層機(jī)械性能接近鋁，噴涂工藝性能接近鋅，非常適合制作金屬噴涂模具。與鋅鋁合金相比，鋅鋁偽合金不需制備專門的合金絲材，故成本較低，適宜推廣。表8-2為低、中熔點(diǎn)金屬力學(xué)性能與物理性能的比較。在電弧噴涂模具制造中常用的Zn、Al等低熔點(diǎn)金屬，一般機(jī)械性能都不高，Zn涂層組織最致密，表面質(zhì)量好，Al涂層較稀松，Zn-Al偽合金涂層組織也較

39、致密，Al涂層經(jīng)噴砂強(qiáng)化，致密程度有所提高。表8-3為Zn、Al等涂層的性能比較。 第三節(jié)第三節(jié) 電弧噴涂快速模具制造技術(shù)電弧噴涂快速模具制造技術(shù) 表表 8-2 金屬涂層材料的力學(xué)性能與物理性能金屬涂層材料的力學(xué)性能與物理性能表表 8-3 電弧噴涂層強(qiáng)度、硬度及噴涂工藝性電弧噴涂層強(qiáng)度、硬度及噴涂工藝性第三節(jié)第三節(jié) 電弧噴涂快速模具制造技術(shù)電弧噴涂快速模具制造技術(shù) （3）噴涂材料規(guī)格 國內(nèi)電弧噴涂中采用的噴涂絲材直徑主要有兩個系列，一個是2mm系列，另一個為3mm系列。噴涂絲材直徑不同，對送絲機(jī)構(gòu)和噴槍設(shè)計將有不同要求，同時也將影響到噴涂和涂層性能。 目前國產(chǎn)采用的噴涂絲材大多為3mm系列的，

40、但3mm絲材噴涂的缺點(diǎn)是熔滴霧化得粗大，大顆粒熔滴沉積將使涂層組織粗大，孔隙率增加，噴涂時熱輸入量大，涂層表面變得粗糙；涂層溫度升高，涂層和基體以及涂層內(nèi)部殘余應(yīng)力變大，大多數(shù)情況下這將使涂層的使用和加工性能變壞。因此3mm絲材適用于大面積的電弧噴涂作業(yè)中。2mm絲材噴涂涂層組織致密、涂層殘余應(yīng)力小、表面光潔、拋光性能好，因而在電弧噴涂制模以及零件修復(fù)等領(lǐng)域?qū)@示很大的優(yōu)勢。 第三節(jié)第三節(jié) 電弧噴涂快速模具制造技術(shù)電弧噴涂快速模具制造技術(shù) 同種材料絲材，2mm絲材的噴涂規(guī)范要比3mm絲材寬，同一種規(guī)范條件下，2mm絲材的表面更致密、更光滑，2mm絲材在小電流時仍能正常噴涂，且涂層質(zhì)量較好。小電

41、流下噴涂，涂層熱輸入量小，因而涂層殘余熱應(yīng)力減小，這正是電弧噴涂制模及零件修復(fù)工藝所要求的。相反，3mm管狀絲材噴涂工藝規(guī)范窄，單位時間熔化的藥粉量大，因而容易造成藥粉末熔化，形成飛濺和涂層上有未熔化的質(zhì)點(diǎn)，藥粉的冶金反應(yīng)進(jìn)行得也不充分，這將大大影響涂層的質(zhì)量，這也是國外管狀電弧噴涂絲材多采用多采用2mm制模制模的主要原因。 第三節(jié)第三節(jié) 電弧噴涂快速模具制造技術(shù)電弧噴涂快速模具制造技術(shù) 電弧噴涂模具的基本結(jié)構(gòu)可分為3部分，即金屬噴涂層、背襯層和鋼結(jié)構(gòu)部分，如圖8-20所示。就鋅合金噴涂模具而言，涂層厚度一般為23mm。噴涂層雖然具有一定的強(qiáng)度、硬度、表面粗糙度和良好的導(dǎo)熱性能，并能非常精確地

