现代快速经济制造模具技术

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引言
  随着全球经济的发展，新的技术革命不断取得新的进展和突破，技术的飞跃发展已经成为推动世界经济增长的重要因素。市场经济的不断发展，促使工业产品越来越向多品种、小批量、高质量、低成本的方向发展，为了保持和加强产品在市场上的竞争力，产品的开发周期、生产周期越来越短，于是对制造各种产品的关键工艺装备—模具的要求越来越苛刻。?
  一方面企业为追求规模效益，使得模具向着高速、精密、长寿命方向发展；另一方面企业为了满足多品种、小批量、产品更新换代快、赢得市场的需要，要求模具向着制造周期短、成本低的快速经济的方向发展。计算机、激光、电子、新材料、新技术的发展，使得快速经济制模技术如虎添翼，应用范围不断扩大，类型不断增多，创造的经济效益和社会效益越来越显著。
2 a/ r# d3 V6 P, D$ Z" w$ t! _? 2快速经济制模技术类型?
  快速经济制模技术与传统的机械加工相比，具有制模周期短、成本低、精度与寿命又能满足生产上的使用要求，是综合经济效益比较显著的一类制造模具的技术，概括起来，有以下几种类别。?
  2.1快速原型制造技术?
) S! o9 V6 l+ q$ O  快速原型制造技术简称RPM，是80年代后期发展起来的一种新型制造技术。美国、日本、英国、以色列、德国、中国都推出了自己的商业化产品，并逐渐形成了新型产业。?
  RPM是电脑、激光、光学扫描、先进的滦筒牧稀⒓扑慊?ㄖ?杓?CAD)、计算机辅助加工(CAM)、数控(CNC)综合应用的高新技术。在成型概念上以平面离散、堆积为指导，在控制上以计算机和数控为基础，以最大柔性为总体目标。它摒弃了传统的机械加工方法，对制造业的变革是一个重大的突破，利用RPM技术可以直接或间接地快速制模，该技术已被汽车、航空、家电、船舶、医疗、模具等行业广泛应用。下面简述一下目前已经商业化的几种典型快速成型工艺。?
4 W. V- }, Q. e) p  2.1.1激光立体光刻技术(SLA)?
* I! o9 m* t# ^- ^0 r+ C  SLA技术是交计算机CAD造型系统获得制品的三维模型，通过微机控制激光，按着确定的轨迹，对液态的光敏树脂进行逐层扫描，使被扫描区层层固化，连成一体，形成最终的三维实体，再经过有关的最终硬化打光等后处量，形成制件或模具。?
$ {$ E, Q; P) |5 x% V: }  激光立体光刻技术主要特点是可成型任意复杂形状，成型精度高，仿真性强，材料利用率高，性能可靠，性能价格比较高。适合产品外型评估、功能实验、快速制造电极和各种快速经济模具。但该技术所用的设备和光敏树脂价格昂贵，使其成本较高。?
$ Y7 K. Y8 J: C1 [  2.1.2叠层轮廓制造技术(LOM)?
  LOM技术是通过计算机的三维模型，利用激光选择性地对其分层切片，将得到的各层截面轮廓层层粘结，最终叠加成三维实体产品。?
  其工艺特点是成型速度快，成型材料便宜、成本低，因无相变，故无热应力、收缩、膨胀、翘曲等，所以形状与尽寸精度稳定，但成型后废料块剥离较费事，特别是复杂件内部的废料剥离。该工艺适用于航空、汽车等和中体积较大制件的制作。?
0 ?! |! j( Q9 i' e$ y- k8 D3 U  2.1.3激光粉末选区烧结成型技术(SLS)?
. X$ K+ Q& f  d% ]2 b: E% |$ i5 o% m  SLS技术是将计算机的三维模型通过分层软件将其分层，在计算机控制下，使激光束依据分层的切片截面信息对粉末逐层扫描，扫描到的粉末烧结固化(聚合、烧结、粘结、化学反应等)，层层叠加，堆积成三维实体制件。?
