第五章 快速模具制造1

前段内容复习一.快速成型技术的原理二.快速成型技术建立理论基础三.四大快速成型工艺1.光固化成型法:原理,装置组成及各装置作用,影响质量因素,特点.2.叠层实体制造工艺:原理,装置组成及各装置作用,影响质量因素,特点.3.丝材选择性烧结:原理,装置组成及各装置作用,影响质量因素,特点.4.粉末材料激光烧结:原理,装置组成及各装置作用,影响质量因素,特点.四.快速成型前处理过程五.快速成型工艺工件质量的控制.第五章快速模具制造一.概述随着社会的进步与经济的发展，市场竞争愈来愈剧烈，迫使制造业在不断改善产品的性能与品质的前提下，最大限度地缩短新产品的开发周期、降低成本，以便快速响应用户最新的需求。这种趋势在汽车、摩托车、电子产品、家电产品、玩具等制造业显得尤其突出。实现新产品的快速、高效开发涉及多种领域的先进技术，例如，计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助工程(CAE)、计算机辅助制造(CAM)、新材料，以及产品与相应工艺装备的快速成形、制造等，其中特别是有关模具的设计与制作技术。快速成型技术由于受到使用材料的限制，不能作为参与实际工作的零件，仅能用作新产品功能检验、投放市场试运行等方面。因此，便产生了基于快速原型的快速模具制造技术（RT）。RT技术的特点：效率高、费用低（与传统的数控加工模具相比，开发周期和费用都降低了1/10~1/3）5.1快速模具的分类及基本工艺流程直接法：直接采用RP技术制作模具（SLS：钢铜合金注塑模，15万件寿命，但材料在烧结过程中收缩变形较大，且不易控制，难以获得精度高的模具）间接法：利用RP原型间接地翻制模具。RT直接法间接法SLS钢铜合金软质模具SofeToling硬质模具HardTooling硅橡胶浇注法金属喷涂法树脂浇注法熔模铸造法电火花加工陶瓷型精密铸造5.2硅橡胶模具快速制造技术特点：1、良好的韧性和弹性，易于制作结构复杂、花纹精细、无拔模斜度甚至有倒拔模，以及深凹槽的零件2、制作周期短、制件质量高分类：制模用的硅橡胶为双组分液体硅橡胶，分为缩合型和加成型。软质模具的特点：成本低、周期短适合于批量小、品种多、改型快的现代制作模式制品数量一般为50~5000件缩合型模具的硅橡胶羟基聚硅氧烷（生胶）填料交联剂硫化剂加成型模具的硅橡胶乙烯基聚硅氧烷含氢硅油（交联剂）铂触媒（催化剂）白炭黑（填料）缩合型模具硅橡胶的抗剪切强度较低，在模具制造过程中易撕裂，难于成型花纹深、形状复杂的模具；成型过程中由于缩合交联反应产生乙醇物质难以完全排出，使模具在受热时硅橡胶降解老化，同时由于乙醇的排出也使得硫化胶的体积收缩，影响模具的尺寸缩小。因此，常用在塑料或人造革生产中的高频压花模具，或尺寸要求不高的工艺品制造。加成型模具的硅橡胶由于采用加成硫化体系，在成型过程中不产生低分子化合物，因而具有低得线性收缩率，胶料可以深部固化，且物理、力学性能和耐热老化性能优异，适用于制造精密模具和铸造模具，且模具制造工艺简单，不损伤原型、仿真性好。5.2硅橡胶模具快速制造技术5.2.1硅橡胶模具的特点1）硅橡胶具有良好的仿真性、强度和极低的收缩率2）该材料制造弹性模具简单易行，无需特殊的技术及设备3）模具能经受重复使用和粗劣的操作，能保持制件原型和批量生产产品的精密公差4）能直接加工出形状复杂的零件，免去铣削和打磨加工等工序，而且脱模容易，制造周期短，修模方便5）硅橡胶模具具有很好的弹性，对凸凹部分浇注成型后也可直接取出二.传统的制模方法传统的制模技术大都是依据样模(母模)，采用拷贝方式(如铸造、喷涂、电铸、复合材料浇注等)来制造模具主要工作零件(凸、凹模或模腔、模芯)的。1.传统制造模具的具体方法(1)机械加工方法:传统的切削法(2)仿形加工法(3)特种加工法:电火花成型加工法;电火花线切割加工法,电化学加工法等向XYZ向向工作液箱工作液工具电极工件电极数控系统及电源柜脉冲电源轴伺服系统}}步进电机步进电机步进电机电火花加工工件传统的制模方法缺陷①精度低。