42、復(fù)制原型的形狀，但由于其厚度較薄而無法單獨(dú)承受成形壓力，因此不能直接作為模具，必須進(jìn)行背襯補(bǔ)強(qiáng)。背襯層由背襯材料直接充填而成，厚度較大，粘附在噴涂層下方，主要3. 電弧噴涂制模工藝若干關(guān)鍵技術(shù)問題 起支撐和增加強(qiáng)度的作用。常用的背襯材料有樹脂砂、環(huán)氧樹脂、低熔點(diǎn)合金（如鉍錫合金）等。如模具需冷卻，在澆鑄背襯材料前應(yīng)在背襯層內(nèi)將冷卻管道埋設(shè)好，凝固后即固定在模具中。鋼結(jié)構(gòu)主要包括模架、?？?、鑲嵌件等鋼質(zhì)構(gòu)件。 圖圖8-20 電弧噴涂模具結(jié)構(gòu)電弧噴涂模具結(jié)構(gòu)第三節(jié)第三節(jié) 電弧噴涂快速模具制造技術(shù)電弧噴涂快速模具制造技術(shù) 關(guān)鍵問題一：噴涂母模預(yù)處理噴涂母模預(yù)處理 要成功地將低熔點(diǎn)金屬噴涂用到非常精細(xì)

43、的母模模型表面上，很大程度取決于對溫度敏感的母模模型材料。對母模模型材料要求清潔無污、氣密性好，模型材料應(yīng)易于拋光。噴涂前，先用清潔劑去掉模型表面油污，再薄薄地涂上防護(hù)劑，干燥后即可進(jìn)行噴涂。對母模表面進(jìn)行預(yù)處理的方法及注意事項如表8-4所示。表面材料表面材料預(yù)處理方法預(yù)處理方法表面材料表面材料預(yù)處理方法預(yù)處理方法金 屬磨光、機(jī)加工皮 革對皮革粒面進(jìn)行處理木 面密封面拋光熱固性樹脂用一般方法稍微處理，光滑自然硅橡膠涂表面防護(hù)劑熱塑成型用一般方法稍微處理，光滑自然石 膏密封面磨光粘 土光滑自然表表8-4 母模表面預(yù)處理方法母模表面預(yù)處理方法第三節(jié)第三節(jié) 電弧噴涂快速模具制造技術(shù)電弧噴涂快速模具制

44、造技術(shù) 表面防護(hù)劑一般選擇聚乙烯醇。水溶性聚乙烯醇既可用傳統(tǒng)方法溶成液體噴涂，也可用軟刷涂刷。噴（刷）時，宜薄不宜厚，而且應(yīng)干透后再噴涂金屬。木質(zhì)母模尤其是LOM原型，存在木紋，可用耐熱聚氨酯填平并處理光滑，并用“呋喃”樹脂加以處理，使其具有較高的光潔度。選用聚乙烯醇作表面防護(hù)劑的優(yōu)點(diǎn)為：選用聚乙烯醇作表面防護(hù)劑的優(yōu)點(diǎn)為：能夠在金屬模型和金屬涂層之間形成一層薄薄的、連續(xù)不斷的隔離層；噴涂后，它又是一種脫模劑；提高噴涂金屬型腔表面光潔度；用冷水沖洗，很容易使模型和涂層兩者分開。第三節(jié)第三節(jié) 電弧噴涂快速模具制造技術(shù)電弧噴涂快速模具制造技術(shù) 電弧噴涂模具的特點(diǎn)就是以母模為基準(zhǔn)，模具型腔尺寸、幾何精

45、度完全取決于母模，母模的設(shè)計應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品成形的工藝要求決定其形狀尺寸。為了便于噴涂后的脫模，母?？稍O(shè)計成拼塊組合的結(jié)構(gòu)形式。在母模準(zhǔn)備完畢并進(jìn)行了上述預(yù)處理后，在實(shí)施電弧噴涂之前，還應(yīng)注意以下問題：（1）放置金屬輔助嵌件 圖8-21表示又深又窄的模型型腔，噴涂金屬在型腔底部形成之前，大量的金屬積物將在型腔口筑成臺肩，將型腔口堵塞。為防止出現(xiàn)圖8-21狀況的產(chǎn)生，成功的作法是放置一個緊密配合的金屬嵌件（如圖8-22），嵌件在噴涂前預(yù)先放于型腔里并略高于型腔，咬邊應(yīng)緊湊，以保證與噴涂殼體粘合為一體。圖圖8-21 深且窄模型型腔噴涂結(jié)果深且窄模型型腔噴涂結(jié)果 圖圖8-22 金屬嵌件的安裝金屬嵌件的安裝

