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注塑模的快速原型製造RP

更新時間:2008-9-1 16:13:06 文章來源:互聯網 點擊:

傳統製造業的戰略是規模效益第一,二十世紀八十年代提出價格和質量第一,九十年代以來,已發展為市場響應第一。在製造業日趨國際化的狀況下,縮短產品開發周期和減少開發新產品投資風險,成為企業賴以生存的關鍵。近年來,製造業市場的製造戰略重點正在發生從成本與質量到時間與響應的重大轉移。快速將多樣化的產品推向市場是製造商把握市場先機而求生存的重要保障,快速響應製造已成為國際研究的熱點,應運而生的快速成形/快速製模/快速製造技術為企業提高競爭力提供了一種先進的手段。該技術是基於材料累加成形的一種高新製造技術,被認為是20世紀製造領域的一次革命性突破,可製造注塑模、壓鑄模、衝壓模等各類精密複雜模具,目前已廣範應用於汽車、航空航天、船舶、家電、工業設計、醫療、建築、工藝品製作以及兒童玩具等領域,並且隨著這一技術本身的不斷發展和完善,其應用範圍將不斷拓廣。

在汽車、家電製造業中,模具成形零件占到了製造工時的50%~70%。模具製造是製約我國汽車、家電、輕工等行業發展的瓶頸和關鍵,隨著快速成型軟硬件設備與快速成型材料的不斷發展和完善,快速原型件的強度和精度得到不斷的提高,快速成型技術已經逐漸地深入到快速模具製造領域,基於快速成型方法製造各類簡易經濟快速模具已成為RP&M應用的熱點問題。

 

一、模具快速製造

雖然快速成形技術問世時間不長,但由於它對製造業帶來的巨大效益使得這一技術的應用日益廣泛,特別是給模具的設計與製造帶來了一次飛躍。快速原型技術可精確製作模具的型心和型腔,也可直接用於注射過程製作塑料樣件,以便發現和糾正出現的錯誤。由於快速原型製造這一新技術的應用,使模具的設計與製造逐步趨向於數字化、快速化,使模具製造在縮短周期,降低成本的進程中,大大前進了一步。

快速製模技術大都是依據快速成型製作的實體模型即樣模(母模)采用拷貝方式(如金屬噴塗、電鍍、複合材料澆注、精鑄等)來快速製造模具主要工作零件(凸、凹模或模腔、模芯)的,其製造周期一般為傳統的數控切削方法的1/5~1/10,而成本卻僅為其1/3~1/5。

根據模具材料、生產成本、RP原型的材料、生產批量、模具的精度要求已開發出多種多樣的工藝方法。目前的快速製模方法大致有間接製模法和直接製模法,基於RP快速製造模具的方法多為間接製模法。依據材質不同,間接製模法生產出來的模具有軟模、橋模和硬模。軟模(soft tooling)通常指的是矽橡膠模具。用SLA、FDM、LOM或SLS等技術製作的原型,再翻成矽橡膠模具後,向模中灌注雙組份的聚氨酯,固化後即得到所需的零件。橋模(bridge tooling)通常指的是可直接進行注塑生產的環氧樹脂模具。采用環氧樹脂模具與傳統注塑模具相比,成本隻有傳統方法的幾分之一,生產周期也大大減少。模具壽命不及鋼模,但比矽膠模高,可達1000~5000件,可滿足中小批量生產的需要。硬模(hard tooling)通常指的就是鋼質模具,即用間接方式製造金屬模具和用快速成形直接加工金屬模具。 此篇文章來自中國熱點模具網

快速製模技術製模周期短、工藝簡單、易於推廣、製模成本低、精度和壽命能滿足某種特定的功能需要,綜合經濟效益良好,是一種快捷、方便、實用的模具製造技術,特別適用於新產品開發試製、工藝驗證和功能驗證以及多品種小批量生產。

