試析快速成型技術(shù)在模具制造領(lǐng)域的應(yīng)用

劉圣敏

【摘 要】上個(gè)世紀(jì)八十年代后期，材料科學(xué)、精密激光技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助、機(jī)械制造及自動(dòng)化領(lǐng)域快速發(fā)展并逐步走向成熟，在此基礎(chǔ)之上綜合各領(lǐng)域先進(jìn)技術(shù)而發(fā)展出一種新型制造技術(shù)，即快速成型技術(shù)。由于結(jié)合了很多領(lǐng)域的先進(jìn)成果，這種新型成型技術(shù)具有諸多優(yōu)點(diǎn)，因而受到了廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用。在快速成型技術(shù)中，快速模具制造技術(shù)是其能夠快速成型并制造出高質(zhì)量產(chǎn)品的關(guān)鍵，也是目前制造成型領(lǐng)域研究的重要部分。本文就這種新型快速成型技術(shù)的特點(diǎn)和原理作了詳細(xì)介紹，并對(duì)其應(yīng)用以及未來(lái)發(fā)展方向作了簡(jiǎn)要分析。

【關(guān)鍵詞】快速成型技術(shù)；模具制造；快速工模具

社會(huì)不斷向前發(fā)展的本質(zhì)其實(shí)是新的事物不斷出現(xiàn)并取代舊的事物的過(guò)程，由于新事物具有新的優(yōu)點(diǎn)能夠適應(yīng)新社會(huì)的要求，因此在其與舊事物的競(jìng)爭(zhēng)當(dāng)中能夠占據(jù)優(yōu)勢(shì)，舊事物便逐漸被時(shí)代所淘汰。經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也是一樣，在現(xiàn)如今市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)不會(huì)僅僅局限在單個(gè)領(lǐng)域，越來(lái)越多的產(chǎn)品是多學(xué)科多領(lǐng)域交叉應(yīng)用的結(jié)果。因此，現(xiàn)在的企業(yè)家們要想提高自己的產(chǎn)品在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，就必須提高自身產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。而要想提高產(chǎn)品質(zhì)量，就必須將此產(chǎn)品涉及到的領(lǐng)域的先進(jìn)成果應(yīng)用于其中，這樣才能提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率、縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期以及降低產(chǎn)品的制造成本。21世紀(jì)的科技發(fā)展離不開(kāi)制造業(yè)的基礎(chǔ)背景，只有制造水平的提高才能真正促進(jìn)工業(yè)體系的發(fā)展。而新型的快速成型技術(shù)應(yīng)用到快速模具制造當(dāng)中，可以提高模具制造的質(zhì)量和效率，具有天然的優(yōu)勢(shì)。

1 快速成型

1.1 快速成型技術(shù)

快速成型技術(shù)，簡(jiǎn)稱RPM。這是一種綜合了材料科學(xué)、精密激光技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助、機(jī)械制造及自動(dòng)化等領(lǐng)域最新成果的先進(jìn)制造技術(shù)。快速成型技術(shù)的原理用到了計(jì)算機(jī)三維CAD成型建模，然后用快速成型機(jī)制造出其基本模型。

1.2 快速成型技術(shù)特點(diǎn)

快速成型技術(shù)基本原理的特殊之處在于其基本模型的構(gòu)建過(guò)程。在基本模型構(gòu)建完成后，將模型三維數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇焖俪尚蜋C(jī)中，成型機(jī)便會(huì)根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)自動(dòng)將材料堆積到一起，行程一個(gè)連續(xù)層，然后多個(gè)連續(xù)層堆疊起來(lái)形成三維實(shí)體。

1.2.1 快速性

由于這種新型的快速成型技術(shù)，其建模過(guò)程由計(jì)算機(jī)完成，建模后的制造過(guò)程由成型機(jī)自動(dòng)完成，所有過(guò)程高度自動(dòng)化。因此，快速成型技術(shù)在制造產(chǎn)品的過(guò)程中效率極高。

1.2.2 設(shè)計(jì)制造一體化

相比于傳統(tǒng)的機(jī)械制造過(guò)程，這種新型快速成型技術(shù)無(wú)論在設(shè)計(jì)階段還是制造階段，都是由計(jì)算機(jī)或者智能制造機(jī)完成，整個(gè)過(guò)程銜接性好，是一個(gè)不可分割的一體化過(guò)程。

1.2.3 自由成形制造

自由成型制造的特殊之處在于，不會(huì)像傳統(tǒng)制造過(guò)程一樣受到特殊制造工具的制約，也不會(huì)因?yàn)榱慵螤畹膹?fù)雜而讓制造過(guò)程變得繁瑣甚至效率低下。

1.2.4 高度柔性

由于這種新型的成型技術(shù)基于計(jì)算機(jī)CAD三維成型，因此只要改變相應(yīng)參數(shù)就能構(gòu)建新的模型，隨即投入生產(chǎn)即可。

1.2.5 材料的廣泛性

快速成型技術(shù)在生產(chǎn)過(guò)程中可以加工多種材料，例如金屬材料、塑料樹(shù)脂等非金屬材料、復(fù)合材料以及陶瓷材料等。

1.2.6 技術(shù)的高度集成

快速成型技術(shù)的發(fā)展得益于現(xiàn)如今計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光材料等的發(fā)展，只有這些相應(yīng)領(lǐng)域高新技術(shù)的支持才能使快速成型技術(shù)擁有如此高的集成度。

1.2.7 加工特點(diǎn)

