成型技術(shù)學(xué)術(shù)論文(2)
成型技術(shù)學(xué)術(shù)論文
成型技術(shù)學(xué)術(shù)論文篇二
快速成型技術(shù)的應(yīng)用
摘要：為迎合市場(chǎng)需要將產(chǎn)品快速推向市場(chǎng)并占據(jù)先機(jī)，快速成型技術(shù)將是解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵?？焖俪尚图夹g(shù)(以下簡(jiǎn)稱RP)是一種集計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、精密機(jī)械、數(shù)控激光技術(shù)和材料科學(xué)為一體的新興技術(shù)，采用離散堆積原理，將所設(shè)計(jì)物體的CAD模型轉(zhuǎn)化為實(shí)體樣件。由于此技術(shù)采用三維形體轉(zhuǎn)化為二維平面分層制造的原理，對(duì)物體構(gòu)成復(fù)雜性不敏感，因此物體越復(fù)雜越能體現(xiàn)它的優(yōu)越性。
關(guān)鍵詞：快速成型 模具 RP
一、快速成型的應(yīng)用
以 RP 為技術(shù)支撐的快速模具制造 RT(Rapid Tooling)也正是為了縮短新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，早日向市場(chǎng)推出適銷對(duì)路的、按客戶意圖定制的多品種、小批量產(chǎn)品而發(fā)展起來(lái)的新型制造技術(shù)。由于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與制造技術(shù)的進(jìn)步，以及不斷追求新穎、奇特、多變的市場(chǎng)消費(fèi)導(dǎo)向，使得產(chǎn)品(尤其是消費(fèi)品)的壽命周期越來(lái)越短已成為不爭(zhēng)的事實(shí)。例如，汽車、家電、計(jì)算機(jī)等產(chǎn)品，采用快速模具制造技術(shù)制模，制作周期為傳統(tǒng)模具制造的 1/3～1/10，生產(chǎn)成本僅為 1/3～1/5。所以，
工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已將 RP/RT 作為縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間及模具制作周期的重要研究課題和制造業(yè)核心技術(shù)之一，我國(guó)也已開(kāi)始了快速制造業(yè)的研究與開(kāi)發(fā)應(yīng)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(duì)木材或金屬毛坯進(jìn)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(fèi)時(shí)又費(fèi)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(jià)數(shù)十萬(wàn)元以上，制作周期長(zhǎng)達(dá)數(shù)月甚至一年。而基于 RPM 技術(shù)的 RT 直接或間接制作模具，使模具的制造時(shí)間大大縮短而成本卻大大降低。
1、用快速成形機(jī)直接制作模具
由于一些快速成形機(jī)制作的工件有較好的機(jī)械強(qiáng)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(jī)的 PPSF 制件堅(jiān)如硬木，可承受 300℃高溫，經(jīng)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(diǎn)合金鑄造模、試制用注塑模以及熔模鑄造的壓型。當(dāng)用作砂形鑄造的木模時(shí)，它可用來(lái)重復(fù)制作 50～100 件砂型。作為蠟?zāi)５某尚湍r(shí)，它可用來(lái)重復(fù)注射 100 件以上的蠟?zāi)?。?FDM 快速成形機(jī)的 ABS 工件能選擇性地融合包裹熱塑性粘結(jié)劑的金屬粉，構(gòu)成模具的半成品，燒結(jié)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(fù)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(shù)脂、聚氨脂等軟材料，構(gòu)成軟模具，或先澆注硅橡膠、環(huán)氧樹(shù)脂模(即蠟?zāi)５膲盒?，再澆注蠟?zāi)?。其中，蠟?zāi)？捎糜谌勰ｈT造，而硅橡膠模、環(huán)氧樹(shù)脂模等可用作試制用注塑?；虻腿埸c(diǎn)合金鑄造模。
3、用快速成形件作母模，復(fù)制硬模具(Iron tooling)
用快速成形件作母模，或據(jù)其復(fù)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(gòu)成硬模具(如各種鑄造模、注塑模、蠟?zāi)５膲盒汀⒗炷?，從而批量生產(chǎn)塑料件或金屬件。這種模具有良好的機(jī)械加工性能，可進(jìn)行局部切削加工，以便獲得更高的精度，或鑲?cè)肭秹K、冷卻系統(tǒng)、澆注系統(tǒng)等。用金屬基合成材料澆注成的蠟?zāi)５膲盒?，其模具壽命可達(dá) 1000～10000件。
4、用快速成形系統(tǒng)制作電脈沖機(jī)床用電極
