RPM在快速模具制造中的應(yīng)用

來源：塑膠五金網(wǎng)發(fā)布時間：2014-05-08 09:56:28點(diǎn)擊率：

　　隨著全球市場一體化的形成，制造業(yè)的競爭十分激烈，產(chǎn)品的開發(fā)速度日益成為市場競爭的主要矛盾。在這種情況下，自主快速產(chǎn)品開發(fā)的能力，成為制造業(yè)全球競爭的實(shí)力基礎(chǔ)。同時，制造業(yè)為滿足日益變化的用戶需求，又要求制造技術(shù)有較強(qiáng)的靈活性，能夠以小批量甚至單件生產(chǎn)而不增加產(chǎn)品的成本。因此，產(chǎn)品開發(fā)的速度和制造技術(shù)的柔性就變的十分關(guān)鍵了。本文主要介紹了快速模具的應(yīng)用背景和主要特點(diǎn)，并闡述了RPM在快速制模中的主要應(yīng)用。

　　一、前言

　　快速模具技術(shù)(RapidTooling，簡稱RT)是應(yīng)用快速成形方法(RPM)，快捷、方便地制作工具或模具的一種新興技術(shù)。RT一直受到產(chǎn)品開發(fā)商和模具界的廣泛重視，可以說，RT是傳統(tǒng)快速模具技術(shù)與現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)相結(jié)合的典范。

　　RT的顯著特點(diǎn)是：制模周期短、工藝簡單、易于推廣、制模成本低，精度和壽命能滿足特定的功能需要，綜合經(jīng)濟(jì)效益良好，特別適用于新產(chǎn)品開發(fā)試制、工藝驗(yàn)證和功能驗(yàn)證以及多品種小批量生產(chǎn)。目前，RT已被廣泛應(yīng)用到汽車制造、航空航天、軍工、電子、醫(yī)學(xué)和家電等領(lǐng)域。

　　運(yùn)用RPM技術(shù)可以直接制造模具，也可以利用快速物理原型經(jīng)過中間轉(zhuǎn)化制造模具。

　　二、利用RPM原型直接制造模具

　　直接法是指根據(jù)模具的CAD模型由RP系統(tǒng)直接制造成形，它不需要RP制作樣件，也不依賴傳統(tǒng)的模具制造工藝，對模具的制造尤其快捷，是一種有開發(fā)前景的快速模具制造方法。

　　1. LOM法直接制造模具

　　分層實(shí)體制造(Laminated Object Manufacturing，LOM)工藝，又稱疊層實(shí)體制造或分層實(shí)體制造，由美國Helisys公司的Michael Feygin于1986年研究成功，并推出了商品化的機(jī)器。

　　采用LOM工藝成型的紙基原型可直接用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)木模，不僅大大縮短了制模時間，而且原型的尺寸精度也比木模高，強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性也優(yōu)于木模。對于形狀復(fù)雜的高精度模具，其優(yōu)點(diǎn)尤為突出。快速成型件具有較好的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性，其性能優(yōu)于硬木，可承受200℃的高溫。經(jīng)表面處理后，可用作砂型鑄造的木模，一般可用來重復(fù)制作50～100件砂型。其不足之處是RP原型經(jīng)長時間保存后會產(chǎn)生變形。

　　LOM法主要用以制造下列用途的紙模具：灌注石蠟鑄造蠟?zāi)５哪＞?、石膏成型模、塑料壓鑄成型模和低熔點(diǎn)合金鑄造模等。

　　2. SLS法直接制造模具

　　采用SLS(Selective Laser Sintering)工藝可直接燒結(jié)涂敷有粘接劑的金屬粉末，當(dāng)模型制造完成后，再加熱去除粘接劑，并對模型進(jìn)行金屬浸滲，從而獲得金屬模具。

　　SLS法可以選擇不同的粉末來制造不同用途的模具。用SLS法可直接燒結(jié)金屬模具或陶瓷模具，用作注塑、壓鑄、擠塑等塑料成型模及沖壓成形模。SLS制作的模具經(jīng)滲銅后，還可直接用作金屬模具。