46、 第三節(jié)第三節(jié) 電弧噴涂快速模具制造技術(shù)電弧噴涂快速模具制造技術(shù) （2）噴涂前清潔處理 如果被噴涂的模型是木模，應(yīng)先將木模進(jìn)行噴涂前清潔處理。（3）側(cè)面開孔有些塑料制品需側(cè)面開孔，可在噴涂前將嵌件放于模型型腔側(cè)面即可。（4）澆口和流道大的澆口和流道可用適當(dāng)排列的對開式定位銷或管子放入半模內(nèi)噴涂、覆蓋金屬層。對頂出桿、澆口流道可進(jìn)行機(jī)加工。（5）支承架 用于注射成型的噴涂金屬模，要有一個強(qiáng)度較好的金屬支架。（6）模具排氣模具的凹陷面，常常會產(chǎn)生空氣泡，需對模具排氣這一問題進(jìn)行設(shè)計。（7）除塵金屬噴涂時，不可避免地招來空氣中的灰塵，微小的灰塵可導(dǎo)致氣泡。噴涂前可用壓縮空氣將模型上的灰塵吹掉。第三節(jié)

47、第三節(jié) 電弧噴涂快速模具制造技術(shù)電弧噴涂快速模具制造技術(shù) 關(guān)鍵問題二：脫模劑的選用脫模劑的選用利用電弧噴涂技術(shù)制作模具，既要求金屬微粒均勻致密地貼敷到樣模表面，又要求形成殼體后能順利、完整地從樣模上分離下來，而且在噴涂過程中要保護(hù)好樣模及其表面花紋能經(jīng)得起噴涂金屬微粒的沖擊。同時，承受噴涂時的高溫和阻止熱量向樣模傳遞。 脫模劑在電弧噴涂制模中可以起到多種作用：脫模劑在電弧噴涂制模中可以起到多種作用：首先首先，涂到模型表面上的脫模劑能夠?yàn)閲娡拷饘僖旱闻c模型表面提供可靠的結(jié)合表面，使噴涂金屬液滴順利地沉積到模型表面，因?yàn)樵诠饣谋砻嫔蠂娡拷饘贂r，很多金屬顆粒會滑脫；其次其次，脫模劑能使噴涂層順利地

48、與模型基體脫開；另外另外，脫模劑還有隔熱作用。因此對脫模劑的主要要求是具有較低的表面張力和較好的成膜性能，容易在原模表面均勻鋪展，另外脫模劑必須容易從原模和涂層表面清洗掉。第三節(jié)第三節(jié) 電弧噴涂快速模具制造技術(shù)電弧噴涂快速模具制造技術(shù) 電弧噴涂制模技術(shù)中，脫模劑選擇原則為：脫模劑選擇原則為：（1）脫模性能優(yōu)良，脫模劑的粘度適中，容易鋪展成一均勻薄膜；（2）具有耐熱性，受熱不發(fā)生碳化分解；（3）化學(xué)性能穩(wěn)定，不與成型產(chǎn)品發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；（4）不腐蝕模具，不污染制品，氣味和毒性??；（5）表面張力在1723Nm之間，有良好的成膜性能。常用的脫模劑有硬脂酸鋅、液體石蠟、硅油、聚乙烯醇等。其中，聚乙烯醇最

49、適合于電弧噴涂制模工藝聚乙烯醇最適合于電弧噴涂制模工藝，其優(yōu)點(diǎn)為優(yōu)點(diǎn)為：（1）與母模、金屬微粒能夠很好得貼合。（2）耐高溫。聚乙烯醇的汽化點(diǎn)為800左右，電弧噴涂時母模表面的溫度一般保持在600以下，因此聚乙烯醇既能夠保證不被破壞，又能起到防止因母模過熱而變形的作用。（3）聚乙烯醇是一種水溶性的脫模劑，浸入水只可使凸凹模型腔的金屬殼體之間、金屬殼體與母模之間的脫模劑層溶解于水中而形成微小空隙，很容易實(shí)現(xiàn)殼體、母模的分離。第三節(jié)第三節(jié) 電弧噴涂快速模具制造技術(shù)電弧噴涂快速模具制造技術(shù) 在使用聚乙烯醇時一定要控制其所形成的隔離層的厚度，太薄太薄時不易形成連續(xù)不斷的隔離層，影響脫離；太厚太厚會降低型

