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1、精品学习资源基于快速成形技术的快速模具制造技术一、引言近 10 年来，制造业市场环境发生了庞大的变化，快速将产品推向市场已成为制造商把握市场先机的重要保证； 因此，产品的快速开发技术将成为赢得21 世纪制造业市场的关键快速成形技术 以下简称 RP是一种集运算机帮助设计、精密机械、数控激光技术和材料学为一体的新兴技术， 它采纳离散积累原理， 将所设计物体的 CAD 模型转化成实物样件；由于 RP 技术采纳将三维形体转化为二维平面分层制造的原理，对物体构成复杂性不敏锐，因此物体越复杂越能表达它的优越性；以 RP 为技术支撑的快速模具制造 RTRapid Tooling 也正是为了缩短新产品开发周期
2、， 早日向市场推出适销对路的、按客户意图定制的多品种、小批量产品而进展起来的新型制造技术；由于产品开发与制造技术的进步，以及不断追求新奇、奇妙、多变的市场消 费导向，使得产品 特殊是消费品 的寿命周期越来越短已成为不争的事实；例如，汽车、家电、运算机等产品，采纳快速模具制造技术制模，制作周期为传统模具制造的1/31/ 10，生产成本仅为 1/31/5；所以，工业发达国家已将 RP/RT 作为缩短产品开发时间及模具制作周期的重要讨论课题和制造业核心技术之一，我国也已开头了快速制造业的研究与开发应用工作；二、基于 RPM 的快速模具制造方法模具是制造业必不行少的手段，其中用得最多的有铸模、注塑模、
3、冲压模和锻模等；传统制作模具的方法是：对木材或金属毛坯进行车、铣、刨、钻、磨、电蚀等加工，得到所需模具的外形和尺寸；这种方法既费时又费钱，特殊是汽车、摩托车和家电所需的一些大型模具， 往往造价数十万元以上，制作周期长达数月甚至一年；而基于 RPM 技术的 RT 直接或间接制作模具，使模具的制造时间大大缩短而成本却大大降低；1. 用快速成形机直接制作模具由于一些快速成形机制作的工件有较好的机械强度和稳固性，因此快速成形件可直接用作模具；例如，Stratasys公司 TITAN 快速成形机的 PPSF制件坚如硬木， 可承担 300 高温，经表面处理 如喷涂清漆， 高分子材料或金属 后可用作砂型铸造
4、木模、 低熔点合金铸造模、试制用注塑模以及熔模铸造的压型；当用作砂形铸造的木模时，它可用来重复制作 50100 件砂型；作为蜡模的成型模时， 它可用来重复注射 100 件以上的蜡模； 用 F DM 快速成形机的 ABS 工件能挑选性地融合包裹热塑性粘结剂的金属粉，构成模具的半成品，烧结金属粉并在孔隙渗入其次种金属（铝）从而制作成金属模；欢迎下载精品学习资源2. 用快速成形件作母模，复制软模具 Soft tooling用快速成形件作母模，可浇注蜡、硅橡胶、环氧树脂、聚氨脂等软材料，构成软模具， 或先浇注硅橡胶、 环氧树脂模 即蜡模的压型 ，再浇注蜡模；其中，蜡模可用于熔模铸造， 而硅橡胶模、环氧
5、树脂模等可用作试制用注塑模或低熔点合金铸造模；3. 用快速成形件作母模，复制硬模具 Iron tooling用快速成形件作母模，或据其复制的软模具，可浇注 或涂覆石膏、陶瓷、金属基合成材料、金属，构成硬模具 如各种铸造模、注塑模、蜡模的压型、拉伸模 ，从而批量生产塑料件或金属件；这种模具有良好的机械加工性能，可进行局部切削加工，以便获得更高的精度，或镶入嵌块、冷却系统、浇注系统等；用金属基合成材料浇注成的蜡模的压型，其模具寿命可达 100010000 件；4. 用快速成形系统制作电脉冲机床用电极用快速成型件作母体，通过喷镀或涂覆金属、粉末冶金、精密铸造、浇注石墨粉或特殊研磨，可制作金属电极或石
