模具设计与制造论文_快速模具技术论文

　　模具是工业生产上用以注塑、吹塑、挤出、压铸或锻压成型、冶炼、冲压等方法得到所需产品的各种模子和工具。 下面是小编为大家精心推荐的快速模具技术论文，希望能够对您有所帮助。

　　快速模具技术论文篇一

　　基于快速成形模具制造技术的研究

　　摘要： 快速成形制造技术是由CAD模型直接驱动的快速制造复杂形状三维实体的技术。它能自动、快速、准确地将设计思想物化为具有一定功能原型或直接制造出零件(包括模具)的技术，是制造技术的一次新的变革。当前，快速成形制造技术核心是基于数字化的新型的成形技术，因此，它在要求周期短、效率高、精度高的模具制造中应用较为广泛，对传统模具的加工具有很好的促进作用。

　　关键词： 快速成形 模具制造 CAD/CAM 快速模具制造

　　随着全球市场一体化的形成，制造业的竞争十分激烈，产品的开发速度日益成为市场竞争的主要矛盾。在这种情况下，自主快速产品开发(快速设计和快速工模具制造)的能力(成本和周期)，成为制造业全球竞争的实力基础。同时，制造业为满足日益个性化的市场需求，又要求制造技术有较强的灵活性，能够在不增加产品的成本的前提下，以小批量甚至单件组织生产。因此，产品开发的速度和制造技术的柔性就变得十分关键了。正是在这种社会背景下，快速成形制造技术(RPM-Rapid Prototyping Manufacturing)于20世纪80年代后期产生于美国，并迅速扩展到欧洲及日本，被认为是近年来制造技术领域的一项重大突破。

　　1.概述

　　1.1快速成形制造技术的产生与发展。

　　快速成形(Rapid Prototyping，RP)技术作为一种先进制造技术，是用材料逐层或逐点堆积出零件的一种快速制造方法，又称为快速出样件技术或快速原型法。它与虚拟制造技术(Virtual Manufacturing)一起，被称为未来制造业的两大支柱技术。快速成形技术对缩短新产品开发周期、降低开发费用具有极其重要的意义，有人称快速成形技术是继NC技术后制造业的又一次革命。RP技术现今迅速地向快速成形制造(Rapid Prototyping Manufacturing，RPM)方向发展。

　　快速成形技术作为一门多学科交叉的专业技术，其本身的发展也将推动相关技术、产业的发展。目前，比较成熟的制造工艺有数十种。典型的有SLA立体光刻、LOM分层实体制造、SLS选区激光烧结、FDM熔融沉积制造和3DP三维印刷等。快速成形制造技术是采用分层的思想来制作三维物体，根据构成物体的方式不同，有以下几种成形方式：添加成形、去除成形、受迫成形。

　　1.2快速成形制造技术的基本原理与特点。

　　1.2.1 RPM的基本原理

　　RPM技术是综合CAD技术、数控技术、材料科学、机械工程、电子技术和激光技术等于一体的技术，是实现从零件设计到三维实体成形制造的一体化系统技术，采用软件离散-材料堆积的原理实现零件的成形过程，其原理如图1所示。

　　RPM是由CAD模型直接驱动的快速制造复杂形状三维物理实体的技术总称，即利用三维CAD的数据，通过快速成形机，将一层层的材料堆积成实体原型。在计算机控制下，基于离散/堆积原理采用不同方法堆积材料，最终完成零件的成形与制造的技术。从成形角度看，零件可视为逐点、线、面的叠加而成，从CAD模型中离散得到点、线、面的几何信息，再与快速成形的工艺参数信息结合，控制材料有规律地、精确地由点、线到面，由面到体地逐步堆积成零件。从制造角度看，它根据CAD造型生成零件三维几何信息，控制三维的自动化成形设备，通过激光束或其他方法将材料逐层堆积而形成成形或零件，其工艺流程如图2所示。

　　1.2.2 RPM的特点

　　RPM技术的特点主要有：高速柔性化，技术高度集成化，产品开发快速化，设计制造一体化，制造自由成形化，材料使用广泛性。

　　1.3快速成形制造技术的分类与工艺方法。

　　1.3.1 RPM的分类

　　RPM技术在“分层制造”思想基础上，根据分类的方法通常可分为按采用的原材料进行分类和按制造工艺原理进行分类。

　　1.3.1.1按成形所采用的原材料分类

　　①液体的光、热聚合与固化。液体聚合物的特性使其在激光、紫外光或其他热源的照射线能迅速从液态转为固态。采用这种方式的快速成形制造技术有立体印刷、全息干涉固化、光催化固化与光刻、激光束相干固化、热聚合等。

　　②固态膜、片材的熔化。采用固体的膜或片材，用粘结剂或其他方法将切割下来的材料粘结而成形。常用的工艺方法有层合实体制造、膜聚合等。

　　③固体粉末的烧结与粘结。通过激光烧结或用粘结剂粘结将固体粉末联接起来，未被照射的区域仍是粉末。采用这种制造工艺的有选择性激光烧结、三维喷涂粘结等。

　　④固态丝、线材的熔化。采用固态的线材或丝材，通过加热使其熔化成半流动状，同时喷头按要求的轨迹运动，将材料沉积下来，堆积成所需的形状，冷却后凝固成固体而成形。常见的工艺方法有熔融沉积造型、焊接成形等。