50、腔的形狀精度，導(dǎo)致制品尺寸不準(zhǔn)確。具體使用時應(yīng)注意如下技巧和事項：使用時應(yīng)注意如下技巧和事項：（1）母模和固定板表面必須清理干凈、干燥，否則影響模具的表面精度?？捎酶稍锏膲嚎s空氣吹凈。（2）為控制脫模劑隔離層的厚度，可分兩次涂刷脫模劑。當(dāng)?shù)谝粚用撃└稍镏螅龠M(jìn)行第二次涂刷。 （3）聚乙烯醇是一種較粘稠的液體，不易干燥，涂在母模和噴涂鐵板上一般要經(jīng)過半小時到一個小時的干燥時間。在使用脫模劑之前，在聚乙烯醇中可加入少量酒精，涂到母模和噴涂鐵板上，反復(fù)用毛刷涂刷，酒精的揮發(fā)會加快聚乙烯醇的干燥，十分鐘后脫模劑就可完全干燥，從而節(jié)約了噴涂前準(zhǔn)備工作的時間。第三節(jié)第三節(jié) 電弧噴涂快速模具制造技術(shù)電弧

51、噴涂快速模具制造技術(shù) 關(guān)鍵問題三：型腔殼體的電弧噴涂型腔殼體的電弧噴涂脫模劑涂刷完畢，即可進(jìn)行凹模型腔金屬殼體的噴涂制作。在進(jìn)行噴涂時，應(yīng)對影響噴涂金屬殼體質(zhì)量的一些因素進(jìn)行控制： （1）對噴涂環(huán)境的控制 噴涂時，不可避免地招來空氣中的灰塵，灰塵將妨礙噴涂金屬的冷卻，微小的灰塵還可能導(dǎo)致氣泡。解決的辦法很簡單，噴涂操作時要小心，環(huán)境要清潔，噴涂前用壓縮空氣將母模上的灰塵吹跑。 （2）噴涂層厚度的控制 模具金屬殼體厚度是噴涂時必須控制的一個參數(shù)，如果殼體太厚，不僅浪費(fèi)噴涂金屬材料，而且會引起殼體內(nèi)應(yīng)力，嚴(yán)重削弱涂層與模具基體的結(jié)合強(qiáng)度，甚至?xí)幕w上剝落下來。一般來說，殼體噴涂厚度達(dá)到23mm左

52、右時，就可停止噴涂。第三節(jié)第三節(jié) 電弧噴涂快速模具制造技術(shù)電弧噴涂快速模具制造技術(shù) （3）噴涂均勻性的控制 如果殼體的厚度不均，就會使噴涂金屬殼體表面應(yīng)力與應(yīng)變的分布不均，導(dǎo)致模具壽命的降低，嚴(yán)重時會使模具型腔開裂，因此，保證殼體厚度均勻非常重要。如果需制作的模具體積比較大，可以配置一個旋轉(zhuǎn)工作臺，將噴涂底板和母模放到工作臺上，噴涂槍不需來回移動，只需保證與母模的噴涂角度即可。如果制作的模具體積比較小，不必配置旋轉(zhuǎn)工作臺，在噴涂底板后面墊一物體，使母模與與水平面呈45，噴涂一層后，旋轉(zhuǎn)90，再進(jìn)行第二層的噴涂，這樣即可保證噴涂金屬殼體厚度均勻。（4）母模表面溫度的控制 噴涂金屬顆粒向母模傳遞大

