快速模具技術論文

　　模具是工業生產上用以注塑、吹塑、擠出、壓鑄或鍛壓成型、冶煉、衝壓等方法得到所需產品的各種模子和工具。 下面是小編為大家精心推薦的，希望能夠對您有所幫助。

　　篇一

　　基於快速成形模具製造技術的研究

　　摘要： 快速成形制造技術是由CAD模型直接驅動的快速製造複雜形狀三維實體的技術。它能自動、快速、準確地將設計思想物化為具有一定功能原型或直接製造出零件***包括模具***的技術，是製造技術的一次新的變革。當前，快速成形制造技術核心是基於數字化的新型的成形技術，因此，它在要求週期短、效率高、精度高的模具製造中應用較為廣泛，對傳統模具的加工具有很好的促進作用。

　　關鍵詞： 快速成形 模具製造 CAD/CAM 快速模具製造

　　隨著全球市場一體化的形成，製造業的競爭十分激烈，產品的開發速度日益成為市場競爭的主要矛盾。在這種情況下，自主快速產品開發***快速設計和快速工模具製造***的能力***成本和週期***，成為製造業全球競爭的實力基礎。同時，製造業為滿足日益個性化的市場需求，又要求製造技術有較強的靈活性，能夠在不增加產品的成本的前提下，以小批量甚至單件組織生產。因此，產品開發的速度和製造技術的柔性就變得十分關鍵了。正是在這種社會背景下，快速成形制造技術***RPM-Rapid Prototyping Manufacturing***於20世紀80年代後期產生於美國，並迅速擴充套件到歐洲及日本，被認為是近年來製造技術領域的一項重大突破。

　　1.概述

　　1.1快速成形制造技術的產生與發展。

　　快速成形***Rapid Prototyping，RP***技術作為一種先進製造技術，是用材料逐層或逐點堆積出零件的一種快速製造方法，又稱為快速出樣件技術或快速原型法。它與虛擬製造技術***Virtual Manufacturing***一起，被稱為未來製造業的兩大支柱技術。快速成形技術對縮短新產品開發週期、降低開發費用具有極其重要的意義，有人稱快速成形技術是繼NC技術後製造業的又一次革命。RP技術現今迅速地向快速成形制造***Rapid Prototyping Manufacturing，RPM***方向發展。

　　快速成形技術作為一門多學科交叉的專業技術，其本身的發展也將推動相關技術、產業的發展。目前，比較成熟的製造工藝有數十種。典型的有SLA立體光刻、LOM分層實體制造、SLS選區鐳射燒結、FDM熔融沉積製造和3DP三維印刷等。快速成形制造技術是採用分層的思想來製作三維物體，根據構成物體的方式不同，有以下幾種成形方式：新增成形、去除成形、受迫成形。

　　1.2快速成形制造技術的基本原理與特點。

　　1.2.1 RPM的基本原理

　　RPM技術是綜合CAD技術、數控技術、材料科學、機械工程、電子技術和鐳射技術等於一體的技術，是實現從零件設計到三維實體成形制造的一體化系統技術，採用軟體離散-材料堆積的原理實現零件的成形過程，其原理如圖1所示。

　　RPM是由CAD模型直接驅動的快速製造複雜形狀三維物理實體的技術總稱，即利用三維CAD的資料，通過快速成形機，將一層層的材料堆積成實體原型。在計算機控制下，基於離散/堆積原理採用不同方法堆積材料，最終完成零件的成形與製造的技術。從成形角度看，零件可視為逐點、線、面的疊加而成，從CAD模型中離散得到點、線、面的幾何資訊，再與快速成形的工藝引數資訊結合，控制材料有規律地、精確地由點、線到面，由面到體地逐步堆積成零件。從製造角度看，它根據CAD造型生成零件三維幾何資訊，控制三維的自動化成形裝置，通過鐳射束或其他方法將材料逐層堆積而形成成形或零件，其工藝流程如圖2所示。

　　1.2.2 RPM的特點

　　RPM技術的特點主要有：高速柔性化，技術高度整合化，產品開發快速化，設計製造一體化，製造自由成形化，材料使用廣泛性。

　　1.3快速成形制造技術的分類與工藝方法。

　　1.3.1 RPM的分類

　　RPM技術在“分層製造”思想基礎上，根據分類的方法通常可分為按採用的原材料進行分類和按製造工藝原理進行分類。

　　1.3.1.1按成形所採用的原材料分類

　　①液體的光、熱聚合與固化。液體聚合物的特性使其在鐳射、紫外光或其他熱源的照射線能迅速從液態轉為固態。採用這種方式的快速成形制造技術有立體印刷、全息干涉固化、光催化固化與光刻、鐳射束相干固化、熱聚合等。

　　②固態膜、片材的熔化。採用固體的膜或片材，用粘結劑或其他方法將切割下來的材料粘結而成形。常用的工藝方法有層合實體制造、膜聚合等。

　　③固體粉末的燒結與粘結。通過鐳射燒結或用粘結劑粘結將固體粉末聯接起來，未被照射的區域仍是粉末。採用這種製造工藝的有選擇性鐳射燒結、三維噴塗粘結等。

　　④固態絲、線材的熔化。採用固態的線材或絲材，通過加熱使其熔化成半流動狀，同時噴頭按要求的軌跡運動，將材料沉積下來，堆積成所需的形狀，冷卻後凝固成固體而成形。常見的工藝方法有熔融沉積造型、焊接成形等。