②制作周期长，如快速切削铝模需要2～4周时间。③柔性差：元件有所改变时，模具很难修改，不得不重做。传统的制模方法及其缺陷上述三种缺陷中精度和周期是重要的问题，只要解决了样模精度，模具精度自然就迎刃面解了，因此如何提高样模精度已成为快速制模技术继续深入发展的关键，也是我们要加以解决的重要课题。快速成型技术的应用快速模具制造快速模具制造（RapidTooling，简称RT），是以RP为技术支撑而发展起来的新型制造技术.它的特点是：1.制模周期短，一般为传统模具制造的1/3～1/10；2.工艺简单，易于推广；3.制模成本低（仅为传统制模的1/3～1/5）4.精度和寿命能满足某种特定的功能需要，综合经济效益良好。快速制模技术分类主要有两大研究方向:1.直接快速制模技术,即用粉末烧结法,丝状材料融覆法,叠蹭实体制造工艺法等制备陶瓷,金属模.2.间接快速制模技术.通过快速成型技术制备母模具,软模具等,再通过传统的机械加工法来生产模具的方法.快速制模技术分类快速制模方法间接法是先制作一个母模，一般由快速成形系统建立，再由这样的母模制作模具，主要有：（1）用快速成形件作母模，与传统工艺结合制①在快速成形的母模上，浇注蜡、硅橡胶、环氧树脂、聚氨脂等软材料，从而得到软模具；②在快速成形的母模上，电镀、喷涂、烧结金属或者陶瓷，从而得到硬模具。（2）与精密铸造结合，生产出金属件，再制造模具(3)用快速原形件制作电加工的电极快速直接制模直接制模是用SLA、SLS、FDM、LOM等快速成型工艺方法直接制造出树脂模、陶瓷模和金属模等模具，其优点是制模工艺简单、精度较高、工期短，缺点是单件模具成本较高，适用于样机、样件试制。快速直接制模1.通过SLA或SLS法，直接用树脂、粉末塑料（如ABS）等制成凸、凹模，可以作成薄板的简易冲模，汽车覆盖件成形模等。这些简易模具的寿命是50～1000件，适用于产品试制阶段。快速直接制模2.采用特殊的纸质利用LOM工艺方法可直接制造出纸质模具，坚如硬木，可耐200℃高温，可用作低熔点合金的模具或试制用注塑模以及精密铸造用的蜡模成形模，还可以代替砂型铸造用的木模。快速直接制模用FDM法直接制成金属模。将不锈钢粉末用FDM法制成金属型后，经过烧结、渗铜等工艺渗铜等工艺制成了具有复杂冷却液道的注塑模。快速软模（SoftTooling）制造所谓软模具，是指用硅橡胶、环氧树脂、聚氨脂等材料制作的模具。用快速成形件作母模（凹模），浇注上述材料可形成软型腔，形成软模具，这种软模具可用小批量生产，例如：注塑件、低硅橡胶模具制造硅橡胶模的优点1.制作周期短通常，根据工件的CAD文件，能在几天内提供硅橡胶软模，以及用软模成形的聚氨酯塑料件。与传统金属模注塑原型工件相比，用硅橡胶模真空浇注聚氨酯原型，能缩短开发周期高达90%。2.成本低与CNC机加工的金属模相比，软模的制作费用低得多，一般只有金属模的几分之一。硅橡胶模的优点3.弹性好，工件易于脱模在传统的金属模中，通常需要设置脱模斜度，以便使工件成形后顺利脱模。用硅橡胶模成形工件时，由于模具有足够的弹性，使得往往不必添加脱模斜度，工件就能脱模，从而可大大简化模具的设计。4.复印性能好硅橡胶有优良的复印性能，可良好地再现母模上的细小特征，基本不会损失尺寸精度。硅橡胶模的缺点1.导热性能差2.寿命短3.不能成形真实的零件4.不能采用热注射工艺成形工件快速软模制作用材料快速软模制作主要用材料为硅橡胶。硅橡胶（SiliconeRubber）是一种分子键兼具无机和有机性质的高分子弹性材料，它的分子主键由硅原子和氧原子交替组成，其分子式为：硅橡胶的分类快速模具用的硅橡胶主要有：1.室温硫化硅橡胶（RoomTemperatureVulcanizedrubber），可以承受316℃的高温。2.