成型技術學術論文(2)
成型技術學術論文
成型技術學術論文篇二
快速成型技術的應用
摘要：為迎合市場需要將產品快速推向市場并占據先機，快速成型技術將是解決這一問題的關鍵?？焖俪尚图夹g(以下簡稱RP)是一種集計算機輔助設計、精密機械、數(shù)控激光技術和材料科學為一體的新興技術，采用離散堆積原理，將所設計物體的CAD模型轉化為實體樣件。由于此技術采用三維形體轉化為二維平面分層制造的原理，對物體構成復雜性不敏感，因此物體越復雜越能體現(xiàn)它的優(yōu)越性。
關鍵詞：快速成型 模具 RP
一、快速成型的應用
以 RP 為技術支撐的快速模具制造 RT(Rapid Tooling)也正是為了縮短新產品開發(fā)周期，早日向市場推出適銷對路的、按客戶意圖定制的多品種、小批量產品而發(fā)展起來的新型制造技術。由于產品開發(fā)與制造技術的進步，以及不斷追求新穎、奇特、多變的市場消費導向，使得產品(尤其是消費品)的壽命周期越來越短已成為不爭的事實。例如，汽車、家電、計算機等產品，采用快速模具制造技術制模，制作周期為傳統(tǒng)模具制造的 1/3～1/10，生產成本僅為 1/3～1/5。所以，
工業(yè)發(fā)達國家已將 RP/RT 作為縮短產品開發(fā)時間及模具制作周期的重要研究課題和制造業(yè)核心技術之一，我國也已開始了快速制造業(yè)的研究與開發(fā)應用工作。
二、基于 RPM 的快速模具制造方法
模具是制造業(yè)必不可少的手段，其中用得最多的有鑄模、注塑模、沖壓模和鍛模等。傳統(tǒng)制作模具的方法是：對木材或金屬毛坯進行車、銑、刨、鉆、磨、電蝕等加工，得到所需模具的形狀和尺寸。這種方法既費時又費錢，特別是汽車、摩托車和家電所需的一些大型模具，往往造價數(shù)十萬元以上，制作周期長達數(shù)月甚至一年。而基于 RPM 技術的 RT 直接或間接制作模具，使模具的制造時間大大縮短而成本卻大大降低。
1、用快速成形機直接制作模具
由于一些快速成形機制作的工件有較好的機械強度和穩(wěn)定性，因此快速成形件可直接用作模具。例如，Stratasys 公司 TITAN 快速成形機的 PPSF 制件堅如硬木，可承受 300℃高溫，經表面處理(如噴涂清漆，高分子材料或金屬)后可用作砂型鑄造木模、低熔點合金鑄造模、試制用注塑模以及熔模鑄造的壓型。當用作砂形鑄造的木模時，它可用來重復制作 50～100 件砂型。作為蠟模的成型模時，它可用來重復注射 100 件以上的蠟模。用 FDM 快速成形機的 ABS 工件能選擇性地融合包裹熱塑性粘結劑的金屬粉，構成模具的半成品，燒結金屬粉并在孔隙滲入第二種金屬(鋁)從而制作成金屬模。
2、用快速成形件作母模，復制軟模具(Soft tooling)
用快速成形件作母模，可澆注蠟、硅橡膠、環(huán)氧樹脂、聚氨脂等軟材料，構成軟模具，或先澆注硅橡膠、環(huán)氧樹脂模(即蠟模的壓型)，再澆注蠟模。其中，蠟?？捎糜谌勰ｈT造，而硅橡膠模、環(huán)氧樹脂模等可用作試制用注塑?；虻腿埸c合金鑄造模。
3、用快速成形件作母模，復制硬模具(Iron tooling)
用快速成形件作母模，或據其復制的軟模具，可澆注(或涂覆)石膏、陶瓷、金屬基合成材料、金屬，構成硬模具(如各種鑄造模、注塑模、蠟模的壓型、拉伸模)，從而批量生產塑料件或金屬件。這種模具有良好的機械加工性能，可進行局部切削加工，以便獲得更高的精度，或鑲入嵌塊、冷卻系統(tǒng)、澆注系統(tǒng)等。用金屬基合成材料澆注成的蠟模的壓型，其模具壽命可達 1000～10000件。
4、用快速成形系統(tǒng)制作電脈沖機床用電極
用快速成型件作母體，通過噴鍍或涂覆金屬、粉末冶金、精密鑄造、澆注石墨粉或特殊研磨，可制作金屬電極或石墨電極。
三、基于 RP 的快速模具制造的應用