　　1.3.1.2按制造工艺原理分类

　　①层合实体造型(LOM)。LOM工艺采用薄片材料，用激光束在刚粘结的新层上切割出零件截面轮廓。

　　②立体光刻(SLA)。SLA工艺是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作的。

　　③选择性激光烧结(SLS)。SLS工艺是采用粉末状材料成形的。

　　④三维喷涂粘结(3DPG)。3DPG工艺采用粉末材料成形。其原理类似于喷墨打印机，因此又称3D印刷。

　　⑤熔融沉积造型(FDM)。FDM工艺一般采用热塑性材料。

　　1.3.2 RPM的工艺方法

　　1.3.2.1纸层叠法――薄形材料选择性切割(LOM法)

　　计算机控制的CO2激光束按三维实体模型每个截面轮廓线对薄形材料(如底面涂胶的卷状纸、或正在研制的金属薄形材料等)进行切割，逐步得到各个轮廓，并将其粘结形成快速原型。用此法可以制作铸造母模或用于“失纸精密铸造”。

　　1.3.2.2激光立体制模法――液态光敏树脂选择性固化(SLA法)

　　液槽盛满液态光敏树脂，它在计算机控制的激光束(按照三维模型每个截面的轮廓线)照射下会很快固化形成一层轮廓，新固化的一层牢固地粘结在前一层上，如此重复直至成形完毕，即形成快速原型。而新推出的光照成形机(如3D Systems公司出产的SLA-300成形机)采用了Zephyr再涂层技术，最上面待成形树脂用真空吸附式刮板结构涂布供给，不需要沉入液态树脂中，提高了速度，在制作的原型中不再有液态树脂。用来制作塑料模、在熔模精密铸造中替代蜡模。

　　1.3.2.3烧结法――粉末材料选择性激光烧结(SLS法)

　　粉末材料可以是塑料、蜡、陶瓷、金属或它们复合物的粉体、覆膜砂等。粉末材料薄薄地铺一层在工作台上，按截面轮廓的信息，CO2激光束扫过之处，粉末烧结成一定厚度的实体片层，逐层扫描烧结最终形成快速原型。用此法可以直接制作精铸蜡模、实型铸造用消失模、用陶瓷制作铸造型壳和型芯、用覆膜砂制作铸型及铸造用母模等。

　　2.快速模具制造技术(RT，Rapid Tooling)

　　目前，快速成形制造技术在模具制造方面的应用可分为RP成形间接制模(Indirect Rapid Tooling，IRT)和RP成形直接制模(Direct Rapid Tooling，DRT)，主要用于制造注塑类模具、冲压类模具和铸造类模具等。通过将精密铸造、中间软模过渡法以及金属喷涂、电火花加工、研磨等先进模具制造技术与快速成形制造相结合，就可以快速地制造出各种金属型模具来。如图3所示为各种基于快速成形的RT工艺路线。

　　2.1直接制模技术DRT。

　　较好地解决模具加工成本高、周期长的方法就是采用快速成形直接制造模具。直接制模技术DRT是指利用RP技术直接制造出最终的零件或模具，然后对其进行一些必要的后处理即可达到所要求的力学性能、尺寸精度和表面质量。直接制模具有制造周期短、节省资源、发挥材料性能、提高精度、降低成本的特点。但它在模具精度和性能控制等方面比较困难，特殊的后处理设备与工艺使成形尺寸受到较大的限制。

　　2.2间接制模技术IRT。

　　间接指模技术IRT是指利用RPM技术首先制造模芯，然后用此模芯复制软质模具，或制作金属硬模具，或者制作加工硬模具的工具。它通常以非金属型为主，大多数情况下，非金属成形无法直接作为模具使用，需要以RP成形作母模，通过各种工艺转换来制造金属模具。相对于直接制模来说，间接制模技术比较成熟。目前，制造业多数采用金属模具间接制造工艺。

　　3.基于RPM的快速模具制造方法

　　3.1用快速成形件作母模，复制软模具(Soft tooling)。

　　用快速成形件作母模，可浇注蜡、硅橡胶、环氧树脂、聚氨脂等软材料，构成软模具，或先浇注硅橡胶、环氧树脂模(即蜡模的压型)，再浇注蜡模。其中，蜡模可用于熔模铸造，而硅橡胶模、环氧树脂模等可用作试制用注塑模或低熔点合金铸造模。

　　3.2用快速成形件作母模，复制硬模具(Iron tooling)。

　　用快速成形件作母模，或根据其复制的软模具，可浇注(或涂覆)石膏、陶瓷、金属基合成材料、金属，构成硬模具(如各种铸造模、注塑模、蜡模的压型、拉伸模)，从而批量生产塑料件或金属件。这种模具有良好的机械加工性能，可进行局部切削加工，以便获得更高的精度，或镶入嵌块、冷却系统、浇注系统等。用金属基合成材料浇注成的蜡模的压型，其模具寿命可达1000―10000件。

　　3.3用快速成形系统制作电脉冲机床用电极。

　　用快速成型件作母体，通过喷镀或涂覆金属、粉末冶金、精密铸造、浇注石墨粉或特殊研磨，可制作金属电极或石墨电极。

　　4.结语

　　快速成形制造技术及其为基础的快速制造技术在企业新产品开发中起着重要作用。它可以极大缩短新产品的开发周期，降低开发阶段的成本，避免开发风险。它开创了模具快速制造的新时代，发展前景广阔。

　　参考文献：

　　[1]陈子银.模具数控加工技术.北京：人民邮电出版社，2006.

　　[2]朱晓春.先进制造技术.北京：机械工业出版社，2004.

　　[3]王隆太.先进制造技术.北京：机械工业出版社，2003.

　　[4]李奇，朱江峰，江莹.模具构造与制造.北京：清华大学出版社，2004.

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