引言

　　快速成型技術(shù)（Rapid Prototyping蛾号，簡(jiǎn)稱RP）是80年代末期發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)高新制造技術(shù)，按照其材料及工藝特點(diǎn)主要分為L(zhǎng)OM(Laminated Object Manufacturing涯雅，又稱分層實(shí)體制造) 工藝鲜结、SLA(Stereolithography Apparatus，又稱立體光刻) 工藝活逆、SLS(Selective Laser Sintering精刷，又稱選擇性燒結(jié)) 工藝、FDM(Fused Depostion Modeling划乖，又稱熔融沉積制造) 工藝等幾大類贬养，在汽車、摩托車阶庆、家電郎博、航空、醫(yī)療等行業(yè)獲得了廣泛的應(yīng)用铺享。

　　但是目前各種快速成型技術(shù)的應(yīng)用都還存在一定的局限性抱壶，主要表現(xiàn)在直接制作的快速原型件與實(shí)際零件相比在材質(zhì)谈嚣、性能等方面還存在較大差異，往往不能用來(lái)進(jìn)行裝機(jī)實(shí)測(cè)各種與強(qiáng)度院颜、性能有關(guān)的數(shù)據(jù)琅沟。在產(chǎn)品覆蓋件制作方面，LOM技術(shù)制作的紙質(zhì)原型件雖然硬度很高但容易分層開(kāi)裂驳墓，SLA工藝制作的光敏樹(shù)脂原型件脆性較大区基，SLS工藝直接燒結(jié)塑料粉末制作的原型件性能較好但目前成本較高，F(xiàn)DM工藝在原型件的制作成本韭张、支撐等方面也還不盡如人意砍绞。另外，試制件在一定數(shù)量上的要求往往也難以滿足策冕〕迳保快速成型技術(shù)在模具方面的應(yīng)用導(dǎo)致了快速模具技術(shù)（Rapid Tooling，簡(jiǎn)稱RT）的出現(xiàn)睹酌，并由快速成型技術(shù)的一個(gè)應(yīng)用方向迅速發(fā)展成為一項(xiàng)相對(duì)獨(dú)立的新興技術(shù)权谁。

　　1. 基于LOM技術(shù)的快速制模工藝

　　快速模具技術(shù)一般按其制造過(guò)程中是否需要RP原型過(guò)渡主要分為直接法和間接法兩大類，如通過(guò)RP原型翻制的硅膠模憋沿、環(huán)氧樹(shù)脂模旺芽、金屬噴涂模等快速制模工藝屬于間接快速模具技術(shù)，而直接快速模具技術(shù)主要有SLS工藝卤妒、3DP（Three Dimensional Printing甥绿，又稱三維印刷成型技術(shù)）工藝、LENS（Laser Engineering Net Shaping则披，又稱激光工程化凈成型技術(shù)）工藝等多種直接快速金屬模具技術(shù)共缕，基于LOM技術(shù)的各種木模、消失模以及注塑紙基模具等也屬于直接快速模具技術(shù)士复。

　　利用LOM技術(shù)制作的快速原型件图谷，其強(qiáng)度類似硬木，可承受200℃左右的高溫阱洪，具有較好的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性便贵，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚恚鐕娡壳迤崛醣⒏叻肿硬牧匣蚪饘俸笏旆勺鳛楦黝愰g接快速制模工藝的母模，或直接制作用于注塑用的紙基模具履婆，基于LOM技術(shù)的各類快速制模工藝在塑料覆蓋件制作方面都得到了廣泛的應(yīng)用骤扰。

　　2. 基于LOM技術(shù)的間接快速制模工藝

　　在注塑用快速模具應(yīng)用方面，其基本原理是首先利用LOM技術(shù)制作的紙質(zhì)快速原型件各囤，通過(guò)不同的模具翻制技術(shù)制作出硅膠模胜姥、環(huán)氧樹(shù)脂模站么、金屬噴涂模等快速模具，然后根據(jù)模具情況進(jìn)行熱注塑或反應(yīng)式注塑裤谆，得到生產(chǎn)或試制用的塑料零件惨译。由于翻制技術(shù)成熟、工藝簡(jiǎn)便兢假、方法多樣一黄，可以根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量、數(shù)量等具體要求選擇合適的工藝兜蠕，是目前常用的快速模具技術(shù)之一扰肌。