用快速成型件作母體，通過(guò)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(yīng)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(fù)制性能，用它來(lái)復(fù)制模具可不考慮拔模斜度，基本不會(huì)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(kāi)且切面間非常貼合，因此用它來(lái)復(fù)制模具時(shí)可以先不分上下模，整體澆注出軟模后，再沿預(yù)定的分模面將其切開(kāi)，取出母模，即可得到上下兩個(gè)軟模。
1、試驗(yàn)用設(shè)備和材料
所用的設(shè)備：Stratasys 的 Titan 快速成形機(jī)、HVC-1 真空注型機(jī)和恒溫箱。所用的材料：日產(chǎn)KE-1310ST 透明硅橡膠、日產(chǎn) CAT-1310 固化劑(澆注時(shí)，KE-1310ST 與 CAT-1310 以 100：10混合)和 PX215 真空注型硬制聚氨脂樹(shù)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(jìn)行三維實(shí)體造型，以 STL 文件格式保存;將文件輸入快速成形機(jī)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(guò)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(jī)中澆注塑料樣件。
3、制作硅膠模具時(shí)的注意事項(xiàng)
對(duì)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(nèi)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(shù)脂不易流滿的死角處，一定要做氣孔;對(duì)不容易進(jìn)行分模的原型件，可以噴少許離型劑。
此外，對(duì)形狀復(fù)雜(倒鉤、斜面很多)，兩半模無(wú)法滿足脫模條件的情況，開(kāi)模時(shí)可以將硅橡膠模具剖開(kāi)成數(shù)塊來(lái)處理。但要注意，在澆注塑料件的時(shí)候合模應(yīng)精確，否則會(huì)因模具的錯(cuò)位或合模不緊而影響澆注品的精度。
4、應(yīng)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(wèn)題
利用RP 技術(shù)發(fā)展快速模具制造技術(shù)還存在以下主要問(wèn)題需要解決或者說(shuō)需要進(jìn)一步提高。
(1) 表面質(zhì)量如何滿足模具的要求，否則無(wú)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(shí)，尺寸更不穩(wěn)定。
(3) 用作母模時(shí)的強(qiáng)度，耐熱和耐腐蝕性，形狀和尺寸的時(shí)效問(wèn)題。
(4) 塑料或樹(shù)脂類模具的導(dǎo)熱性很差，導(dǎo)熱差雖然帶來(lái)了可用較低注射壓力的好處，但生產(chǎn)周期太長(zhǎng)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(guò)500 ℃就不行了。
(6) 使用壽命的進(jìn)一步延長(zhǎng)和使用成本的進(jìn)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(xì)節(jié)特征的模具，尤其是具有內(nèi)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(kāi)發(fā)新型材料。
五、結(jié)束語(yǔ)
快速成型技術(shù)的應(yīng)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(shù)煥發(fā)出新的活力，同時(shí)快速成型技術(shù)在快速模具制造領(lǐng)域的成功應(yīng)用無(wú)疑會(huì)給快速成型技術(shù)的進(jìn)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(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，它在小批量生產(chǎn)和單體復(fù)制領(lǐng)域還是大有可為的。
(2)快速成型技術(shù)對(duì)模具制造的貢獻(xiàn)，雖然現(xiàn)階段制作的快速模具質(zhì)量和壽命還不太盡人意，實(shí)踐證明仍然可以應(yīng)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(shù)會(huì)在短期內(nèi)有很大突破。
參考文獻(xiàn)
[1] 賴耀平，劉美堅(jiān) 基于RP的快速制模技術(shù) 模具制造 2003 第18期
[2] 鄧明，彭成允 RP技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用 鍛壓技術(shù) 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(shù) 石汕化工高等學(xué)校學(xué)報(bào) 2002 第1期
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