1 m2 h3 T7 Z! [4 ^7 L  T7 b" d  该技术最大特点是能同时用几种不同材料(聚碳酸脂、聚乙烯氯化物、石蜡、尼龙、ABS、铸造砂)制造一个零件。?
9 A! K0 d( @1 a1 J  2.1.4熔融沉积成型技术(FDM)?
, I" H- p, u$ J7 J4 G: B  FDM技术是由计算机控制可挤出熔融状态材料的喷嘴，根据CAD产品模型分层软件确定的几何信息，挤出半流动状态的热塑材料沉积固化成精确的实际制件薄层 ，自下而上层层堆积成一个三维实体，可直接做模具或产品。?
5 A% L- B( Q$ ~$ D. P. O  2.1.5三维印刷成型技术(3D-P)?
, P" N* ^" u0 |  E) D( T/ @  3D-P技术用微机控制一个连续喷墨印刷头，依据分层软件逐层选择性地在粉末层上沉积液体粘结材料，最终由顺序印刷的二维层堆积成一个三维实体，犹如不使用激光的快速制模技术。该技术主要应用在金属陶瓷复合材料的多孔陶瓷预成型件上，其目标是由CAD产品模型直接生产模具或功能性制作。?
# B3 h7 @' e( r  L, f- x3 Y: g% N+ c2 Q  2.2表面成型制模技术?
% x) t0 o# g* n4 e* K+ J  表面成型制模技术，主要是利用喷涂、电铸、化学腐蚀等新的工艺方法形成型腔表面及精细花纹的一种工艺技术，实际应用中包括以下几种类型。?
  2.2.1电弧喷涂成型制模技术?
/ h5 r" ~2 B8 I( J' y" b8 T& N! k4 m1 g  电弧喷涂成型技术的原理是：利用2根通电的金属丝之间产生电弧的热量将金属丝熔化，依靠高压气体将其充分雾化，并给予一定的动能，高速喷射在样模表面，层层镶嵌，形成一金属壳体，即型腔的内表面，再用充填基体材料(一般为金属粉粒与树脂的复合材料)加以支撑加固，提高其强度和刚性，连同金属模架组合成模具。?
- L+ x# O1 g  w! k  这种制模技术工艺简单、成本低，制造周期非常短，型腔表面的成型仅需几个小时，节省能源和金属材料，一般型腔表面仅2-3mm厚，仿真性极强，花纹精度可达到0.5μm。?
目前该技术被广泛地用于飞机、汽车的内饰件模具、家电、家俱、制鞋、美术工艺品等表面形状复杂及花纹精细的各种聚氨酯制品的吹塑、吸塑、PVC注射、PU发泡及各类注射成型模具中。?
  2.2.2电铸成型技术?
5 Z3 ?' N" Q' @8 ?3 l: \  电铸成型技术的原理同电镀一样，是依样模(现成制品或按制品图纸制成的母模)为基准(阴极)，置放在电铸液中(阳极)，使电铸液中的金属离子还原后一层一层地沉积在样模上，形成金属壳体，将其剥离后，与样模接触的表面即为模具的型腔内表面。?
  该技术主要特点是节省材料、模具制造周期短，电铸层硬度可达40HRC，提高了耐磨性和寿命，粗糙度、尺寸精度与样模完全一致，适用于注射、吸塑、吹塑、搪塑、胶木模、玻璃模、压铸模等模具型腔及电火花成型电极的制造。?
  2.2.3型腔表面精细花纹成型的蚀刻技术?
. P: Q2 h) o6 O3 I' y# b) Q  蚀刻技术是光学、化学、机加工综合应用的一种技术，它的基本原理是先把花纹图案制成胶片，再把胶片上的花纹图案复制在已涂上光敏材料的模具型腔表面上，经过化学处理，模具型腔表面形成不被蚀刻部分的保护层，再根据模具材质，选择相应蚀刻工艺，将花纹图案蚀刻在模具内表面上。?