　　1.3.1.2按製造工藝原理分類

　　①層合實體造型***LOM***。LOM工藝採用薄片材料，用鐳射束在剛粘結的新層上切割出零件截面輪廓。

　　②立體光刻***SLA***。SLA工藝是基於液態光敏樹脂的光聚合原理工作的。

　　③選擇性鐳射燒結***SLS***。SLS工藝是採用粉末狀材料成形的。

　　④三維噴塗粘結***3DPG***。3DPG工藝採用粉末材料成形。其原理類似於噴墨印表機，因此又稱3D印刷。

　　⑤熔融沉積造型***FDM***。FDM工藝一般採用熱塑性材料。

　　1.3.2 RPM的工藝方法

　　1.3.2.1紙層疊法――薄形材料選擇性切割***LOM法***

　　計算機控制的CO2鐳射束按三維實體模型每個截面輪廓線對薄形材料***如底面塗膠的卷狀紙、或正在研製的金屬薄形材料等***進行切割，逐步得到各個輪廓，並將其粘結形成快速原型。用此法可以製作鑄造母模或用於“失紙精密鑄造”。

　　1.3.2.2鐳射立體制模法――液態光敏樹脂選擇性固化***SLA法***

　　液槽盛滿液態光敏樹脂，它在計算機控制的鐳射束***按照三維模型每個截面的輪廓線***照射下會很快固化形成一層輪廓，新固化的一層牢固地粘結在前一層上，如此重複直至成形完畢，即形成快速原型。而新推出的光照成形機***如3D Systems公司出產的SLA-300成形機***採用了Zephyr再塗層技術，最上面待成形樹脂用真空吸附式刮板結構塗布供給，不需要沉入液態樹脂中，提高了速度，在製作的原型中不再有液態樹脂。用來製作塑料模、在熔模精密鑄造中替代蠟模。

　　1.3.2.3燒結法――粉末材料選擇性鐳射燒結***SLS法***

　　粉末材料可以是塑料、蠟、陶瓷、金屬或它們複合物的粉體、覆膜砂等。粉末材料薄薄地鋪一層在工作臺上，按截面輪廓的資訊，CO2鐳射束掃過之處，粉末燒結成一定厚度的實體片層，逐層掃描燒結最終形成快速原型。用此法可以直接製作精鑄蠟模、實型鑄造用消失模、用陶瓷製作鑄造型殼和型芯、用覆膜砂製作鑄型及鑄造用母模等。

　　2.快速模具製造技術***RT，Rapid Tooling***

　　目前，快速成形制造技術在模具製造方面的應用可分為RP成形間接制模***Indirect Rapid Tooling，IRT***和RP成形直接制模***Direct Rapid Tooling，DRT***，主要用於製造注塑類模具、衝壓類模具和鑄造類模具等。通過將精密鑄造、中間軟模過渡法以及金屬噴塗、電火花加工、研磨等先進模具製造技術與快速成形制造相結合，就可以快速地製造出各種金屬型模具來。如圖3所示為各種基於快速成形的RT工藝路線。

　　2.1直接制模技術DRT。

　　較好地解決模具加工成本高、週期長的方法就是採用快速成形直接製造模具。直接制模技術DRT是指利用RP技術直接製造出最終的零件或模具，然後對其進行一些必要的後處理即可達到所要求的力學效能、尺寸精度和表面質量。直接制模具有製造週期短、節省資源、發揮材料效能、提高精度、降低成本的特點。但它在模具精度和效能控制等方面比較困難，特殊的後處理裝置與工藝使成形尺寸受到較大的限制。

　　2.2間接制模技術IRT。

　　間接指模技術IRT是指利用RPM技術首先製造模芯，然後用此模芯複製軟質模具，或製作金屬硬模具，或者製作加工硬模具的工具。它通常以非金屬型為主，大多數情況下，非金屬成形無法直接作為模具使用，需要以RP成形作母模，通過各種工藝轉換來製造金屬模具。相對於直接制模來說，間接制模技術比較成熟。目前，製造業多數採用金屬模具間接製造工藝。

　　3.基於RPM的快速模具製造方法

　　3.1用快速成形件作母模，複製軟模具***Soft tooling***。

　　用快速成形件作母模，可澆注蠟、矽橡膠、環氧樹脂、聚氨脂等軟材料，構成軟模具，或先澆注矽橡膠、環氧樹脂模***即蠟模的壓型***，再澆注蠟模。其中，蠟模可用於熔模鑄造，而矽橡膠模、環氧樹脂模等可用作試製用注塑模或低熔點合金鑄造模。

　　3.2用快速成形件作母模，複製硬模具***Iron tooling***。

　　用快速成形件作母模，或根據其複製的軟模具，可澆注***或塗覆***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效能，可進行區域性切削加工，以便獲得更高的精度，或鑲入嵌塊、冷卻系統、澆注系統等。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。

　　3.3用快速成形系統製作電脈衝機床用電極。

　　用快速成型件作母體，通過噴鍍或塗覆金屬、粉末冶金、精密鑄造、澆注石墨粉或特殊研磨，可製作金屬電極或石墨電極。

　　4.結語

　　快速成形制造技術及其為基礎的快速製造技術在企業新產品開發中起著重要作用。它可以極大縮短新產品的開發週期，降低開發階段的成本，避免開發風險。它開創了模具快速製造的新時代，發展前景廣闊。

　　參考文獻：

　　[1]陳子銀.模具數控加工技術.北京：人民郵電出版社，2006.

　　[2]朱曉春.先進製造技術.北京：機械工業出版社，2004.

　　[3]王隆太.先進製造技術.北京：機械工業出版社，2003.

　　[4]李奇，朱江峰，江瑩.模具構造與製造.北京：清華大學出版社，2004.

點選下頁還有更多>>>