快速成型技術(shù)在模具制造領(lǐng)域的應(yīng)用分析

陳昉 李智麗

摘 要：基于快速成型技術(shù)具有先進(jìn)性、高柔度性和快速性的特點(diǎn)，且集計算機(jī)技術(shù)、激光技術(shù)、材料科學(xué)、數(shù)控技術(shù)及其精密機(jī)械為一體，因此目前在模具制造領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。下面我們將介紹快速成型技術(shù)的特點(diǎn)，并分析快速模具制造技術(shù)，同時提出在汽車與航空航天工業(yè)領(lǐng)域快速成型制模技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：快速成型技術(shù)；模具制造；應(yīng)用

目前全球均處于快速工業(yè)化生產(chǎn)時代，為了促進(jìn)生產(chǎn)效率的提升，就必須借助模具制造。但是隨著市場的不斷變化與消費(fèi)者需求的增多，使得當(dāng)下不得不加快產(chǎn)品更新，進(jìn)而就必須加快產(chǎn)品研發(fā)，基于此，引進(jìn)快速成型技術(shù)則具有重要的意義。

一、快速成型技術(shù)的相關(guān)特點(diǎn)分析

對快速成型技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行歸納匯總，主要表現(xiàn)為以下幾個方面：

一是速度快，即從規(guī)劃到生產(chǎn)的時間短，對新品的管理域開發(fā)相當(dāng)適用；

二是柔性高，即改變CAD模型并對設(shè)置參數(shù)重新調(diào)整，便可將不同形狀的模型生產(chǎn)；

三是選材廣，除了塑料樹脂類之外，還可以選擇陶瓷材料、金屬、復(fù)合材料、紙類與石蠟類材料進(jìn)行制模；

四是設(shè)計制造一體化且高度技術(shù)集成，包括了機(jī)械控制、材料控制、激光、計算機(jī)、計算機(jī)技術(shù)、綜合數(shù)據(jù)、數(shù)控技術(shù)等；

五是自由成形制造，即零件形狀無特殊限制和不受復(fù)雜零件形狀限制；

六是加工制造快速，將新品研制周期與成本大大縮減，同時加工具有自動化、浪費(fèi)少、噪聲小及其振動小的特點(diǎn)；

七是原型的互換性及其復(fù)制性高；

八是產(chǎn)品的復(fù)雜程度不影響加工成本和周期；

九是制造原型的形狀不影響制造工藝。

二、模具制造中快速成型技術(shù)的應(yīng)用

一般涉及間接制模和直接制模兩種模具制造方法，而要想實現(xiàn)快速制模，就必須保證快速原型具有較高的尺寸精度，然而受成型工藝及其材質(zhì)等因素的影響，使得直接制模法較為少用。目前在產(chǎn)品生產(chǎn)中應(yīng)用較多的快速成型制模技術(shù)主要包括了以下幾種：

一是電弧噴涂快速制模，即依據(jù)原型模樣充分霧化熔化的金屬，之后將其向樣模表面噴射，且控制一定的速度，促進(jìn)模具型腔表面的形成，之后將復(fù)合材料背襯充填，支撐選擇的材料為硅橡膠或環(huán)氧樹脂，分離殼與原型，將精密模具獲得，再將冷卻系統(tǒng)和澆注系統(tǒng)等加入，與模架一同制作注射模具。該手段具有周期短、工藝簡單、模具尺寸精度高的特點(diǎn)。

二是硅膠-陶瓷型橡膠模制模，即將精密陶瓷型通過涂層轉(zhuǎn)移獲得，并將黑色金屬或鑄鋁澆鑄。通?？焖倬荑T造的方式較多，主要是通過立體光刻工藝將零件膜具半中空原型獲得，之后掛漿于原型外表面，將一定粒度與厚度的陶瓷層獲得，并在原型外面緊緊包裹，之后再將其置入高溫爐將半中空原型燒掉，并將中空的陶瓷型殼獲得。將該方法在精密鑄造中應(yīng)用，還有以機(jī)加工的形式對澆鑄后的金屬模做處理，使其尺寸精度與表面質(zhì)量符合相關(guān)要求。該手段將鑄造原型的精度大大提高，同時也將制造速度加快。