　　2．1 硅膠模

　　硅膠模是最常見(jiàn)的快速模具抛寝，又稱軟模（Soft Tolling）熊杨，是應(yīng)用范圍最廣、技術(shù)最成熟的快速模具制作方法之一盗舰，一般用于試制用模具或制作其它模具的過(guò)渡模晶府。硅膠模采用的硅橡膠材料主要分為室溫硫化硅橡膠（簡(jiǎn)稱RTV硅橡膠）和高溫硫化硅橡膠（簡(jiǎn)稱HCV硅橡膠）兩種。前者一般在室溫下固化钻趋，可承受300℃左右的溫度川陆；后者的硫化溫度一般在170℃左右，具有更好的性能蛮位，工作溫度可達(dá)500℃以上较沪。

　　硅膠模的制作工藝一般為：以紙基原型件作為母模，在母模上預(yù)設(shè)分型面并制作分型背襯失仁，噴涂脫模劑尸曼；按比例配制硅膠進(jìn)行澆注；完全固化后再進(jìn)行另一半的澆注萄焦；沿預(yù)定的分型面切開(kāi)硅膠模犁谓；取出原型件，完成硅膠模制作淋塌。在沒(méi)有真空設(shè)備的條件下應(yīng)注意選擇合適的硅橡膠材料以及采取合理的排氣措施叫逸。

　　硅膠模具有制作周期短、成本低乾乘、工藝簡(jiǎn)單俄耸、材料彈性好、易于脫模牺独、復(fù)印性能好的特點(diǎn)惊钮。反應(yīng)式低壓注塑工藝操作簡(jiǎn)便，不需要真空設(shè)備鉴吕，但排氣條件較差撇委，容易產(chǎn)生夾帶氣泡和充型不滿的缺陷爵蝠。硅膠模還存在精度不高、壽命短汪仰、不能用于熱注塑工藝的不足之處揩墓，用作注塑模時(shí)壽命一般為10～50件。另外典挑，便于脫模的特點(diǎn)有時(shí)會(huì)掩蓋無(wú)脫模角或倒脫模的設(shè)計(jì)缺陷酥宴，影響產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量的檢驗(yàn)效果。

　　2．2 鋁填充環(huán)氧樹(shù)脂模

　　鋁填充環(huán)氧樹(shù)脂模具的工藝過(guò)程與硅膠模類似您觉，即首先以紙基原型件作為母模拙寡，在母模上預(yù)設(shè)分型面，噴涂脫模劑琳水，澆注由精細(xì)研磨鋁粉填充的雙組分熱固性環(huán)氧樹(shù)脂肆糕，注意混合與固化過(guò)程均要在真空狀態(tài)下進(jìn)行，固化后再按上述過(guò)程完成另一半的澆注在孝，修整后制成鋁填充的環(huán)氧樹(shù)脂模具诚啃。它主要用作熱注塑模，壽命一般為500～2000件私沮。但環(huán)氧樹(shù)脂類模具普遍存在導(dǎo)熱性較差的缺點(diǎn)始赎，導(dǎo)致生產(chǎn)周期加長(zhǎng)于购，生產(chǎn)效率與鋼模相比還較低干际。

　　2．3 金屬噴涂模

　　金屬噴涂模具主要包括金屬冷噴鍍模具和等離子噴鍍模具。金屬冷噴鍍模具的制造工藝是：首先用噴槍在RP原型的表面上噴射霧化了的熔化金屬躲窜，待液態(tài)金屬固化后形成厚度約2mm的金屬殼層低腕，再經(jīng)過(guò)添加背襯杰泡、埋入冷卻管道、去除原型等處理后制成模具涯贝。噴涂表面的復(fù)制性能較好列充，尺寸精度較高。但與傳統(tǒng)金屬模具相比還不能使用較大的鎖模力跃呛，另外導(dǎo)熱性差也導(dǎo)致注塑成型周期延長(zhǎng)频咨，使用壽命一般為數(shù)千件。

　　等離子噴鍍模具的制造工藝的基本原理就是電離氣體產(chǎn)生的高溫等離子弧熔化的粉末跟隨高速火焰流噴射到需要噴鍍的工件表面并結(jié)成殼層秦砌，經(jīng)處理后制成模具埃账。可以噴鍍高熔點(diǎn)金屬经聊、非金屬材料唱棍，具有表面硬度高、變形小守譬、工藝穩(wěn)定估喷、使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)凛忿。

