基于快速原型的快速模具制造的应用

来源：网络作者：发布时间：2008-03-06

关键字：快速模具|快速原型|制造技术|应用

　　摘要：基于快速原型（RP）的快速模具（RT）制造是一种快速模具制造新技术。它改变了模具制造的传统观念，不是使用去除材料法，而是增加材料法。这样的方法具有缩短生产周期、降低制造成本和提高适用性等优点，应用越来越广泛。

　　快速原型(RP)技术是一种用材料逐层或逐点堆积出制件的新型制造方法，它不采用常规的刀具和模具加工零件，而是利用光、电、热等手段，通过固化、烧结、粘结、或聚合等方式，实现材料的迁移和堆积，可由计算机CAD模型直接驱动生成三维实体，即原型零件。

　　RP技术的发展同时推动了快速模具/工具(RT)制造技术的发展。RT技术与传统的机械加工成形模具制造方法相比，具有周期短、成本低，模具精度和使用寿命等方面均能满足生产要求、经济效益好等特点。

　　1 快速模具制造技术的分类

　　近年来，RT技术已成为RP技术发展与应用的一个新热点。应用RP技术制作的原型(或

　　母模)与精密铸造、喷涂、电镀、电铸等转换技术相结合，可间接快速制造金属(或非金属)模具或零件，及直接快速制造金属模具等。基于RP技术的间接快速模具制造技术有：硅橡胶型、石膏型、陶瓷型、树脂复合型、金属喷涂法、化学粘结法、电铸法等,以及直接快速制造金属模具。

　　2 快速模具制造技术的应用

　　基于RP技术的RT技术有多种，现将目前应用较多的快速模具制造技术介绍如下。

　　2.1 硅橡胶快速复制模具

　　硅橡胶快速复制模具是一种以原型为样件，使用硫化硅橡胶浇注制作的经济型快速复制成形模具。由于硅橡胶具有良好的柔性和弹性，适合于制作结构复杂、花纹精细、无拔模斜度或倒拔模斜度及具有深凹槽的模具。其工艺流程为：原型(母型)制作→硅橡胶料制备→胶料预脱泡→浇注→硅橡胶模脱泡(抽真空)→固化→脱模及后处理。其中母模的表面质量将会直接影响复制模型的表面质量。并且，应根据硅橡胶料及成型零件材料的凝固收缩率，作适当的尺寸补偿，以提高模具的尺寸精度。

　　这种模具可作为塑料件低压注塑模与真空浇注模、低熔点合金的铸造模或蜡型成形模。硅橡胶还能与其他材料(如爱牢达树脂、聚氨酯等)配制成多材料复合模具，以延长模具的使用寿命。该方法具有模具制作周期短(一般为1～3天)、成本低和易脱模等特点，它相对于其他材料的快速模具制造更具独特之处。

　　2.2 石膏型快速金属模具

　　石膏型铸造的基本原理是：将熔融的金属液烧注到以石膏为基料的铸型内，待金属液冷却凝固后，经清理即可获得金属模具或零件。它的工艺过程为：先将模样固定在专供灌浆用的砂箱里，再将按一定比例配置的半水石膏、填料、添加剂及适量水，在真空状态下混制成浆料，并迅速浇灌在砂箱中，待浆料凝固、硬化，再烘干、焙烧成石膏型，然后在真空状态浇注，获得最终的金属模具或零件。该工艺通常适合于制造金属熔化温度低于石膏分解温度(<1300oC)的合金，如：铅、锡等低熔点合金以及锌合金、铝合金及部分铜合金等。

　　RP原型技术与石膏型精密铸造相结合主要有两种方法。方法一，采用叠层法、熔融沉

　　积法、激光选区烧结法等工艺制造的原型为母模或硅橡胶为中间转化模，然后进行石膏型精

　　密铸造。方法二，采用原型为母模，翻制硅橡胶件，再由硅橡胶件翻制蜡型或直接采用母模制作蜡型，再进行石膏型熔模精密铸造。采用特种膨胀石膏料还可补偿铸造时金属凝固的收缩量。这种工艺方法具有零件变形小、精度高、表面光洁等特点，可用于铸造精密、复杂、

　　薄型的有色金属模具或零件，尤其适合于制作复杂型腔的净(近)成形模具。

　　2.3 树脂型复合模具

　　该方法是将液态的环氧树脂与有机(或无机)材料复合作为基体材料，以原型为基准浇注模具的一种间接制模技术，通常可直接注塑生产。其工艺过程为：快速原型制作→表面处理→原型表面、分型面刷脱模剂、胶衣树脂→浇注凹模→浇注凸模。刷脱模剂、胶衣树脂的目的是防止模具表面受磨擦、碰撞、老化和介质腐蚀等，在实际使用中更安全、可靠。环氧树脂模具与传统注塑模具相比，成本大幅度度降低，生产周期大为缩短。模具寿命虽不及钢制模具，但比硅橡胶模具高，达1000~5000件，可满足中小批量生产的需要。

　　2.4 陶瓷型快速金属模具

　　陶瓷型制造技术的基本原理是：以耐高温、热膨胀系数小的耐火材料为骨料、水解液为粘结剂，按比例配制成陶瓷浆料，在催化剂作用下，经灌浆、结胶、硬化、起模、喷烧等工序制成表面光洁、尺寸精度高的精密陶瓷型，可烧注各种精密铸件。

　　将RP技术与无焙烧精密陶瓷型工艺相结合，有利于提高模具精度，缩短制造周期、降低成本，采用这种方法的铸造模具与传统的机加工模具相比，生产成本降低数倍至数十倍，尤其适于铸造大型冲压模具。该工艺的关键技术是母模的设计与制造，即通过三维CAD直接制造出形状复杂的RP原型，作为无焙烧精密陶瓷型的母模，目前这种方法应用较多。

　　2.5 熔模铸造法制造钢模

　　用快速原型技术制作原型(母模)，将母模浸入陶瓷砂液，形成模壳。在炉中固化模壳，烧去母模。然后在炉中预热模壳并在模壳中浇注钢或铁型腔，对型腔表面进行抛光，加入浇注系统和冷却系统后，可铸造批量生产用注塑模。其优点是可制造形状非常复杂的零件。

　　2.6 金属喷涂法快速模具

　　金属喷涂法通常分为电弧喷涂法和等离子喷涂法两种。目前用于模具制造以电弧喷涂法为主。它的基本原理是：将两根直径为Φ2～3mm的金属丝分别接在直流电源的正负极作为自耗性电极,利用其端部产生的电弧使自身熔化。处于电弧点正后方的喷嘴射出高速、高压空气使熔化的金属脱离且雾化成微粒，以极高速度撞击基体表面，形成光滑、致密、低气孔率的金属薄壳。然后在此金属薄壳内添加支撑材料，脱模后即可得到金属化的经济型模具。

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