模具的快速成型与快速制模技术介绍

第6章 模具的快速成型及快速制模技术 6.1快速成型制造技术的基本原理与特点快速成型制造技术的基本原理与特点快速成型制造技术的概念快速成型制造技术的概念快速成型制造技术（Rapid Prototyping&Manufacturing，RPM）快速成型（RP）一般来讲多属于堆积成形，通过离散的区域得到堆积的约束、路径及方法，通过材料叠加堆积而形成三维实体模型 快速成型制造技术可实现低成本、高生产率和短周期的生产特点。从设计和工艺的角度出发可以设计形状复杂的零件，无需受时间、成本、可制造性方面的限制 快速成型制造技术的优势快速成型制造技术的优势：快速成型的特点快速成型的特点解决常规机械加工或手工无法解决的问题。快速成型制造技术是多学科、技术的交叉产物，融合了机械工程、材料科学、计算机技术、数控、光学技术等前沿技术 快速成型分类（材料分离状态）快速成型分类（材料分离状态）材料去除成形 材料堆积成形 实体CAD模型Z向分离（分层）层面信息处理层面制造与连接层面全部完成后处理是否快速成形原理图 快速成型的应用特点快速成型的应用特点用于新产品开发；产品的加工不用刀具；应用快速制造模具；不需要前期投入专门工装；在逆向工程（Reverse Engineering）中有着广泛的应用；设计铸造焊接锻压模具加 毛坯 材料分离成形粗加工半精工精加工工件材料堆积成形设计工件样件模具传统加工与快速成形对比快速成型的加工特点快速成型的加工特点效率高；自动化高；非接触；产品形状任意；常用的软件及文件接口：常用的软件及文件接口：只要有三维实体或曲面造型功能的软件基本上都能满足如：UG、PRO/E、CATIA、MDT等格式要求有通用性如：IGES（IGS）、STEP、STL等6.2快速成形加工的方法快速成形加工的方法光固化立体成形（光固化立体成形（Stereo Lithography ApparatusSLA）1-激光发生器；2-成形零件；3-光敏树脂；4-液体面；5-刮平器；6-升降台光固化立体成形工艺原理成型原理：光照成型材料：光敏树脂截层厚度：0.040.07mm可控精度：0.1mm优缺点：表面质量好，精度较高；应用 小件；需要支撑结构；材料有污染叠层实体制造（叠层实体制造（Laminated Object Manufacturing LOM）1-收纸辊；2-升降工作台；3-加工平面；4-定位装置（切割头）；5-激光器；6热压辊；7-计算机；8-箔材带；9-展开辊叠层实体制造 LOM法原理图 原理：激光切割材料：金属箔、纸；截层厚度：0.070.15mm精度：与切割材质有关优缺点：适合大中型制件；成型速度快；精度不高；材料浪费；废料清理困难选择性激光烧结（选择性激光烧结（Selected Laser SinteringSLS）原理：激光烧结材料：陶瓷、金属粉等等；截层厚度：0.10.2mm优缺点：材料使用广；适合中小型制件；成型效率不高；后处理复杂选择性激光烧结原理图 熔融沉积成形（熔融沉积成形（Fused Deposition ModelingFDM）原理：激光热熔材料：塑料丝截层厚度：0.0250.76mm成型精度：低优缺点：成型速度慢、适合小塑料件、费用低、变形小熔融沉积成形原理图 快速制模具制造技术的概念和作用快速制模具制造技术的概念和作用 快速成型技术在模具制造中的应用称为快速模具制造技术。同传统的模具制造工艺方法比，它的制造时间为传统工艺的1/31/10，而成本大概只有1/31/5，对于模具试制，市场开发有着重要的意义。6.3快速成形技术在模具制造中的应快速成形技术在模具制造中的应用用快速制模技术的分类及应用快速制模技术的分类及应用 快速制模技术可以分为直接制模和间接制模，主要应用于塑料模和金属铸造模的制造 快速制模技术的分类应用图示直接快速制模技术的工艺方法直接快速制模技术的工艺方法1）利用快速成型技术直接将CAD 模型加工成有一定机械性能 要求的非金属原型（产品）;2)通过RP技术将含有粘接剂的金属粉、金属悬浮液、带有金 属离子的塑料丝成形为半成品，再经过粘接剂的去除、渗金 属等后续工艺制造模具;3)直接以RP技术生产金属模具;直接快速制造金属模具的工艺流程直接快速制造金属模具的工艺流程 准备模具的三维CAD数据模型 激光快速成形 逐层铺粉 去粉 去粘接剂 烧结 冷却 直接快速制造金属模具的工艺流程 常用的间接制模技术常用的间接制模技术 金属喷涂法:工艺简单，周期短，模具寿命 硅橡胶模法:用作试制和小批量生产用注塑模，其寿命短 熔模精铸(失蜡铸造):制件表面光洁用于精密铸造 石膏型精铸型腔:铸型有很好的复印性和较好的表面质量以及高的尺寸精度，适合于小批量零件、复杂形状零件的整体成形制造 间接制模技术制造环氧树脂模具间接制模技术制造环氧树脂模具 1）根据实体构建三维实体数字化模型，模框；2）模型的表面处理（打磨）；3）选择设计分型面，保证制件能顺利脱模；4）分型面剂原型面涂抹脱模剂；5）刷胶衣树脂；6）浇铸凸、凹模；7）固化，取出原型后修模。6.4 电铸模具电铸模具6.4.1 电铸工艺的原理电铸工艺的原理 1-加热器；2-电铸槽；3-阳极；4-电铸槽；5-蒸馏水瓶；6-直流电源；7-玻璃管；8-母模；9-搅拌器；10-温度计；11-温度控制器图6.4.1电铸成形原理 电铸原理与电镀的原理相同几种常用的电铸工艺方法几种常用的电铸工艺方法 1）电铸镍 优点：表面质量好，成形的机械强度和硬度较高；缺点：制造周期长，成本高。2）电铸铜 优点：导电性好、操作方便，成本低；缺点：机械强度和耐磨性差，不耐酸，易氧化。3）电镀铁 优点：成本低；缺点：易腐蚀，质地松软。6.4.2 电铸成形的工艺特点电铸成形的工艺特点1）由于与电镀的的原理相当，因此该工艺的金属沉积的速度 较慢，制造周期相应也会较长；2）电铸层厚度较薄，而且易产生不均匀，因而变形会比较显 著；3）电铸件与母模的误差很小，表面粗糙度相当；4）可以将难以常规加工的内腔转化为电铸母模的外形加工，降低了加工难度；5）由电铸获得的型腔可满足使用要求，一般不需要再修整；6）可用制品来制母模，也可用电铸方法复制已有的模具型腔，降低了加工的复杂程度，减少了工序，提高效率