快速模具制造技術(shù)的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢

李東衛(wèi) 董玉杰

【摘 要】國家社會經(jīng)濟的不斷進步與發(fā)展，極大地促進了快速模具制造技術(shù)的飛躍，研究其相關(guān)課題，對于提升整體制造效果具有極為關(guān)鍵的意義。本文概述了相關(guān)內(nèi)容，分析了快速制模技術(shù)的發(fā)展，探討了快速模具技術(shù)的最新進展，望對相關(guān)工作的開展有所裨益。

【關(guān)鍵詞】快速模具制造；現(xiàn)狀；趨勢

【中圖分類號】TG241 【文獻標識碼】A

【文章編號】2095-3089（2019）08-0276-01

一、前言

隨著快速模具制造技術(shù)應用條件的不斷變化，對其相關(guān)措施與方法提出了新的要求，因此有必要對其相關(guān)課題展開深入研究與探討，以期用以指導相關(guān)工作的開展與實踐。基于此，本文從概述相關(guān)內(nèi)容著手本課題的研究。

二、概述

我國作為一個密集的人口大國，在國際的經(jīng)濟市場中往往處于一個制造行業(yè)為主導地位的制造大國。因此，自我國加入國際貿(mào)易組織以來，以中國制造的相關(guān)產(chǎn)品帶動的產(chǎn)業(yè)便不斷地在世界范圍中擴大。隨著我國國民經(jīng)濟水平的不斷提高、人們的生活水平與勞動需求也不斷提升。在這樣的社會背景下，制造行業(yè)以原有勞動成本低，單體效益低下的弊端正在被我國的第三服務產(chǎn)業(yè)逐漸替代，在這樣的市場行情下，制造行業(yè)面臨這全面改革創(chuàng)新的行業(yè)態(tài)勢。快速模具制造技術(shù)作為制造行業(yè)對制造效率起到主導作用核心技術(shù)之一，在當下的市場態(tài)勢中成為改革與創(chuàng)新的頭號對象。

三、快速制模技術(shù)的發(fā)展簡況

隨著多品種和小批量時代的逐步到來以及公司對模具的要求，確保新產(chǎn)品迅速占領(lǐng)市場，快速經(jīng)濟的模具的發(fā)展越來越受到關(guān)注，如使用環(huán)氧聚酯或者與金屬，陶瓷，玻璃等混合。由材料制成的快速軟模具可用于數(shù)百次注塑和汽車覆蓋試驗。其主要特點是制造工藝簡單，生產(chǎn)周期短，價格低廉。然而，由于材料的低導熱性和機械性能，這種模具難以用于快速批次注射成型和金屬拉伸成型。由水泥和陶瓷制成的車罩模具還有待進一步改進。相比之下，由于金屬材料的優(yōu)異綜合性能，低成本和快速制造金屬模具已成為RPM技術(shù)的目標。在經(jīng)歷了模型和零件試制以及快速軟模制造階段之后，世界先進工業(yè)化國家的RPM技術(shù)正朝著快速硬模或金屬模具制造（RMT）的方向發(fā)展。RMT已成為國際RPM技術(shù)研發(fā)的熱點。

四、快速模具技術(shù)的最新發(fā)展

1.噴涂模具。

噴模包括金屬冷噴模和等離子噴涂（噴涂）模具。金屬冷噴模具采用TAFA公司的噴涂設(shè)備，用噴槍在RP原型表面噴涂金屬外殼，厚度可達2mm甚至更厚，然后是鋁顆粒和樹脂混合材料用作背襯材料。埋設(shè)冷卻管道，涂層和背襯材料。

轉(zhuǎn)移粘合劑并移除RP原型以制造模具。噴涂表面的表面復制性非常好，尺寸精度高，并且可以拋光以改善表面粗糙度。使用等離子噴涂（噴涂）技術(shù)，可以獲得高熔點金屬涂層（例如不銹鋼涂層）。所得到的模具具有高表面硬度，良好的表面質(zhì)量，經(jīng)濟耐用性，制造簡單，并且比金屬冷卻具有更長的使用壽命。

