1 快速模具制造及其應(yīng)用的重要性

　　隨著社會(huì)的進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展弓千，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)愈來(lái)愈劇烈，迫使制造業(yè)在不斷改善產(chǎn)品的性能與品質(zhì)的前提下指蚜，最大限度地縮短新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期、降低成本涨椒，以便快速響應(yīng)用戶最新的需求摊鸡。這種趨勢(shì)在汽車(chē)、摩托車(chē)蚕冬、電子產(chǎn)品免猾、家電產(chǎn)品、玩具等制造業(yè)顯得尤其突出囤热。例如猎提，電子產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期已降至不到一年，在玩具制造業(yè)旁蔼，常常是第一季度開(kāi)發(fā)锨苏，第三季度大批量生產(chǎn)，第四季度銷(xiāo)售容厦。著名的HP(惠普)公司80%以上的利潤(rùn)來(lái)源于年齡不滿2 年的產(chǎn)品旺民。所以，快速牙茅、高效地開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品是競(jìng)爭(zhēng)取勝的一個(gè)關(guān)鍵因素阵拜。實(shí)現(xiàn)新產(chǎn)品的快速、高效開(kāi)發(fā)涉及多種領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)指锉，例如稍呛，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)、計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)吹对、計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)邀曲、新材料，以及產(chǎn)品與相應(yīng)工藝裝備的快速成形憋址、制造等拗炎，其中特別是有關(guān)模具的設(shè)計(jì)與制作技術(shù)。

　　汽車(chē)是最復(fù)雜霍凛、最有影響的一種消費(fèi)品李根，由于用戶與競(jìng)爭(zhēng)者的壓力，迫使汽車(chē)工業(yè)必須優(yōu)化其產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程几睛，迅速地提高產(chǎn)品的品質(zhì)并將其推向市場(chǎng)房轿，還要最大限度地滿足用戶的要求。10 年前所森，開(kāi)發(fā)一輛新汽車(chē)的時(shí)間大約為60 個(gè)月囱持，而現(xiàn)在僅18 個(gè)月。眾所周知焕济，汽車(chē)的開(kāi)發(fā)纷妆、生產(chǎn)離不開(kāi)模具盔几，尤其是鑄造、鍛壓掩幢、注塑等工藝所需的模具逊拍。試制原型件常常需要模具，汽車(chē)的生產(chǎn)更需要模具际邻。然而芯丧，模具的開(kāi)發(fā)、制作時(shí)間與成本世曾，又往往是整個(gè)汽車(chē)開(kāi)發(fā)時(shí)間與成本的主要部分懊霹，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)錢(qián)。通常踏旷，25%的汽車(chē)開(kāi)發(fā)時(shí)間與大部分的成本用于原型與模具的制作凹田。例如，一付大型骚美、復(fù)雜的模具的開(kāi)發(fā)一般需要6 個(gè)月以上的時(shí)間與幾十萬(wàn)至幾百萬(wàn)元以上的費(fèi)用扬骑，一付小型、中等復(fù)雜的模具的開(kāi)發(fā)一般也需3 個(gè)月以上的時(shí)間與幾萬(wàn)元至幾十萬(wàn)元以上的的費(fèi)用刮诅。根據(jù)美國(guó)汽車(chē)工業(yè)統(tǒng)計(jì)，其平均67%以上的投資與模具有關(guān)契叔。在我國(guó)舟窥，由于試制新車(chē)的能力比較差，因此麸应，在試制階段不得不高價(jià)從國(guó)外進(jìn)口試制件削仲，以進(jìn)口裝飾件為例，60 種（每種15 件）就需300 多萬(wàn)元损侄。

　　因此不恭，模具是制約汽車(chē)開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)的瓶頸，要縮短汽車(chē)的開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)周期财饥、降低成本换吧，必須首先縮短模具的開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)周期，降低模具的成本钥星，使模具更結(jié)實(shí)沾瓦、耐用。