　　3. 基于LOM技術(shù)的直接快速制模工藝

　　LOM技術(shù)在直接快速注塑模具方面的應(yīng)用主要是反應(yīng)式注塑模具，根據(jù)注塑條件的不同又可分為真空注塑和低壓注塑兩類竞川，下面介紹的就是基于LOM技術(shù)的紙基反應(yīng)式低壓注塑模具工藝（以下簡(jiǎn)稱紙基注塑模具）店溢。

　　3．1紙基注塑模具設(shè)計(jì)

　　紙基注塑模具設(shè)計(jì)原理與步驟類似于鋼模設(shè)計(jì)，但考慮到紙基件制作的特殊性以及注塑方式的差異委乌，紙基注塑模具的設(shè)計(jì)又有其不同的特點(diǎn)床牧。

　　1) 尺寸補(bǔ)償

　　紙基注塑模具屬于直接制模，不存在硅膠模等間接制模工藝在翻制過(guò)程帶來(lái)的累積誤差遭贸，因此戈咳，影響最終注塑件尺寸精度的因素主要有三維CAD模型轉(zhuǎn)換STL文件時(shí)的轉(zhuǎn)換精度損失、紙基模具制造誤差壕吹、紙基模具裝配誤差著蛙、聚氨酯注塑材料收縮率等，在這里需要補(bǔ)償?shù)某叽缇褪蔷郯滨ゲ牧系氖湛s率算利，即在三維軟件中對(duì)三維CAD模型進(jìn)行尺寸補(bǔ)償册踩，這對(duì)于尺寸較大的零件來(lái)說(shuō)是必須要考慮的。

　　2) 脫模方向確定與分型面設(shè)計(jì)

　　一般來(lái)說(shuō)效拭，脫模方向在進(jìn)行三維CAD模型設(shè)計(jì)時(shí)就已經(jīng)考慮好了，這里需要做的就是綜合考慮模具設(shè)計(jì)门烧、制造的各個(gè)環(huán)節(jié)甜湾，進(jìn)一步確認(rèn)原設(shè)計(jì)脫模方向的合理性，如存在問(wèn)題則可對(duì)三維CAD模型進(jìn)行修改鹅棺，重新設(shè)計(jì)脫模方向或模型結(jié)構(gòu)兜充。

　　分型面設(shè)計(jì)的基本原則與鋼模類似，但同時(shí)還要考慮紙基件的特殊性以及反應(yīng)式注塑工藝的具體特點(diǎn)脂性，主要是分型面的設(shè)計(jì)要符合最大投影面原則雄睦，確保注塑件的尺寸精度與表面質(zhì)量，盡量簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)汹振，便于模具的制造與安裝娇裁，符合反應(yīng)式低壓注塑的工藝條件，考慮紙基件強(qiáng)度薄弱區(qū)域位置與成型方向等方面因素沼津。

　　脫模方向確定與分型面設(shè)計(jì)直接與模具結(jié)構(gòu)荞篙、模具制造、注塑成型等各環(huán)節(jié)密切相關(guān)科绣，是模具設(shè)計(jì)成功與否的重要環(huán)節(jié)之一殿姑。

　　3) 脫模斜度檢查與設(shè)計(jì)

　　由于紙基模具表面質(zhì)量比鋼模差，又沒(méi)有硅橡膠模的彈性肯适，因此变秦，除一般的脫模斜度檢查外成榜，為了便于脫模，在滿足工件尺寸公差要求蹦玫，或不影響工件結(jié)構(gòu)伦连、功能的前提下，脫模斜度盡可能取大一些钳垮，或在模具結(jié)構(gòu)上對(duì)不易脫模的部位加以重點(diǎn)考慮惑淳。

　　4) 抽芯、滑塊饺窿、頂桿設(shè)計(jì)

　　如果零件結(jié)構(gòu)需要歧焦，還應(yīng)像鋼模一樣設(shè)計(jì)抽芯、滑塊肚医、頂桿等結(jié)構(gòu)绢馍，其設(shè)計(jì)是否合理對(duì)于注塑件能否順利脫模至關(guān)重要，也是紙基注塑模具設(shè)計(jì)的技術(shù)關(guān)鍵之一肠套。

　　5) 流道歇肖、澆口、排氣口設(shè)計(jì)

　　紙基模具的流道與澆口日俱，不必像鋼模那樣設(shè)計(jì)主流道役寡、分流道、澆口款拣、冷料穴等完整的澆注系統(tǒng)超棚，而采用模具表面直接到注塑件的簡(jiǎn)易澆口設(shè)計(jì)，澆口位置選取時(shí)主要考慮一般應(yīng)在最低點(diǎn)或相對(duì)低點(diǎn)以利于聚氨酯材料充滿型腔及自然排氣朋傲，盡量設(shè)置在不影響注塑件外觀的部位应惠，盡量設(shè)置在殘留冷料少以及便于取出的位置。排氣口一般應(yīng)設(shè)計(jì)在相對(duì)高點(diǎn)及排氣死角位置以保證聚氨酯材料充滿型腔昨跺。