　　三、利用RPM技術(shù)間接制造模具

　　根據(jù)材質(zhì)的不同，間接制模法生產(chǎn)出來的模具一般分為軟質(zhì)模具和硬質(zhì)模具兩大類。

　　1. 利用RPM原型制造軟質(zhì)模具

　　軟質(zhì)模具因其所使用的軟質(zhì)材料(如硅橡膠、環(huán)氧樹脂等)有別于傳統(tǒng)的鋼質(zhì)材料而得名。這些軟模具可用作試制、小批量生產(chǎn)用注塑模，制造硬模具的中間過渡模和低熔點(diǎn)合金鑄造模等。這些軟模具具有很好的彈性、復(fù)印性和一定的強(qiáng)度，在澆注成形復(fù)雜模具時，可以大大簡化模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，且便于脫模。例如，TEK高溫硫化硅橡膠的抗壓強(qiáng)度可達(dá)12.4～62.1MPa，承受工作溫度150～500℃，模具壽命一般為200～500件。一般室溫固化硅橡膠構(gòu)成的軟模具壽命為10～25件，環(huán)氧樹脂合成材料構(gòu)成的軟模具壽命為300件。由于其制造成本低和制作周期短，因而在新產(chǎn)品開發(fā)過程中作為產(chǎn)品功能檢測和投入市場試運(yùn)行以及在國防、航空等領(lǐng)域單件、小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)方面受到高度重視，尤其適合于批量小、品種多、改型快的現(xiàn)代制造模式。其工藝流程是將快速原型配置澆注系統(tǒng)作為芯模，懸置于模盒內(nèi)，注入流態(tài)硅膠，經(jīng)真空脫氣、固化后沿預(yù)設(shè)的分型面分開，模具制造即告完成。硅膠模具可以用來制作塑料件和低熔點(diǎn)合金件，壽命只有幾十次至上百次。工藝流程如圖2所示。

　　2. 利用RPM原型制造硬質(zhì)模具

　　軟質(zhì)模具生產(chǎn)制品的數(shù)量一般為50～5000件，對于中大批量的產(chǎn)品，仍然需要傳統(tǒng)的硬質(zhì)模具。硬質(zhì)模具主要用于砂型鑄造、消失模的壓型制作、注塑模以及簡易非鋼質(zhì)拉伸模。硬質(zhì)模具制造主要有以下幾種方法。

　　(1)電火花加工法

　　電火花加工法是利用RPM原型制作EDM電極，然后利用電火花加工制作鋼模。其制作過程一般為：RPM原型→三維砂輪→ 石墨電極→鋼模。

　　(2) 熔模精密鑄造法

　　在批量生產(chǎn)硬質(zhì)模具時可采用熔模精密鑄造法。該方法是利用RPM原型或根據(jù)原型翻制的軟質(zhì)模具生產(chǎn)蠟?zāi)?，然后利用熔模精鑄工藝制作鋼質(zhì)模具。大部分的RPM原型都可以作為熔模精密鑄造的母模。其工藝路線是：RP原型(中間過渡模)→制作蠟型→熔模鑄造→成型/處理→模具。

　　(3) 陶瓷型精密鑄造法

　　在陶瓷型精密鑄造中，通常采用的母模(如木模、石膏模和金屬模等)存在著加工困難、精度難以保證、制造周期長、使用壽命短和成本高等問題，因此對于復(fù)雜形狀的零件將RP原型技術(shù)直接用于陶瓷型鑄造，可比傳統(tǒng)加工方法節(jié)省工時，降低成本。其工藝路線是：RP原型→軟模→移出母模→澆注/噴涂漿料→澆注金屬→成型/處理→模具。

　　(4) 金屬熔射噴涂制造法

　　金屬熔射噴涂制造模具的方法是在RP原型或過渡模型為母模的表面上，用電弧或等離子噴涂霧狀金屬，形成金屬硬殼層，移去母模后，在金屬殼背面補(bǔ)鑄金屬基合成材料或環(huán)氧樹脂，形成硬背襯，經(jīng)后處理得到金屬表面與硬背襯構(gòu)成的模具。用該方法制作的模具機(jī)械性能較好，精度也容易保證，可以制作工作壓力較高的模具，模具壽命可達(dá)1000～30000件。

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