　　通常谦炒，模具由鍛造鋼坯或鋁坯經(jīng)傳統(tǒng)機(jī)械加工而成贯莺，砂型鑄造模型雖然可用木材制作，但仍需機(jī)械加工宁改。由于模具上常常有一些復(fù)雜的特征與自由表面缕探，精度與光潔度要求比較高魂莫，所以加工周期長(zhǎng)，成本高爹耗。

　　應(yīng)該指出的是豁鲤，由于計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)加工機(jī)床、加工中心钝摧、柔性系統(tǒng)跟斜，以及高速切削等先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，能使模具加工的周期縮短裹融，但是至今為止绪论，每道工序的工藝并無(wú)重大改變，仍然存在調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)幽卜、復(fù)雜刀具軌跡的自動(dòng)生成困難卷俱、成本高等大問(wèn)題。當(dāng)產(chǎn)品的生產(chǎn)批量較小時(shí)并淳，模具的制作工時(shí)與成本分?jǐn)傇诿考a(chǎn)品上的數(shù)額更大百郊，上述問(wèn)題尤為突出。傳統(tǒng)機(jī)加工模具的另一個(gè)問(wèn)題是啰林，這種模具的柔性比較差捉为，一旦設(shè)計(jì)有些改變，原有模具難于修改鸡焰，幾乎不得不重新制作焚趴。所以，必須尋求快速模具制造的新方法舱污。

　　2 快速模具制造的新概念

　　在現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)中呀舔，有一項(xiàng)稱(chēng)為Rapid Prototyping & Manufacturing(快速成形與快速制造，簡(jiǎn)稱(chēng)RP&M)的支柱技術(shù)扩灯，應(yīng)用這種技術(shù)能快速制作工件媚赖，并使其材質(zhì)特性接近或幾乎與期望的產(chǎn)品特性相符。

　　其中珠插，Rapid Prototyping (快速成形惧磺，簡(jiǎn)稱(chēng)RP)指的是一種新工藝，它能根據(jù)工件的CAD 三維模型丧失， 快速制作工件的實(shí)體原型豺妓，而無(wú)需任何附加的傳統(tǒng)模具或機(jī)械加工; Rapid Manufacturing(快速制造，簡(jiǎn)稱(chēng) RM) 主要指的是Rapid Tooling (快速模具制造布讹，簡(jiǎn)稱(chēng)RT)——用快速成形工藝及相應(yīng)的后續(xù)加工來(lái)快速制作模具琳拭。RT 是不同于傳統(tǒng)機(jī)加工模具的一種新方法、新工藝，也不是過(guò)去的“簡(jiǎn)易陌奏遥”坑鱼，它涉及以下兩方面的功能：

　　1) 快速開(kāi)發(fā)用于傳統(tǒng)制造工藝的模具，如快速制作注塑模與鑄造模型嘀吨。

　　2) 減少用模具成形工件所需的時(shí)間谅璧，縮短成形的循環(huán)周期，提高模具的生產(chǎn)效率淮晓，改善工件的品質(zhì)拆鹉。

　　當(dāng)然，并非各種RT方法都具有第二種功能睹揍。

　　快速模具制造(RT)與快速成形(RP)有密切的關(guān)系舷翰。RT 方法的出現(xiàn)與發(fā)展，在很大程度上取決于RP 技術(shù)與新材料的發(fā)展责某，采用RP 技術(shù)能直接或間接快速制作模具坐蓉，而RT 技術(shù)又能促進(jìn)、擴(kuò)大RP 的推廣應(yīng)用喘茵。

　　雖然浩淹，RT 工藝仍處于開(kāi)發(fā)階段，還不十分成熟丈轻、完善井辜，但是，它已經(jīng)能和傳統(tǒng)的CNC 機(jī)加工相竟?fàn)幑菽洌⒁虼舜龠M(jìn)各自的發(fā)展抑胎。最新的進(jìn)展表明，已經(jīng)能用一些替代技術(shù)制作大批量生產(chǎn)用模具渐北，它們?cè)诳s短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期、降低成本铭拧、提高生產(chǎn)率與改善產(chǎn)品品質(zhì)等方面赃蛛，都很有成效。