　　6) 鎖模天尤、定位設(shè)計(jì)

　　鎖模、定位設(shè)計(jì)主要是考慮反應(yīng)式低壓注塑過(guò)程是以手工操作為主发娶，應(yīng)在適當(dāng)位置設(shè)計(jì)孔位擦钾，以便注塑時(shí)用螺栓緊固鎖模并定位。

　　3．2紙基注塑模具制造

　　紙基模具的制造過(guò)程實(shí)際上就是紙基快速原型件的制作過(guò)程硫朦，即按照紙基快速原型件的制作方法來(lái)制造紙基注塑模具的動(dòng)模贷腕、定模、抽芯咬展、滑塊泽裳、頂桿、嵌塊等各個(gè)部件，分別處理涮总、裝配胸囱，制作出完整的紙基注塑模具。

　　首先將設(shè)計(jì)好的紙基模具各個(gè)部件的三維CAD模型按照有效用紙瀑梗、強(qiáng)度優(yōu)化烹笔、便于剝離等紙基件制作原則在三維設(shè)計(jì)軟件中合理裝配，一次或數(shù)次制作完成抛丽，將裝配好的文件轉(zhuǎn)換為快速成型機(jī)所能接受的STL文件并輸入快速成型機(jī)進(jìn)行紙基件的制作谤职，然后將制作完成的紙基模具快速原型件進(jìn)行廢料剝離、零部件分離亿鲜，反復(fù)多次涂漆允蜈、打磨，各部件修整竹肚、試裝配帆田，最終完成紙基模具各零部件快速原型件的制作。

　　3． 3反應(yīng)式低壓注塑

　　首先將各個(gè)零部件在適當(dāng)?shù)谋砻鎳娡棵撃┕床缓蟀凑赵O(shè)計(jì)好的孔位進(jìn)行定位般蚪、鎖模，模具裝配完成后將反應(yīng)式樹(shù)脂與固化劑在常溫常壓下用電動(dòng)低壓注塑機(jī)注入紙基模具中区糟，完成注塑件的澆注過(guò)程恶稼。待完全固化后，拆開(kāi)模具出募，取出注塑零件涌俘。按需要進(jìn)行修整、打磨蒂扇、噴漆等處理以滿足工藝要求。

　　由于反應(yīng)式注塑材料與紙基件表面強(qiáng)化漆同為聚氨酯類材料狱揩，為防止兩者之間發(fā)生反應(yīng)而影響脫模喝暂，應(yīng)采取有效的隔離措施或噴涂具有隔離作用的脫模劑。

　　這一快速模具技術(shù)已在摩托車空濾蓋及護(hù)板等塑料覆蓋件的研制中得到應(yīng)用彻犁，實(shí)踐表明紙基注塑模具具有制作周期短叫胁、精度高、使用壽命較硅膠模長(zhǎng)（可達(dá)數(shù)十件至數(shù)百件）的特點(diǎn)汞幢，注塑工藝簡(jiǎn)便驼鹅、注塑件質(zhì)量良好，完全滿足新產(chǎn)品研制與開(kāi)發(fā)中小批量生產(chǎn)的要求森篷。

　　4. 結(jié)束語(yǔ)

　　(1) 基于LOM技術(shù)的注塑模具無(wú)論是在新產(chǎn)品試制還是在中小批量生產(chǎn)方面都得到了廣泛應(yīng)用输钩，其中直接制造反應(yīng)式低壓注塑模具的工藝方法具有模具制作速度快、成本低仲智、工藝簡(jiǎn)便的特點(diǎn)买乃，有著良好的應(yīng)用前景姻氨。

　　(2) 紙基注塑模具在模具設(shè)計(jì)思路、考慮要素以及模具結(jié)構(gòu)等方面與鋼模設(shè)計(jì)類似剪验，紙基注塑模具的設(shè)計(jì)實(shí)際上已經(jīng)完成了鋼模設(shè)計(jì)的前期準(zhǔn)備工作肴焊，稍加改變并完善模框等外圍輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就可迅速投入模具生產(chǎn)功戚，為并行工程的順利實(shí)施提供了有力的保障娶眷。

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