模具设计中的快速成型与制造技术分析

黄红端 赵敏

摘要：众所周知，产品的生产离不开模具，尤其是注塑、铸造、锻造和其他工艺。然而，模具开发、制造时间和成本往往是整个产品开发时间和成本的主要部分，需要时间和大量资金。与此同时，当前市场形势发生了巨大变化，客户需求越来越多样化，产品更新周期越来越短，生产从小品种、大批量转变为多品种、小批量，因此市场需要敦促制造商加快产品的研发周期。快速成型技术被认为是21世纪制造技术的一次重大突破，对制造业的影响可与数控技术相媲美。目前，越来越多的快速成型技术和机器投入到了实际应用中，其独特的制造原理和不可比拟的优越性缩短了制造商和客户需求距离，满足了市场变化的需要。应用领域也越来越广，如在模具制造、新产品的验证、艺术品制造与仿制、玩具业等。

关键词：模具设计；快速成型；制造技术；分析

中图分类号：TU28 文献标识码：A 文章编号：2095-3178（2018）20-0261-01

导言：

许多产品是用模具生产的，特别是铸造企业。然而，模具开发、生产时间和成本往往是整个产品开发时间和成本的主要部分，需要时间和大量资金。与此同时，当前市场形势发生了巨大变化，客户需求日益多样化，产品更新周期缩短。多品种、小批量生产的小品种、大市场需求，缩短了产品开发周期。目前，越来越多的快速成型技术和机器已投入使用，其独特的制造原理和优势，应用领域越来越广泛，如模具制造，新产品验证，艺术制作，模仿，玩具行业等。文章简单介绍了快速成型技术的主要原理，并且对于它的过程和方法进行了分析。

1 工艺的主要原理和过程

快速成型（RapidPrototyping，简称RP）是集计算机技术，机械工程等多种不同的工艺结合起来的一项新技术。近些年来，这项技术在国内外的发展十分迅速，并且已经成为了21世纪的后起之秀。RP技术抛弃了传统的加工材料“去除”加工方法，并采用新材料加工方法将复杂通过三维光刻工艺获得零件薄膜工具的半中空原型，然后将浆料悬挂在原型的外表面，获得具有一定厚度和粒度的陶瓷层，该陶瓷层紧密包裹在原型外部，然后放入高温炉中燃烧半中空原型。中空陶瓷外壳可用于精密铸造。铸造后获得的金属模具需要加工，以使其表面质量和尺寸精度满足要求。本发明的优点是用原型替换了原精密铸造中的蜡模，大大提高了铸造原型的精度，大大加快了制造速度。的三维加工简化为简单的二维组合。提出了基于形成原理的一种新的思维方式，即P从离散到积累的过程。

在快速成型过程中，由于系统直接由三维CAD模型驱动，所以构建了工件的三维CAD模型。使用直接建立的计算机辅助设计软件，可以将三维CAD模型转化为三维模型，或者通过激光扫描CT扫描产品实体以获得点云数据。然后使用ReVE方法构建3D模型。第二个是3D模型的近似值。由于产品通常具有一些不规则的自由表面，所以在处理之前应该以近似的方式处理模型以便于后续的数据处理。由于格式文件格式简单实用，已成为快速原型设计领域的标准接口文件。它用一系列小三角平面近似于原始模型。每个小三角形有三个顶点坐标和一个法线向量。三角形的大小可以根据精度要求选择。有二种编码和ASCn编码输出形式。二进制代码输出格式的空间远小于ASCN代码输出文件的空间，但可以读取和检查ASCn代码输出格式。典型的CAD软件具有转换和导出STL文件的功能。切片是一種3D模型。加工完成后，根据模型的加工特点，选择合适的加工方向，利用一定间隔的一系列平面切削近似模型提取成形高度方向上的轮廓信息。部分间隔通常是0.1毫米。最后，形成零件和后处理。根据截面轮廓，在计算机控制下对相应的形状头进行扫描，并根据工作台上的横截面轮廓信息逐层堆叠材料。然后与该层结合，最后GE原型。模制件的后处理是将模制件从模制系统中取出，然后研磨，抛光，涂覆或放入高温炉中进行烧结，并进一步增加强度。