　　3 快速模具制造及其應(yīng)用的現(xiàn)狀

　　近年來(lái)搀菩，在快速成形技術(shù)與新材料（特別是高分子材料）的推動(dòng)下呕臂，快速模具制造技術(shù)取得了重大的突破。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)肪跋，在國(guó)外歧蒋，商品化并相當(dāng)廣泛應(yīng)用的快速模具制造方法已有20 幾種，按照模具所能成形的工件數(shù)量州既，模具可分為：試制用模具谜洽、正式批量生產(chǎn)模具，以及介于兩者之間的過(guò)渡模具(Bridge tooling) 。應(yīng)用的領(lǐng)域不僅遍及汽車(chē)囱叼、家電烂多、玩具等許多制造行業(yè)，而且還深入到醫(yī)療領(lǐng)域沟乘。

　　國(guó)外的制造業(yè)十分重視快速模具制造盒酷，其應(yīng)用的50%以上在汽車(chē)與消費(fèi)品的制造業(yè)，已用于小批量（幾百件）伟铸、中批量（幾千件）與大批量（幾萬(wàn)件以上）的生產(chǎn)迟书，模具的尺寸精度可達(dá)0.025～0.127mm，硬度可達(dá)HRC 25～70厘沉，壽命可達(dá)10,000～500,000伴罢，因此不僅能與H-13 模具鋼比美，而且還能比傳統(tǒng)模具提高生產(chǎn)率35％～40％蕉殴。例如：

　　1） 在Ford 公司的開(kāi)發(fā)部融吓，裝備了各種各樣的快速成形機(jī)，他們用RT 技術(shù)制作了注塑模歹嘹、沖模箩绍、中空成形模、鑄模與壓鑄模等尺上，能在6 天內(nèi)完成從母模至快速壓機(jī)模的制作材蛛，例如對(duì)于成形旋轉(zhuǎn)葉片的壓機(jī)模，模具費(fèi)用節(jié)省75％～80％怎抛，模具壽命達(dá)到750 000 件卑吭。

　　2） Toyota 公司的實(shí)踐表明， 對(duì)于右側(cè)鏡殼體马绝，采用RP 技術(shù)后豆赏，由于不必制作原型的模具，節(jié)省模具費(fèi)200 000 美元富稻；對(duì)于門(mén)把手掷邦，用快速成形母模，可節(jié)省模具費(fèi)用300 000 美元椭赋；僅僅FDM 快速成形機(jī)就為汽車(chē)試制節(jié)省了2 百萬(wàn)美元抚岗。

　　3） Volkswagen AG 公司的實(shí)踐表明，對(duì)于氣缸頭哪怔、曲軸箱研矗、缸頭蓋與渦輪充電器殼體的鑄造而言，與傳統(tǒng)方法制作模具與鑄件相比夷硅，為獲得5 個(gè)工件芒浪，RP/RT 可縮短時(shí)間80％～89％歧余。

　　4） FIAT 公司的實(shí)踐表明，RT 至少縮短制作時(shí)間47％蔑串，降低成本55％～65％川骗。

　　5） 在韓國(guó)的汽車(chē)工業(yè)的4 家公司中，擁有8 臺(tái)快速成形機(jī)柱涕，它們主要用于汽車(chē)內(nèi)伍恼、外裝飾件的設(shè)計(jì)與成形，以及發(fā)動(dòng)機(jī)零件的鑄造籍钱。例如在Hyundai 公司羡雷，20%用于成形模具的母模，35%用于裝配試驗(yàn)种慕。

　　他們的快速模具用于真空鑄造热品、中空成形與離心鑄造。Kir 公司用真空鑄造與熔模鑄造成形金屬件啸驯，以便對(duì)樣車(chē)進(jìn)行測(cè)試客扎。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)支架，他們將SLA 快速成形件替代蠟?zāi)７６罚缓筮M(jìn)行熔模鑄造徙鱼，全過(guò)程僅需14 天，比傳統(tǒng)制作方法縮短9 天（即縮短時(shí)間40％）针姿。對(duì)于后組合燈支架袱吆，用SLA 快速成形件作真空鑄造的母模，能節(jié)省65%的成本與75％的時(shí)間距淫。