53、量的熱量，如果不控制母模表面的溫度，母模就會產(chǎn)生熱變形，導(dǎo)致模具制作的失敗。可以在噴完一層金屬后使噴涂槍停止起弧，用噴涂槍噴出的壓縮空氣連續(xù)吹母模表面，使之迅速降溫，當(dāng)溫度降到500以下時，打開起弧開關(guān)，繼續(xù)噴涂。第三節(jié)第三節(jié) 電弧噴涂快速模具制造技術(shù)電弧噴涂快速模具制造技術(shù) 關(guān)鍵問題四：模具基體填充材料制備與澆注模具基體填充材料制備與澆注澆注填充材料主要是由環(huán)氧樹脂和有色金屬粉、金屬顆粒組成的混合物，再加入適量的固化劑、增韌劑，以及為提高耐磨性而加入一定量的鐵粉。最常使用的快速模具填充材料是環(huán)氧樹脂和鋁粉的混合物，鋁粉在環(huán)氧樹脂中起到填料改性的作用，可以改善環(huán)氧樹脂的機(jī)械性能、熱性能和工藝性

54、能。 對于中、小型注塑模具，所受的注塑壓力較小，熔融塑料傳遞的熱量也較少，因此可以適當(dāng)減少鋁粉的比例，鋁粉應(yīng)占需填充體積的60%左右。而大型注塑模具所受注塑壓力大，傳遞熱量多，因此應(yīng)增加鋁粉的比例，提高其機(jī)械性能和熱性能，從而保證模具正常工作，延長使用壽命，其體積應(yīng)為需填充體積的85%左右。第三節(jié)第三節(jié) 電弧噴涂快速模具制造技術(shù)電弧噴涂快速模具制造技術(shù) 模具基體填充材料的制備與澆注過程如下：模具基體填充材料的制備與澆注過程如下： （1）將稱好的環(huán)氧樹脂放在原型塑料容器或金屬容器內(nèi)。 （2）加入鋁粉慢慢攪拌，若需要加入大量鋁粉作為填充物，可以用機(jī)械式攪拌器攪拌。為減少夾帶空氣的風(fēng)險，攪拌器的速度

55、宜慢不宜快，一般不要超過500r/min。（3）經(jīng)攪拌后的混合物，應(yīng)靜置一段時間，讓鋁填充物完全濕透并使夾雜的空氣完全跑掉。（4）將稱好的硬化劑澆入容器中，并保證混合均勻。（5）將冷卻銅管安裝在?？蛏?，在容器中添加硬化劑，靜置1015min，即可注入?？蛑校瑢娡繗ず湍？蛲耆顫M。 （6）容器里殘余的鋁粉可以將其均勻地倒進(jìn)混合物里，并保證鋁粉完全進(jìn)入混合物。這一過程要快，因?yàn)闈沧⒒旌衔镌?5min內(nèi)將發(fā)生固化反應(yīng)。第三節(jié)第三節(jié) 電弧噴涂快速模具制造技術(shù)電弧噴涂快速模具制造技術(shù) 關(guān)鍵問題四：凹模、凸模型腔與母模的分離凹模、凸模型腔與母模的分離 當(dāng)凹模、凸模型腔制作完畢后，二者連同母模成為一體，這

56、就需要將凸、凹模分離，取出母模。如果直接用工具撬開模具型腔，極有可能破壞模具，使噴涂金屬殼體裂開。將模具放入到溫水中，水溶性的聚乙烯醇在溫水的作用下逐漸溶解，再用工具輕輕一撬，凸、凹模型腔就可分開。 圖8-23即為采用原型母模進(jìn)行電弧噴涂快速制作的金屬殼體。圖圖8-23 電弧噴涂快速制作的金屬殼體電弧噴涂快速制作的金屬殼體第三節(jié)第三節(jié) 電弧噴涂快速模具制造技術(shù)電弧噴涂快速模具制造技術(shù) 快速成型和電弧噴涂相結(jié)合的模具快速制造方法其步驟為：（1）激光快速成型機(jī)快速成型零件原型；（2）用電弧噴涂方法在原型零件表面噴涂l3mm厚的金屬殼；（3）為提高金屬殼的強(qiáng)度及避免金屬殼變形在金屬殼背后用環(huán)氧樹脂等

