RP＆RM在硅膠模制造中的應(yīng)用分析

詹建軍

（武漢工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430415）

0 引言

采用模具生產(chǎn)零件具有效率高、質(zhì)量好、節(jié)約原材料、降低成本等許多優(yōu)點［1］，體現(xiàn)了先進制造技術(shù)所要求的優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔環(huán)保等思想，已成為當(dāng)前機械工業(yè)生產(chǎn)的重要手段以及工藝的發(fā)展方向［2］。在傳統(tǒng)模具設(shè)計與制造過程中，對試制模具需進行多次反復(fù)修復(fù)，直至滿足應(yīng)用需求，這就延長了模具制造周期，并且由于成型模具市場遠大于試制模具市場［3］，從縮短制造周期、降低生產(chǎn)成本等方面考慮，適應(yīng)新產(chǎn)品試制模具制造和中、小規(guī)模生產(chǎn)要求的模具快速成型與制造（RP＆RM）能實現(xiàn)傳統(tǒng)CAD設(shè)計到實體模具的快速制造，是一種具有良好應(yīng)用前景的制造手段。

1 硅膠模的特性及應(yīng)用

硅膠從生產(chǎn)溫度來分，有室溫和高溫硫化硅膠2種［4］。目前，制模所用的多是雙組分的液體硅膠。硅膠具有良好的彈性和柔性，相比其他材質(zhì)的模具，硅膠模在具有深凹槽且結(jié)構(gòu)精細復(fù)雜、拔模斜度小的鑄件生產(chǎn)中具有顯著的優(yōu)勢，如圖1所示。主要體現(xiàn)在：

（1）硅膠模收縮性小，有較好的復(fù)現(xiàn)性，模具的圖樣尺寸和實際尺寸之間誤差??；

（2）硅膠模具有一定的耐高溫能力，可用于金屬的熔模鑄造［5］，也可用于塑料、石膏件的快速成型［6］；

（3）硅膠模具有彈性，很容易實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)復(fù)雜部件的脫模。

此外，硅膠模的應(yīng)用范圍廣，可成型0.5 mm的薄壁件，也可用于大型件和微型件的制造［7］。

2 硅膠模具的制造

2.1 基于SLA的原型部件的成型與制造

圖1 硅膠模的快速成型及應(yīng)用

如圖2所示，液槽內(nèi)裝滿液態(tài)的光敏樹脂，可在紫外激光束的照射下快速固化。成型開始時，可升降工作臺使其處于液面下一個層厚的地方，聚焦后的紫外激光束在計算機的控制下按截面輪廓進行掃描，使掃描區(qū)域的液態(tài)樹脂固化，形成該層面的固化層，然后工作臺下降一層的高度，其上覆蓋另一層液態(tài)樹脂，進行第二層的掃描固化，如此重復(fù)，直到整個產(chǎn)品成型。

2.2 硅膠模制造工藝流程

利用原型部件制造硅膠模的工藝流程如圖3所示。

（1）將原型部件在平板上合理放置。將待加工的原型在平板上放好、固定，并將模框套放在已固定好部件的周圍。另外，為了較好地起模，可在平板和?？虻膬?nèi)壁上涂上脫模材料。

圖2 立體印刷成型

圖3 硅膠模制造的工藝流程

（2）對已在平板上合理放置的部件貼黏土，同時配置石膏漿，為了減少硅膠材料的使用，提高所制作模具的剛性，進行石膏背襯澆注，待其固化后，除去部件上的黏土。

（3）根據(jù)除去黏土的體積，分析所需硅膠的量，對部件的硅膠模進行造型、固化。原材料調(diào)配均勻后，可采用文獻［8］中的方法進行硅膠澆注：1）在普通工作室內(nèi)，混合少量的硅膠和固化劑。2）將混合后的硅膠涂覆在原型的表面，構(gòu)成1～2 mm厚的薄涂層。3）在固化過程中，使涂覆的硅膠層充分脫氣，用刀片劃破無法自行消失的氣泡。4）待硅膠模起步固化和脫氣后，將大量混合硅膠和固化劑注入原型。5）待硅膠初步固化后，移去原型，將硅膠模具在室溫20℃下放置4～8 h，再置于烘箱，100℃下固化8 h或在150～180℃下保持2 h，使其完全固化。利用這種方法，與真空箱相比，雖多了一層涂覆并使其固化、脫氣的工序，但操作較為方便，制作出的硅膠模滿足使用性能要求。

（4）澆注完成，硅膠固化后，取出部件，對硅膠模進行修補。

3 硅膠模在汽車燈罩制造中的應(yīng)用

利用UG制作的某車燈罩的三維實體結(jié)構(gòu)如圖4所示，根據(jù)三維結(jié)構(gòu)經(jīng)立體印刷成型得到原型部件，對部件模型進行分型，在部件上確定澆口位置。

圖4 某車燈罩的三維結(jié)構(gòu)［9］

之后，在模箱內(nèi)部放置車燈罩，燈罩與模箱四壁間隔20 mm左右，按照圖3所示工藝流程對原型進行澆注，制造硅膠模。硅膠固化后，按確定好的分型面拆開，取出燈罩原型后，對此模具進行修復(fù)。

由于汽車對車表部件有美觀性的要求，利用硅膠模生產(chǎn)的燈罩如圖5所示。顯而易見，該燈罩具有較好的表面質(zhì)量。

圖5 利用硅膠模制造的車燈罩［9］

4 結(jié)論

利用RP＆RM技術(shù)制造低熔點合金、塑料等零件的硅膠模具具有較高的效率，可減短模具制造周期，且經(jīng)硅膠模具制造的零件具有較高的尺寸精度和表面特性。

總的來說，硅膠模具具有如下特點：

（1）硅膠模具制造周期短，投產(chǎn)質(zhì)量及使用壽命適中，在小批量零件的生產(chǎn)中具有一定的經(jīng)濟性。

（2）利用硅膠模具制造零件工藝方便，制造出的零件有較好的表面特性。

（3）硅膠模具的快速成型與制造有助于緩解模具制造需求增長的壓力，平衡模具市場與試樣模具開發(fā)之間的關(guān)系。

［1］模具實用技術(shù)叢書編委會.模具材料與使用壽命［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2000

［2］朱林泉，白培康，朱江淼.快速成型與快速制造技術(shù)［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2003

［3］張海鷗，韓光超，王桂蘭.快速制造模具技術(shù)［J］.中國機械工程，2002（22）

［4］陳光輝，崔國起，趙詠.基于快速成型技術(shù)的雙組分室溫固化硅膠制模技術(shù)［J］.天津大學(xué)學(xué)報，2006（6）

［5］潘錦華.藝術(shù)品鑄造中的硅橡膠模制造技術(shù)［J］.鑄造，2005（1）

［6］王艷萍.基于硅膠模技術(shù)的小批量塑料件快速制造［J］.塑料科技，2009（11）

［7］左曉明.硅膠模及其在快速制模中的應(yīng)用［J］.鑄造技術(shù)，2010（6）

［8］王學(xué)讓，楊占堯.快速成型理論與技術(shù)［M］.北京：航空工業(yè)出版社，2001

［9］寧宇.基于快速成型技術(shù)的汽車燈具新產(chǎn)品開發(fā)［D］.吉林大學(xué)，2005