  该技术的主要特点是时间短、费用低，修补破损花纹图案可做到天衣无缝。?
$ R3 U9 X0 x* W" b$ S/ k  2.3浇铸成型制模技术?浇铸成型制模技术的共同特点是依样件为基准，浇铸出凸、凹模，型腔表面不需要机械加工。实际制模中主要有以下几种类型。?
+ _, |- s6 s" Y7 E7 C! Y% n% j  2.3.1铋锡合金制模技术?
5 G) s+ C- }* A5 ]+ }% S( k  铋锡合金快速制模技术是经样件为基准，以Bi-Sn(铋锡)二元共晶合金(熔点138℃，胀缩率万分之三)为材料，有精密铸造的方法同时铸出凸模、凹模、压边圈的一种技术。该技术的特点是制模成本低，合金可重复使用，制造周期短，尺寸精度高，形状、尺寸与样件完全相符，一次铸模寿命可达500-3000件，非常适合新产品开发、工艺验证、样品试制及中小批量和平。
  2.3.2锌基合金制模技术?
6 X' f; L$ E" p  d  这是一种以样件(或样模)为基准，以熔点为380℃左右的锌基合金为材料，分别浇注凸、凹模，原则上型腔表面不进行机械加工的一种制模技术。该技术特点是制模成本低、周期短，适用于制作薄板大型拉伸模、冲裁模及塑料模。?
& o- t, ?6 g9 @# O0 C  2.3.3树脂复合成型模具技术?
  这是一种以样模(或工艺模型)为基准，以树脂或其复合材料为流体材料，先浇注出凸(凹)模，再依据凸(凹)模贴上蜡片(间隙层)，浇注凸(凹)模。该技术成型的型腔表面不需机械加工。
  该技术与CAD/CAM相结合，特点是模具尺寸精度高、制造周期短、成本低，是新产品试制、小批量生产工艺装备的新途径。适用于制作大型覆盖件拉伸模(也可局部镶钢)、真空吸塑、聚氨酯发泡成型模、陶瓷模、仿型靠模、铸造模等。?
1 ?8 R% R6 P. d3 g0 R  2.3.4硅橡胶制模技术该技术以制件原型或模型为基准，将柔态硅橡胶制做成块，再靠高压力与模型完全吻合。?
  2.4挤压成型技术
  2.4.1冷挤压成型?
3 i7 y) \5 C; u; [1 Q2 G8 l利用铍铜合金的良好的导热性和稳定性，经固熔时效处理后，采用冷挤压制造模具凹模型腔。其特点是制造周期短，型腔精度高(IT7级)，表面粗糙度Ra=0.025μm,强度高，寿命可达50万次，无环境污染。?
# I: m! c2 {. Z; J! {$ t& G8 k8 }  2.4.2超塑成型制模技术?
  该技术是利用金属材料在细化晶粒、一定成型温度、低变形速率条件下，材料具有最佳超塑性时，将事先制作好的凸模，用较小的力便可挤压出凹模的一种快速经济制模技术。超塑成型材料的典型代表是Zn-22%AL。?
- C2 l, n( T' J& f  2.5无模多点成形技术?
  无模多点快速成形技术是以CAD/CAM/CAT技术为主要手段，利用计算机控制高度可调基本体群形成上下成形面，代替传统模具对板料进行三维曲面成形的又一现代先进制造技术。此项技术可以随意改变变形路径与受力状态，提高材料的成形极限，可反复成形，以此消除材料内部的残余应力，实现无回弹成形。?
) I3 H4 Z5 F  f/ K7 U) y8 S  2.6凯维朗(KEVRON)钢带冲裁落料制模技术?
新型钢带冲裁落料制模技术是一种不同于一般具有凸、凹模结构的钢带模，它是由单刃钢带与特制垫板组成的新型快速经济制模技术。这种模具重量轻，一般只有200kg，加工精度为±0.35-0.50mm，可适合各种黑色和有色金属的0.5-0.65mm厚的板料加工。寿命可达到5-25万次，制造成本低。?
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