2 基于快速成型技术的快速模具制造技术的研究

为了获得真实存在的产品，需要有快速的批量生产的能力，结合具体的原材料的不同，可以将磨具成型的方法产生的模具分为软质模具及硬直模具。

2.1 软质模具

之所以称之为软质模具就是由于使用性质比较柔软的的物质作为材料，例如橡胶、铝合金等，同传统意义上的钢铁材料有很大的不同，软模具的制造成本更低，并且生产周期较短，有充足的时间进行产品性能的测试及有效的开展试运行操作，能够快速可靠的投入到市场。在国防、航空产品的生产领域有较为广泛的应用，一般在小批量的制造生产中应用比较广泛。目前常用的软模具制造方法主要有硅胶浇铸法、电铸法、树脂浇铸法等。硅胶浇铸法已广泛用于生产一些具有良好柔韧性和弹性的产品。产品结构复杂，图案精美，因此受到高度关注。其次，树脂浇铸法、硅胶模的应用范围相对狭窄，如果进行大规模生产，有必要使用环氧树脂模快速成型系统，并且选择基体材料作为有机或无机复合材料的液态环氧树脂。金属喷涂法相比较其他的生产方法，工艺相对简单，并且周期不长，腔和表面纹理可以一次成型，具有很强的耐磨性能，在生产过程中有着高精密度；电铸制模法，利用该种方法制造的模具具有很强的精密度，所以适合于精密度高，形状不规则的图案的模具的制造。

2.2 硬质模具

软质模具适合于产品生产数量不多的生产，所以硬质模具还是必须要使用的模具，硬直模具加工方式有电火花加工法，熔模精密铸造法及陶瓷型精密铸造法等。电火花加工法将RPM作为原型，借助钢模具电火花加工，具有的制造流程是RPM作为原型，开展三维砂轮，最后是石墨电极；熔模精密铸造法，一般在大批量模具的生产中应用广泛，采用熔模生产工艺生产钢模，大部分RPM原型都可以作为母模精密铸造。陶瓷型精密铸造法，在生产单件或数量小的模具的时候可以使用陶瓷钢模铸造工艺。

2.3 快速成型模具制造技术的具体应用

2.3.1 在航天航空工业中的应用

快速成型技术在航空航天事业的发展中也有广泛的应用，例如火箭发动机壳体泵样机零部件的制造，借助快速成型技术制作完成的塑料产品为模板、将橡胶模具、凹槽固定在标准模具，等待12小时左右，当完全固化硅橡胶沿着预定的分模线划开，对砂型铸造，泵壳铸件合格件可以在两个月时间内完成生产，节约了生产时间以及生产成本。

2.3.2 在汽车工业中的应用

快速成型模具制造技术在汽车工业中得到广泛应用。薄材料、大尺寸和不规则形状是汽车工业盖的特点。由于该快速模具制造方法具有精度高、表面质量好、经济适用性强和模具尺寸有限的特点，在汽车覆盖件模具生产中具有巨大的应用潜力。当然，快速成型模具制造技术也广泛应用于发动机、气缸盖等部门的加工。

2.4 硅胶-陶瓷型橡胶模制模

其通过涂层转移获得精密陶瓷型，浇铸铸铝或黑色金属。快速精密铸造模具采用快速精密铸造的方式得到快速模具有许多方法。通过三维光刻工艺获得零件薄膜工具的半中空原型，然后将浆料悬挂在原型的外表面，获得具有一定厚度和粒度的陶瓷层，该陶瓷层紧密包裹在原型外部，然后放入高温炉中燃烧半中空原型。中空陶瓷外壳可用于精密铸造。铸造后获得的金属模具需要加工，以使其表面质量和尺寸精度满足要求。本发明的优点是用原型替换了原精密铸造中的蜡模，大大提高了铸造原型的精度，大大加快了制造速度。

3 结束语

通过以上探讨我们了解到在新产品开发中模具开发周期起到了严重影响作用，因此要想将新产品的开发成本降低，开发周期缩短，就必须将模具的成本有效控制并降低，因此就必须充分借助快速成型技术进行制模，并且在充分考虑模具原型材料的基础上，把电弧喷涂快速制模、硅胶-陶瓷型橡胶模制模及其树脂型复合模具制模手段进行合理的选择应用。

参考文献

[1]王爱阳.快速成型技术在塑料模具制造中的应用[J].塑料科技.2017（05）.

[2]闫玉蕾.快速成型技术在模具设计与制造中的应用[J].职教研究.2018（01）.

[3]成丽霞.反求与快速成型技术在模具制造中的应用[J].石河子科技.2017（05.

[4]孟婷婷，孔庆玲.熔融挤压快速成型技术在制造业中的应用[J].黑龙江科技信息.2017（23）.