2.中低熔點合金模具。

鋅基合金是典型的中熔點合金，Bi-Sn合金是典型的低熔點合金。鑄造中低熔點合金模具采用RP原型作為主模，將RP原型轉(zhuǎn)變?yōu)楣枘z模具，然后從硅膠模具轉(zhuǎn)動石膏模具，鋅基合金模具通過石膏模具獲得。對于不同的汽車車身板，可以使用不同的RT工藝（如LOM工藝），結(jié)合中低熔點合金的快速成型技術(shù)，使其更適合大型零件的拉拔和法蘭成型。清華大學開發(fā)的新技術(shù)采用非烘烤精密陶瓷技術(shù)完成LOM原型到陶瓷類的轉(zhuǎn)換，然后通過精密鑄造低熔點合金（Bi-Sn合金）獲得金屬模具。Bi-Sn合金的熔點為138℃，可以調(diào)節(jié)Bi與Sn的比例以控制凝固過程中的收縮量或輕微增加，因此殘余應力不會引起變形，并且精度高可以得到保證。工藝路線是：LOM原型是根據(jù)CAD模型制造的，并且它被轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂凶銐虺叽缇鹊奶沾深愋汀Ｔ趯μ沾深愋瓦M行特殊處理之后，在約140℃的溫度下鑄造Bi-Sn低熔點合金汽車覆蓋件。拉伸模具。該拉絲模可以制造100至300件汽車覆蓋件，完全可以滿足汽車原型的需求。當模具的精度喪失時，可以重新熔化材料以制造新的拉絲模，從而大大降低模具制造的成本。

3.沉積技術(shù)制造的模具。

美國國家工程與環(huán)境實驗室（INEEL）開發(fā)的RSP（快速凝固過程）快速成型技術(shù)的原理是使用普通工具合金（如P20，H13和D2工具鋼或其他合金）粉末，通過沉積技術(shù)。在RP原型的表面上形成足夠厚度的沉積層。在增壓作用下，熔融金屬液體進入噴嘴，在高速氣體的作用下，金屬顆粒甚至可以通過原子增強沉積在表面，這可以復制表面極其精細的特征。RP原型。表面粗糙度可達3μm，沉積速率為227kg/h。適用于該方法的材料不僅包括金屬，還包括各種材料，如陶瓷和聚合物。

4.電鑄模。

電鑄是一種快速模具技術(shù)，它將快速原型設(shè)計與傳統(tǒng)電鑄技術(shù)相結(jié)合。基本工藝如下：首先，對RP原型的表面進行必要的處理，如研磨，拋光，涂層導電層等；然后，將其置于電鑄槽中，在室溫下通過電鑄獲得金屬殼層，得到殼層的內(nèi)表面。RP原型的外表面被精確復制；通過中高溫燒結(jié)去除金屬殼中的原型；最后，在模框和金屬殼的外側(cè)之間澆鑄低熔點合金或鋁粉-樹脂混合材料背襯以獲得電力成型。

五、展望

工具和模具的市場規(guī)模已達到650億美元。這個市場對模具的要求是全面的，例如精度，材料，壽命，尺寸，形狀復雜性和速度。由于市場全球化以及競爭的加劇，模具市場對于每一種模具技術(shù)最首要的、帶有先決性的要求是其快速性。鑒于模具技術(shù)在制造業(yè)中所處的關(guān)鍵地位，快速制模尤其是快速制造金屬模具技術(shù)的開發(fā)研究受到高度關(guān)注，概括該技術(shù)面臨的關(guān)鍵問題和發(fā)展趨勢有以下幾個特點：

（1）快速軟模及陶瓷等模具的使用范圍受到限制，壓鑄、注塑、沖壓等主導模具的金屬模具快速制造是RPM技術(shù)努力的目標。

（2）結(jié)合快速成型，鑄造，噴涂等各種原型的間接方法優(yōu)于直接法。然而，由于工藝的增加以及材料特性和制造環(huán)境的影響，精確控制是困難的。開發(fā)具有良好尺寸穩(wěn)定性，減少成型工藝，實現(xiàn)工作環(huán)境穩(wěn)定性的模具材料是提高間接成型成型精度的關(guān)鍵。

（3）基于堆疊成形原理的直接成型方法難以滿足高精度，高表面質(zhì)量耐久模具制造在表面和尺寸精度，綜合機械性能等方面的要求，并且成本高且有限。尺寸規(guī)格。與低成本的堆疊和去除成形技術(shù)相結(jié)合，適用于精細加工和多材料成形將是提高直接成型的實用性，材料適應性和表面精度的有效方法。

六、結(jié)束語

通過對快速模具制造技術(shù)現(xiàn)狀及趨勢的研究，我們可以發(fā)現(xiàn)，該項工作理想效果的取得，有賴于對其多項影響因素與關(guān)鍵環(huán)節(jié)的充分掌控，有關(guān)人員應該從客觀實際出發(fā)，充分利用既有優(yōu)勢資源與條件，研究制定最為符合實際的實施方案。

參考文獻

[1]趙勇龍.快速成型技術(shù)在模具制造中的應用分析[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2016（21）：88-89.