热硫化硅橡胶（Heat－curedVulcanizedrubber），可以承受538℃的高温。快速软模材料及特点（1）TE-1089硅橡胶，属于双组分室温硫化硅橡胶，具有优异的柔韧性，极强的抗撕强度，及耐高温、耐化学腐蚀性。（2）甲基乙烯基硅橡胶，耐高温性，低温弹性，耐气候性，具有卓越的电性能，优良的物理机械性能，耐化学物质性能，透气性，生理惰性。（3）RTV358，是一种室温硫化非透明硅橡胶，它在25度加入固化剂，经24小时后初步固化成弹性体。快速软模材料及特点（4）RTV141，是一种室温硫化透明硅橡胶，它在25度加入固化剂，经24—48小时后初步固化成弹性体。（5）TEKSIL高温硫化硅橡胶，它比室温硫化硅橡胶有更好的性能，硬度HSA55—75，抗拉强度12.4—62.1MPA，工作温度可以达到150—500度。（6）聚氨酯树脂与工程塑料，是三种聚氨酯树脂SG95、SG200、2170与三种工程塑料ABS、Nylon6、聚丙烯PP的性能。快速软模材料及特点用于快速软模的硅橡胶要具有一下特征：1．伸长率和抗撕强度特别高。2．对原模具有优异的兼容性。3．对于大多数化学物品有极好耐受能力。硅橡胶模具制造过程硅橡胶模具制造过程1.原形制备过程:主要采用快速成型技术.原形制造是硅橡胶模具制造的关键,它的形状,尺寸和表面粗糙度都会影响模具的外形.首先使用三维软件进行三维实体造型，以STL文件格式保存，将文件输入快速成形机利用不同的快速成型工艺作出制件原型，经过后处理作为硅橡胶母模。硅橡胶模具制造过程硅橡胶模具制造过程2.制作型框和固定原形首先要分析原型，选择分型面和浇口位置，选择不同分型面的目的就是要使得脱模较为方便，不损伤模具，避免模具变形或者影响模具应有寿命，然后在分型线处贴上薄的透明胶带。型框的尺寸影响硅橡胶的用量,所以必须要计算好合适的尺寸.硅橡胶模具制造过程3.原形件的固定:利用清洁胶带纸将定型样件型框边缘围上，要求固定牢固。同时要注意增加一些排气空.硅橡胶模具制造过程4.计算所须硅橡胶的用量,混合并真空脱泡:硅橡胶的用量必须根据所造制件的尺寸和型框尺寸以及硅橡胶的比重准确计算.同时要加入适当的硬化剂,搅拌均匀后真空脱炮,脱炮的时间根据达到的真空度来确定.硅橡胶模具制造过程5.将抽真空后的硅胶倒入构建的围框内，之后，将其放入压力罐内，在0.4~0.6MPa压力下，保持15~30分钟以排除混入其中的空气。硅橡胶模具制造过程6.硅橡胶固化浇注好的硅橡胶，要在室温25摄氏度左右放置4－8小时，待硅橡胶不粘手后，再放入烘箱内100摄氏度下保持8小时左右，这样即可使硅橡胶充分固化。硅橡胶模具制造过程7.待完全固化后，拆除围框，随分模边界用手术刀片沿着定位线对硅胶模分型。硅橡胶模具制造过程8.把定型样件完全外露，并取走，得到硅胶模。如果发现模具有少量缺陷，可以用新配的硅橡胶修补，并经同样固化处理即可。快速软模实例硅橡胶制造模具注意问题1.型框尺寸的大小:过大会浪费硅橡胶的用量,同时导致取模的难度.过小不利于浇注.2.选择合适的分型面:原则是选择投影面积大的面作为分型面.3.对于较高的薄壁件,选择分型面时要将薄壁放在同一半模中,以防捆绑时薄壁的变形,影响尺寸误差.4.对于存在大面积平面形状的原型,应选择合适的浇注位置和方向.浇注位置应选在重心附近.浇注的方向应避免大面积平面形状位于最上面,导致气体无法排除.5.在开模的时候,刀的头部是走直线,到尾走曲线,使硅胶模的分模面形状不规则.这样可以合模时准确定位.经济型硅橡胶模制造的一种工艺方法由于硅橡胶材料很贵,尤其是生产大型的单件制品.为此,出现了通过与石膏混合制作硅橡胶模具的工艺方法.工艺过程如下:1.原型的制作:采用快速成型工艺制作以及后处理工艺2.安放原型:将原型固定在平板上,制作模框.3.在原型表面贴粘土和石膏背衬4.硅橡胶的浇注5.固化6.修理硅橡胶模具的应用主要生产一些浇注产品,能够缩短产品的制造时间