6、墨电极；三、基于 RP 的快速模具制造的应用1. 利用硅橡胶模 Silicon Rubber Mold 制作佛头、线圈硅橡胶有很好的弹性和复制性能，用它来复制模具可不考虑拔模斜度，基本不会影响尺寸精度，而且这种材料有很好的切割性能，用薄片就可简单地将其切开且切面间特别贴合， 因此用它来复制模具时可以先不分上下模，整体浇注出软模后，再沿预定的分模面将其切开，取出母模，即可得到上下两个软模；(1) 试验用设备和材料所用的设备：Stratasys的 Titan 快速成形机、HVC-1 真空注型机和恒温箱； 所用的材料： 日产 KE-1310ST 透亮硅橡胶、日产 CAT-1310 固化剂浇注时， K
7、E-1310ST 与 CAT-1310 以 100：10 混合和 PX215 真空注型硬制聚氨脂树脂 异氰酸脂，多元醇 11 混合；(2) 制模工艺路线使用 UG、PRO-E、Solid Edge等软件进行三维实体造型， 以 STL文件格式储存；将文件输入快速成形机作出制件原型，处理后作为硅橡胶母模；组合模框后将硅橡胶和固化剂的混合物浇注于框中，通过真空脱泡、固化后剖切取出母样即得硅胶模；最终在真空注型机中浇注塑料样件；详细的制模流程如图1 所示；CAD 三维造型软件STL 文件欢迎下载精品学习资源图 1 制模工艺路线FDM 快速成型制作母件 制作模框浇注硅胶和固化剂的混合物 固化 分模 树脂
8、浇注欢迎下载精品学习资源(3) 制作硅胶模具时的留意事项对加成型硅橡胶而言，不要在室温下固化，而以40 60加温固化；分模面的选取肯定要留意将外观面朝下，在内观面的合适位置上放置胶棒；假如零件有倒钩，可以在硅胶模上作 45切口，但留意不要割断；在一些树脂不易流满的死角处，肯定要做气孔；对不简单进行分模的原型件，可以喷少许离型剂；此外，对外形复杂 倒钩、斜面许多 ，两半模无法满意脱模条件的情形，开模时可以将硅橡胶模具剖开成数块来处理；但要留意，在浇注塑料件的时候合模应精确，否就会因 模具的错位或合模不紧而影响浇注品的精度；(4) 应用图例图 2 和图 3 分别是我们制作的佛头和线圈模具的照片；此
9、主题相关图片如下：图 2 佛头模具此主题相关图片如下：欢迎下载精品学习资源图 3 线圈模具2. 利用电极 electroforming 快速制造精铸摆杆注射模等多种模具的型腔经常用电脉冲加工机床EDM制作；它是利用导电材料 金属 在液体介质中放电时的电腐蚀现象来对金属材料 型腔 进行加工的，原理如 4 所示；此主题相关图片如下：图 4 电脉冲加工原理图(1) 精铸摆杆制作工艺流程如图 5 所示，在此摆杆制作工艺中，电极的制作是关键；我们第一用快速成形机制作出母件，在其表面进行金属喷镀构成铜电极壳体，然后取出电极壳体，在电极壳体的背面注射环氧树脂，用电极固定座与电极壳体连接构成铜电极；这样，精铸
10、摆杆电极就制作完成了；FDM 快速成型机制作母件利用喷镀法由母件制作上、下外形电极通过电蚀加工出摆杆上、下模腔 制作蜡模利用蜡模进行铸造 图 5 摆杆制作工艺流程欢迎下载精品学习资源(2) 留意事项1) 这种方法由于通过电极的电流较大会产生大量的热，假如散热不够好，镀层和母体易分别，导致电极镀层畸变、破裂，加剧损耗；为此，可在电极中设置相应的冷却道， 或在* 近镀层处放入金属嵌块来改善导热；2) 在电脉冲加工过程中，电极与被加工表面之间的间隙应适中；过大，极间电压不能击穿极间介质，从而不能产生火花放电，过小，简单短路；3) 加工工件必需放在较高绝缘强度的液体介质中进行；通常采纳泵和过滤器使工作液循环过滤；4) 精加工电极表面应尽可能光滑，以便削减模腔表面的后处理工作量；(3) 应用图例如图 6 所示，从左向右依次为快速原型件、上半外形电极及模具、下半外形电极及模具、蜡模；此主题相关图片如下：图 6 剪毛机摆杆四、终止语从上面的论述中可以看出，快速成型技术及以其为基础的快速制模技术在企业新产品开发中起着重要作用；它可以极大缩短新产品的开发周期，降低开发阶段的成本，防止开发风险；在 21 世纪，新产品的快速开发成为企业生存与进展命脉时，该项技术必将得到广泛应用与进展；欢迎下载