相比傳統(tǒng)制造加工方法，新型快速成型技術(shù)擁有以下諸多優(yōu)點(diǎn)：

快速成型技術(shù)在制造擁有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和表面的零件時(shí)尤其能顯現(xiàn)出其優(yōu)勢(shì)，制造產(chǎn)品所需準(zhǔn)備時(shí)間短，制造過(guò)程快速高效，產(chǎn)品生產(chǎn)周期短和生產(chǎn)成本低；

新型成型技術(shù)采用材料堆疊技術(shù)，沒(méi)有傳統(tǒng)機(jī)械加工的工具投入和消耗；

新型成型技術(shù)在加工過(guò)程中產(chǎn)生的噪聲小、污染??；

新型成型技術(shù)采用機(jī)電一體化技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人加工；

新型成型技術(shù)的加工效率比傳統(tǒng)機(jī)械加工的效率高。

2 快速制造模具

2.1 快速模具制造技術(shù)

快速模具成型技術(shù)是快速成型技術(shù)的核心。模具根據(jù)材料的種類不同可以分為軟質(zhì)模具和硬質(zhì)模具兩類。

2.1.1 軟質(zhì)模具

現(xiàn)有的軟質(zhì)模具制造方法很多，例如硅橡膠澆注法、電鑄法、金屬噴除法、樹(shù)脂澆注法等。

1）硅橡膠澆注法

硅橡膠模具制造法采用橡膠材料制造模具，橡膠材料本身具有很好的彈性和柔韌性，在制作復(fù)雜結(jié)構(gòu)和表面時(shí)能夠充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。

2）樹(shù)脂澆注法

硅橡膠模具只能適用于少數(shù)產(chǎn)品制作，隨著產(chǎn)品數(shù)量的增多，這種方法便不能適用。此時(shí)，樹(shù)脂澆注法就能發(fā)揮其特性完成大批量生產(chǎn)的重任。樹(shù)脂澆注法是采用液態(tài)環(huán)氧樹(shù)脂澆注在模具內(nèi)成型的方法。

3）金屬噴涂法

金屬噴涂法是將低熔點(diǎn)的金屬熔化成液體，并將其噴涂在模具板上形成所需產(chǎn)品的金屬外殼。金屬噴涂法在生產(chǎn)產(chǎn)品時(shí)工藝方法簡(jiǎn)單，生產(chǎn)產(chǎn)品效率高，所需生產(chǎn)周期較短，成型表面質(zhì)量好，表面耐磨性好。

4）電鑄制模法

電鑄制模法采用電化學(xué)原理，利用電解池內(nèi)陰陽(yáng)極的不同特性，可以實(shí)現(xiàn)將電解液中的金屬元素電解沉積到固定位置，從而形成我們所需要的表面。

2.1.2 硬質(zhì)模具

硬質(zhì)模具是傳統(tǒng)的模具。雖然新型軟質(zhì)模具來(lái)勢(shì)洶洶，但是硬質(zhì)模具在一些特定的產(chǎn)品制作過(guò)程中仍具有不可取代的地位。

1）電火花加工法

電火花加工時(shí)利用高壓電極尖端放電，在極小的位置產(chǎn)生高壓電流將金屬熔化或氣化，從而達(dá)到成型目的。

2）熔模精密鑄造法

熔模精密鑄造法用于鋼模大批量生產(chǎn)。熔模精密鑄造具有制造模具穩(wěn)定性能好、制造模具產(chǎn)品質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。

3）陶瓷型精密鑄造法

陶瓷型精密鑄造法適用于小批量或單件生產(chǎn)。由于陶瓷材料硬度高、耐磨性好，其設(shè)備精密程度高，因此在特殊設(shè)計(jì)某些產(chǎn)品時(shí)可以充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。

2.2 快速成型制模技術(shù)的應(yīng)用

2.2.1 在汽車工業(yè)中

在汽車工業(yè)產(chǎn)品中，汽車外殼及其他很多零件都需要較好的表面質(zhì)量和較高的精度。同時(shí)，由于傳統(tǒng)的制造加工方法多數(shù)采用人工加工或簡(jiǎn)單機(jī)械加工，其加工效率低，加工精度也不高。因此，新型的快速成型方法可以在汽車零部件制造中充分發(fā)揮其高精度、高質(zhì)量、自動(dòng)化的優(yōu)點(diǎn)，為汽車工業(yè)的發(fā)展提供助力。

2.2.2 在航空航天工業(yè)中

如果要鑒別一個(gè)國(guó)家的尖端科技水平高低，只要看其航空航天工業(yè)的水平就可以知道。傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法，可以勝任普通民用產(chǎn)品的需求，但在航空航天這個(gè)超精尖技術(shù)領(lǐng)域，傳統(tǒng)機(jī)械加工方法根本無(wú)法滿足要求。新型快速成型技術(shù)通過(guò)快速模具制造，可以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量精密模具的制造，也能實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)模具的制造，從而為精密零件的批量生產(chǎn)提供優(yōu)質(zhì)模具。同時(shí)，新型成型技術(shù)由于采用計(jì)算機(jī)一體化加工技術(shù)，加工效率高，生產(chǎn)產(chǎn)品周期短，為航空航天科研節(jié)省大量時(shí)間成本。

3 結(jié)束語(yǔ)

新型快速成型技術(shù)所具有的天然優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)使其成為諸多工業(yè)領(lǐng)域追求的目標(biāo)，這也使得快速成型技術(shù)在未來(lái)的實(shí)體工業(yè)發(fā)展中勢(shì)必會(huì)逐漸占有更大的比重，未來(lái)的快速成型技術(shù)也必定會(huì)向智能化方向發(fā)展。快速成型技術(shù)的理論和工業(yè)實(shí)踐都表明，快速模具制造所帶領(lǐng)的快速成型技術(shù)體系必定會(huì)成為未來(lái)工業(yè)的核心支柱。

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