57、材料加固；（4）取出原型零件即得到表面為金屬的模具。 從中可以看出，電弧噴涂電弧噴涂和噴涂金屬層加固噴涂金屬層加固是這種快速制模方法的關(guān)鍵。v3.2 電弧噴涂制模關(guān)鍵技術(shù)及工藝參數(shù)控制電弧噴涂制模關(guān)鍵技術(shù)及工藝參數(shù)控制第三節(jié)第三節(jié) 電弧噴涂快速模具制造技術(shù)電弧噴涂快速模具制造技術(shù) 1金屬殼的制作 電弧噴涂制模的關(guān)鍵是要在模型表面形成一層金屬殼，金屬殼應(yīng)緊密地包裹在模型表面，不能過早與模型分離，否則金屬殼不能反映模型的真實(shí)形狀，模具將失去精度。金屬殼與模型的結(jié)合或分離，主要決定于涂層與模型表面之間的剪應(yīng)力與剪切強(qiáng)度，如果剪應(yīng)力超過界面之間的剪切強(qiáng)度，金屬殼將與模型發(fā)生分離。影響金屬殼與模型之間的

58、剪應(yīng)力的因素很多，主要有金屬殼材料本身的力學(xué)性能、熱物理性能以及噴涂時模型表面的溫度。而影響剪切強(qiáng)度的主要因素是涂層與模型之間的離型劑、脫模劑厚度，對于電弧噴涂制作模具，既要求金屬微粒均勻致密地貼敷到模型表面，又要求形成殼體后能順利、完整地從模型上分離下來，而且在噴涂過程中要保護(hù)好模型及其表面花紋，使之能經(jīng)得起噴涂金屬微粒的沖擊，涂層與模型之間的離型劑、脫模劑厚薄度是關(guān)鍵。同時，涂層與模型材料之間的熱膨脹系數(shù)之差，也影響涂層的噴涂工藝性能。第三節(jié)第三節(jié) 電弧噴涂快速模具制造技術(shù)電弧噴涂快速模具制造技術(shù) 2噴涂工藝參數(shù)選擇 采用合理的電弧噴涂工藝參數(shù)，可獲得良好的噴涂效果，使涂層具有較高的結(jié)合強(qiáng)

59、度、微觀硬度、宏觀硬度和耐磨性及較小的孔隙率。電弧噴涂工藝參數(shù)主要有電壓、霧化氣壓、噴涂距離和噴槍移動速度等。 （1）熱源功率及噴涂電流）熱源功率及噴涂電流 電弧功率過小過大都不利于噴涂的順利進(jìn)行，功率過小，起弧困難，易斷弧，金屬絲材熔化不良，會降低涂層結(jié)合強(qiáng)度；功率過大，電弧過于劇烈，金屬絲過熱，溫度過高的金屬微滴撞擊到過渡基模表面上呈現(xiàn)濺射狀，從而降低結(jié)合強(qiáng)度。 噴涂電流的大小是影響噴涂生產(chǎn)率的主要因素，可依據(jù)具體噴涂情況而定。噴涂金屬顆粒從電弧噴槍噴出時是成散射狀，如果母模較小，而噴涂電流較大，那么很多金屬顆粒就噴射不到母模上，造成不必要的浪費(fèi)，因此應(yīng)適當(dāng)調(diào)小噴涂電流。第三節(jié)第三節(jié) 電弧

60、噴涂快速模具制造技術(shù)電弧噴涂快速模具制造技術(shù) 表8-5為某實(shí)際應(yīng)用中采用電弧噴涂法制模時，噴涂不同材料涂層所需的較為理想的熱源功率參數(shù)和氣壓值。 （2）噴涂空氣壓力與流量）噴涂空氣壓力與流量電弧噴涂制模是利用壓縮空氣，將熔化的金屬霧化成微粒并噴射到母模表面。電弧噴涂用的壓縮空氣由大功率空氣壓縮機(jī)提供。 第三節(jié)第三節(jié) 電弧噴涂快速模具制造技術(shù)電弧噴涂快速模具制造技術(shù) 壓縮空氣的壓力以及流量直接影響金屬涂層的致密程度，當(dāng)霧化壓縮空氣的壓力較大、流量較大時，熔融線材被霧化的效果好，且霧化粒子受到的加速度大，因而所獲涂層結(jié)合強(qiáng)度最高，噴涂層表面金屬顆粒細(xì)密，機(jī)械強(qiáng)度高；當(dāng)霧化壓縮空氣壓力較小、流量較小時，所霧