企業間的競爭日益加劇,產品開發周期要求越來越短,為快速製模技術提供了發展機遇和發展空間。隨著工業化生產的發展,快速製模技術越來越受到產品開發商和模具界廣泛重視,對其研究正方興未艾,新的技術成果不斷湧現,呈現出生機勃勃的發展趨勢,有著強大的生命力。

二、注塑模快速製造技術—金屬噴塗製模法

1、金屬噴塗製模法簡介

金屬噴塗製模法是將快速原型與熱噴塗、快速凝固等方法相結合的間接製模法,其工藝是將熔融或半熔融的金屬顆粒噴射到通過SLA、SLS或LOM方法製造的原型上,生成金屬薄層,然後補強背襯並除去原型後得到模具產品。目前有兩種形式,即霧化噴射法(快速凝固工藝RSP)、噴塗法。當模具要求的壽命在3000件以下時,一般采用以RP原型作母模,將低熔點的熔化金屬(如鋅鋁合金)充分霧化後以一定的速度噴射到母模的表麵,形成模具型腔表麵,充填背襯複合材料,製作鋅鋁合金軟模具。

金屬噴塗製模法以樣模為標準,模具型腔尺寸、幾何精度完全取決於樣模,型腔表麵及其精細花紋一次同時形成,故製模速度快,製造周期短,模具壽命長,成本低,僅為數控法加工鋼模的1/3-1/5。模具表麵光潔度好,工藝簡單,設備要求低,比較適合於注射成型模、壓鑄模、板料壓延模的快速製造。

2、金屬噴塗製模法工序

金屬噴塗製模的工序大致可分為五個步驟:

(1) 模型準備

模型可由許多材料製成,包括塑料、石膏、橡膠、木材等。首先建立三維模型,然後對其進行分層切片,並由快速成型機製作出樣模。模型準備中最重要的是清理模型表麵和塗抹脫模劑。

(2) 金屬噴塗模型

脫模劑幹燥後,選擇最佳的噴塗參數,即可開始在模具上噴塗金屬,噴塗時應保證使噴槍連續運動,防止塗層過熱變形,塗層厚度一般可控製在2~3mm。

(3) 製作模具框架

如果模具在工作中要受到內壓力或模具必須安裝在成型機上工作,模具必須有骨架結構且製成的骨架應帶有填料。

(4) 澆注模具的填充材料

應使填充材料具有較高的熱導率和較低的凝固收縮率以及較高的抗壓強度和耐磨性能。一般選擇的填充材料為環氧樹脂與鋁粉、鋁顆粒等金屬粉末的混合物。 此篇文章來自中國熱點模具網

(5) 脫模及模具型腔表麵拋光處理

脫模後要把殘留在金屬塗層表麵的脫模劑清洗幹淨,然後再根據不同的需要,對模具進行拋光等後期製作。

(6) 組裝試模

3、噴塗設備與噴塗材料

金屬電弧噴塗工作係統一般由噴塗電源、送絲機構、噴槍和壓縮氣體等係統組成。XDP-5型電弧噴塗設備工作穩定可靠,使用維護方便,能勝任繁重的噴塗工作,其基本參數為:

電源電壓:380V
額定輸入容量:12KVA
額定電流:300A
壓縮空氣使用壓力:0.6Mpa
壓縮空氣消耗量:1.6~2m3/min
送絲速度:0~4.8 m/min

用於電弧噴塗製模的材料,在滿足低熔點、低收縮率的情況下,應盡可能具有較好的力學性能和較致密的塗層組織。目前市場提供的電弧噴塗用絲材有鋁、鋅、銅、鎳、不鏽鋼、鋁青銅、巴氏合金、複合絲等許多品種。但高熔點金屬,如鋼、鎳、銅等在噴塗時塗層收縮率、熱應力、孔隙率都比較大,塗層易開裂、翹曲、剝落,所以目前隻有低熔點的鋅、鋁絲材適合用於模具製造。