利用硅橡膠模(Silicon Rubber Mold)制作佛頭、線圈硅橡膠有很好的彈性和復制性能，用它來復制模具可不考慮拔模斜度，基本不會影響尺寸精度，而且這種材料有很好的切割性能，用薄片就可容易地將其切開且切面間非常貼合，因此用它來復制模具時可以先不分上下模，整體澆注出軟模后，再沿預定的分模面將其切開，取出母模，即可得到上下兩個軟模。
1、試驗用設備和材料
所用的設備：Stratasys 的 Titan 快速成形機、HVC-1 真空注型機和恒溫箱。所用的材料：日產KE-1310ST 透明硅橡膠、日產 CAT-1310 固化劑(澆注時，KE-1310ST 與 CAT-1310 以 100：10混合)和 PX215 真空注型硬制聚氨脂樹脂(異氰酸脂，多元醇 1∶1 混合)。
2、制模工藝路線
使用UG、PRO-E、Solid Edge 等軟件進行三維實體造型，以 STL 文件格式保存;將文件輸入快速成形機作出制件原型，處理后作為硅橡膠母模;組合?？蚝髮⒐柘鹉z和固化劑的混合物澆注于框中，通過真空脫泡、固化后剖切取出母樣即得硅膠模;最后在真空注型機中澆注塑料樣件。
3、制作硅膠模具時的注意事項
對加成型硅橡膠而言，不要在室溫下固化，而以 40℃～60℃加溫固化;分模面的選取一定要注意將外觀面朝下，在內觀面的合適位置上放置膠棒;如果零件有倒鉤，可以在硅膠模上作 45°切口，但注意不要割斷;在一些樹脂不易流滿的死角處，一定要做氣孔;對不容易進行分模的原型件，可以噴少許離型劑。
此外，對形狀復雜(倒鉤、斜面很多)，兩半模無法滿足脫模條件的情況，開模時可以將硅橡膠模具剖開成數(shù)塊來處理。但要注意，在澆注塑料件的時候合模應精確，否則會因模具的錯位或合模不緊而影響澆注品的精度。
4、應用圖例
下圖分別是我們制作的佛頭和線圈模具的照片.
四、RP的快速模具制造需解決的問題
利用RP 技術發(fā)展快速模具制造技術還存在以下主要問題需要解決或者說需要進一步提高。
(1) 表面質量如何滿足模具的要求，否則無法承受如注射成型這樣的高壓。
(2) 尺寸精度如何滿足模具制造的要求，尤其是制造較大模具時，尺寸更不穩(wěn)定。
(3) 用作母模時的強度，耐熱和耐腐蝕性，形狀和尺寸的時效問題。
(4) 塑料或樹脂類模具的導熱性很差，導熱差雖然帶來了可用較低注射壓力的好處，但生產周期太長也必須考慮。
(5) 多數(shù)所謂金屬模具都需要最后滲銅，這就造成這種金屬模具的使用溫度不可太高，可能超過500 ℃就不行了。
(6) 使用壽命的進一步延長和使用成本的進一步降低。
(7) 目前所能制造的模具的體積都很小，怎樣制造大型模具?
(8) 受不可缺少的后處理工序的限制，目前還不能制造具有很小細節(jié)特征的模具，尤其是具有內凹形狀的模具。
(9) 目前快速成型方法所能成型的材料種類及其有限，需要開發(fā)新型材料。
五、結束語
快速成型技術的應用已從原型制造發(fā)展到模具制造，使傳統(tǒng)的模具制造技術煥發(fā)出新的活力，同時快速成型技術在快速模具制造領域的成功應用無疑會給快速成型技術的進一步發(fā)展注入新的生命力。需要注意的是：
(1) 隨著快速成型技術的進一步發(fā)展，它在小批量生產和單體復制領域還是大有可為的。
(2)快速成型技術對模具制造的貢獻，雖然現(xiàn)階段制作的快速模具質量和壽命還不太盡人意，實踐證明仍然可以應用于中小批量的注塑成型和模壓鑄造，相信快速模具制造技術會在短期內有很大突破。
參考文獻
[1] 賴耀平，劉美堅 基于RP的快速制模技術 模具制造 2003 第18期
[2] 鄧明，彭成允 RP技術在模具制造中的應用 鍛壓技術 1999第6期
[3] 焦向東，鄧雙成，張沛等 基于快速成型原理的模具制造技術 石汕化工高等學校學報 2002 第1期
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