　　在我國(guó)绞绒，近幾年來(lái)，快速成形機(jī)的研發(fā)與生產(chǎn)有很大的發(fā)展榕暇，一些汽車(chē)制造公司也購(gòu)置了多種形式的快速成形機(jī)蓬衡，但是多數(shù)僅用于制作原型，快速模具制造還是一種鮮為人知的技術(shù)彤枢，應(yīng)用十分有限撤蟆。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)具有快速模具制造能力的主要單位有20 幾家愧陈，其中，絕大多數(shù)單位制作的快速模與國(guó)外商品化快速模相比搭吵，有以下明顯差距：

　　1） 品種不到10 種煮啡，遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于國(guó)外已商品化的20 幾種，特別是尚未開(kāi)展高檔快速模的研發(fā)棒论、生產(chǎn)馁祈。

　　2） 由于能制作的快速模的品種有限，因此，對(duì)于具體的客戶要求而言银薪，往往缺乏靈活性與適應(yīng)性靴亩。

　　3） 不具備大型、復(fù)雜夫石、精密快速模具的生產(chǎn)能力伪睬。

　　4 大型、復(fù)雜鸭僧、精密硅橡膠目诶＃—快速成形汽車(chē)塑料試制件的關(guān)鍵

　　軟模(soft tooling)是一種常用的試制模具，也可用于制作快速過(guò)渡目醭ィ或快速批量生產(chǎn)模烹俗，其中，最常見(jiàn)的是硅橡膠模萍程，它的優(yōu)點(diǎn)是：

　　(1) 制作周期短

　通常幢妄，根據(jù)工件的CAD 文件，能在幾天內(nèi)提供硅橡膠軟模茫负，以及用軟模成形的聚氨酯塑料件蕉鸳。與傳統(tǒng)金屬模注塑原型工件相比，用硅橡膠模真空澆注聚氨酯原型朽褪，能縮短開(kāi)發(fā)周期高達(dá)90%置吓。用快速成形的母模通過(guò)硅橡膠模制作鑄造用聚氨酯芯盒，與制作傳統(tǒng)的金屬芯盒相比缔赠，只需1/5 的時(shí)間衍锚。

　　(2) 成本低

　　與CNC 機(jī)加工的金屬模相比，軟模的制作費(fèi)用低得多嗤堰，一般只有金屬模的幾分之一戴质。

　　(3) 彈性好，工件易于脫模

　　在傳統(tǒng)的金屬模中卒抖，通常需要設(shè)置脫模斜度氏腐，以便使工件成形后順利脫模。用硅橡膠模成形工件時(shí)栏葬，由于模具有足夠的彈性冻哈，使得往往不必添加脫模斜度，工件就能脫模抚言，從而可大大簡(jiǎn)化模具的設(shè)計(jì)优隔。

　　(4) 復(fù)印性能好

　　硅橡膠有優(yōu)良的復(fù)印性能，可良好地再現(xiàn)母模上的細(xì)小特征芦槽，基本不會(huì)損失尺寸精度棋少。

　　(5) 能用于在室溫下澆注高性能的聚氨酯塑料件杯娶。

　　由于雙組分熱固性聚氨酯的新進(jìn)展，已經(jīng)能替代工程塑料儡特。此外栅苞，澆注成形的聚氨酯工件的表面光潔度也很好，還有能獲得高透明度工件的聚氨酯樹(shù)脂疏唾，在真空澆注機(jī)(vacuum casting machine)中蓄氧，用硅橡膠模可以澆注出高性能的聚氨酯塑料制品荸实。