三、金屬噴塗快速製造注塑模技術的應用範例與發展

金屬噴塗方法製造的模具特別適於生產反應注塑成型工藝中的聚氨酯零部件的生產,廣泛用於塑料加工中的反應注塑成型、吹塑成型、結構發泡以及其它一些注塑成型等工藝中,如汽車製造中可以用來生產駕駛盤、汽車儀表盤、座墊、頭部靠墊、阻流板、汽車內飾頂蓬等,在輕工業中則可以用來製造聚氨酯鞋底等,金屬噴塗快速模具較矽橡膠快速模具的壽命要長,可以應用在注塑機上進行小批量的製品生產。在應用注塑工藝時應考慮到低熔點合金金屬噴塗型腔的性能以及模具的壽命極限。為防止模具過早損壞,注射壓力不宜過高,但也必須保證製品能夠成形的最小注射壓力,否則會產生注不滿的現象。其他具體的注射工藝參數見表1。

 

金屬噴塗注塑模具的成功應用範例:

1. 花盆底座注塑模具

如果用傳統的電火花加工的方法,其成本約在4000~5000元之間,製作時間約在一個月左右,而用電弧噴塗快速製模方法來製作,其費用約為1100元左右,工時為60h左右。這也正是電弧噴塗快速模具製造得到廣泛重視的原因之一。

花盆底座注塑模具製作加工工序:機加工噴塗用底板→凹模型腔殼體噴塗前準備→噴塗凹模金屬殼體→環氧樹脂和鋁粉配置與填充→環氧樹脂固化→噴塗母模表麵清理→噴塗凸模金屬殼體→環氧樹脂和鋁粉配置與填充→環氧樹脂固化→凸、凹模分離與模具表麵清理→機加工模具零件→組裝試模。

2. 滴灌用滴頭快速模具

國家節水灌溉中心的滴灌用滴頭快速模具是通過製作滴頭RP模型,采用金屬噴塗製模法製造鋅鋁合金軟模具,注射成型1000件滴頭產品,用於農業節水灌溉試驗。國家節水灌溉中心以RP&M原型作母模來翻製滴灌用滴頭模具,發揮了快速成型製造技術的優越性,快速地實現了新產品的試製,含RP原型,製作生產周期為僅為2周。

3、愛達荷注塑模具

美國愛達荷國家工程與環境試驗中心采用快速凝固工藝即RSP技術實現了注塑模具的快速經濟製造。該方法采用快速原型技術製作的樣件作為母體樣板,通過噴塗到母體樣板的金屬或合金熔滴的沉積製造模具。 此篇文章來自中國熱點模具網

工藝過程為:熔融的工具鋼或其它合金被壓入噴嘴,與高速流動的隋性氣體相遇而形成直徑約0.05mm的霧狀熔滴,噴向並沉積到母體樣板上,複製出母樣的表麵結構形狀,借助脫模劑使沉積形成的鋼製模具與母樣分離,即可快速製出所需模具。

最近,西安交通大學機械工程學院先進製造技術研究所成功采用“電弧噴塗和電刷鍍一體化模具製造技術” 進行轎車新車型開發中大型衝壓模具快速製造,該技術集成了快速原型、電弧噴塗和電刷鍍等技術,采用電弧噴塗工藝在模具母模表麵快速沉積一層致密的低熔點金屬薄殼,從而製作出模具的型腔;在填充適當的背襯材料並脫模後,利用電刷鍍技術在模具工作表麵刷鍍強化塗層,進而完成模具的快速製造。

利用該技術與設備,結合快速原型製造技術和高速數控加工技術,可以低成本高效率地進行大型、精密、複雜以及長壽命模具的快速製造。

采用電弧噴塗和電刷鍍一體化模具製造技術製造覆蓋件模具,成本隻有傳統機械加工鋼模具的1/10,製造周期為後者的1/4~1/5,經濟效益十分可觀,非常適合於新車型開發中的樣車試製和小批量生產。該技術也可以用於注塑模具快速製造。




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