三是硅橡膠制模，該快速模具制造法的應(yīng)用具有廣泛性，受硅橡膠模彈性好、柔性好等因素的影響，使得在制造深凹槽類、花紋精細(xì)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜零件的時候該手段得到了廣泛應(yīng)用，并且還具有制件質(zhì)量高與制作周期短的特點(diǎn)。受零件尺寸、形狀的影響，在硅橡膠模具強(qiáng)度要求上具有顯著差異，因此制模方法也隨之發(fā)生轉(zhuǎn)變。通常情況下，硅橡膠模具具有收縮率、強(qiáng)度極低、仿真性好的特點(diǎn)，因此多用于彈性模具的制造，并且不受溫度、設(shè)備及其特殊技術(shù)的制約。除此之外，硅橡膠模具還能夠接受粗劣操作和重復(fù)使用，使批量生產(chǎn)產(chǎn)品和制件原型的精密公差得以保持，并將形狀復(fù)雜的零件直接加工，在工序上免去了打磨和銑削，且容易脫模，將產(chǎn)品試制周期縮短，并且也方便進(jìn)行模具修改。最后基于該材料的彈性優(yōu)勢，使得在凸凹部分澆注成型后也能夠輕松取出。

四是樹脂型復(fù)合模具制模，該手段的基體材料是有機(jī)或無機(jī)復(fù)合材料與液態(tài)環(huán)氧樹脂，之后依據(jù)原型進(jìn)行模具澆注。在工藝流程上包括了原型制作、處理表面、設(shè)計表面、?？蛑谱?、分型面設(shè)計、刷脫模劑于原型分型面和表面、膠衣樹脂、凹模澆注。在以上步驟完成后將其倒置，并將脫模劑和膠衣樹脂均勻涂于原型分型面及表面，之后將模具分開。將模具于常溫下澆注，基本固化定型僅需1～2天，之后分模處理。

三、汽車與航空航天工業(yè)領(lǐng)域快速成型制模技術(shù)的應(yīng)用

1）汽車工業(yè)中的應(yīng)用。將該技術(shù)用于汽車制造業(yè)能夠滿足表面質(zhì)量高、形狀復(fù)雜、尺寸大、材料薄的要求，同時獲得模具具有經(jīng)濟(jì)耐用、表面質(zhì)量好、模具精度高的特點(diǎn)，除此之外還能夠進(jìn)行批量生產(chǎn)，目前主要應(yīng)用汽車內(nèi)部部件的制作，如氣缸蓋或者是發(fā)動機(jī)等。

2）航空航天工業(yè)中的應(yīng)用。制造火箭發(fā)動機(jī)泵樣機(jī)零部件的時候采用快速成型制模技術(shù)要顯著優(yōu)于傳統(tǒng)的硬加工法，無論是在制造成本還是制造時間上都要明顯占優(yōu)勢，相關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)查顯示，采用快速成型制模技術(shù)制模的成本僅為傳統(tǒng)手段的1/4，而試驗全期也有小縮減1/3。

四、結(jié)語

通過以上探討我們了解到在新產(chǎn)品開發(fā)中模具開發(fā)周期起到了嚴(yán)重影響作用，因此要想將新產(chǎn)品的開發(fā)成本降低，開發(fā)周期縮短，就必須將模具的成本有效控制并降低，因此就必須充分借助快速成型技術(shù)進(jìn)行制模，并且在充分考慮模具原型材料的基礎(chǔ)上將電弧噴涂快速制模、硅膠-陶瓷型橡膠模制模、硅橡膠制模及其樹脂型復(fù)合模具制模手段合理的選擇應(yīng)用。

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作者簡介：

陳昉（1982-），男，湖北宜昌人，講師，研究方向：模具設(shè)計與制造；李智麗（1984-），女，青海海西人，三峽大學(xué)機(jī)械工程碩士，講師，助理工程師，湖北三峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師，模具設(shè)計與制造專業(yè)負(fù)責(zé)人，研究方向：機(jī)械工程技術(shù)、 控制技術(shù)、模具設(shè)計與制造。