　　制作大型匀们、復(fù)雜、精密的硅橡膠模准给，并用其成形汽車(chē)塑料試制件的關(guān)鍵在于：

　　(1) 盡可能減少硅橡膠材料的用量泄朴，降低制作成本

　　制作中型、大型硅橡膠模需要幾十公斤至幾百公斤的硅橡膠露氮，一般硅橡膠的價(jià)格約200 元/公斤祖灰，因此，硅橡膠材料費(fèi)高達(dá)幾千元至幾萬(wàn)元畔规，顯然局扶，這是成本的最主要部分。

　　(2) 提高硅橡膠模的加熱效率

　　用硅橡膠模澆注聚氨酯塑料件時(shí)叁扫，一般要求模具溫度達(dá)到70°C 左右三妈，因此須預(yù)先加熱硅橡膠模，然而莫绣，由于硅橡膠的導(dǎo)熱性很差策见，加熱效率非常低，對(duì)于中型妆浅、大型硅橡膠模常常需要加熱幾小時(shí)蒜材，甚至近十小時(shí)，而且難于使整個(gè)模具的溫度均勻爵缸，導(dǎo)致相當(dāng)?shù)偷纳a(chǎn)效率與塑料件較大的翹曲變形抖臭。

　　(3) 恰當(dāng)選擇聚氨酯的牌號(hào)，使?jié)沧⒌乃芰霞男阅芙咏ぜ璨牧系男阅?

　　汽車(chē)上需要的工件常常是ABS 等類(lèi)別的高性能工程塑料件晚饰，因此倾伶，必須使所選的雙組份聚氨酯的性能與其相接近，特別是強(qiáng)度窃橄、硬度與彈性巫碍，并且應(yīng)有良好的流動(dòng)性，以及足夠的可操作時(shí)間贫肌。

　　(4) 正確設(shè)計(jì)澆注工藝與選擇硅橡膠禀舰、聚氨酯的性能，使之能成形形狀復(fù)雜的精細(xì)件

　　汽車(chē)塑料件上常常有精細(xì)怔匣、復(fù)雜的小特征握联，硅橡膠模的相應(yīng)部分易損壞，并且澆注雙組份材料時(shí)不易充滿每瞒，所以必須采用恰當(dāng)?shù)臐沧⒎较蚺c澆道設(shè)計(jì)金闽，以及高撕裂強(qiáng)度的硅橡膠和高流動(dòng)性的雙組份材料。

　　如果不能妥善地處理上述關(guān)鍵問(wèn)題剿骨，根本無(wú)法經(jīng)濟(jì)代芜、快速地生產(chǎn)合格的塑料件。

　　瑞鼎機(jī)電科技有限公司聚積了一批來(lái)自國(guó)內(nèi)外的高級(jí)技術(shù)人員浓利，他們長(zhǎng)期從事快速成形挤庇、快速模具制造的研發(fā)與生產(chǎn)，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)贷掖。公司擁有面積近一千平方米的快速模具制造車(chē)間嫡秕，裝備了國(guó)內(nèi)最大、最先進(jìn)的德國(guó)MKV II-XL 型真空澆注機(jī)苹威，在充分吸取國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上昆咽，通過(guò)長(zhǎng)期的試驗(yàn)、研究阿魏，從材料改性與模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面著手鉴梦，創(chuàng)造了一套獨(dú)特的工藝方法，因此耘泰，為汽車(chē)逐茄、家電等行業(yè)提供了許多大型、復(fù)雜衍康、精密的快速模具及其制件蹲京，例如汽車(chē)保險(xiǎn)杠、水箱面罩鞍票、車(chē)門(mén)內(nèi)飾板蚊牌、儀表板、車(chē)燈燈罩岖佛、音響系統(tǒng)面板诀虹、手機(jī)殼等零件的高精度母模、硅橡膠模用虚，以及小批量塑料試制件晌颅，能在相當(dāng)短的時(shí)間內(nèi)，滿足客戶試制新產(chǎn)品的要求粤蝎，從而使過(guò)去不得不進(jìn)口的試制件改由瑞鼎機(jī)電科技有限公司供應(yīng)真仲，并可顯著地降低成本袋马。

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