塑料模具的快速制造技術(shù)

【摘 要】塑料模具快速制造技術(shù)的水平高低直接關(guān)系到塑料制品生產(chǎn)的效率，進(jìn)而對生產(chǎn)商的盈利能力產(chǎn)生影響。本文在此背景下，著重探討了塑料模具的快速制造技術(shù)的發(fā)展脈絡(luò)，并考察了當(dāng)前較為先進(jìn)的快速制造技術(shù)的具體方法。

【關(guān)鍵詞】塑料模具；快速制造技術(shù)；注塑

快速制造技術(shù)是塑料模具生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，它直接關(guān)系到了塑料制品的生產(chǎn)效率。因此關(guān)注塑料模具快速制造技術(shù)十分有必要。筆者將就這一問題，對快速制造技術(shù)的生成和發(fā)展進(jìn)行梳理。

一、快速模具制造技術(shù)

應(yīng)用快速成型方法快速制作工具或模具的技術(shù)一般稱為快速工/模具制造技術(shù)，目前它已成為快速成型技術(shù)的一個新的研究“熱點(diǎn)”。由于傳統(tǒng)模具制作過程復(fù)雜、耗時長、費(fèi)用高，往往成為設(shè)計(jì)和制造生產(chǎn)的“瓶頸”，因此應(yīng)用快速成型技術(shù)快速制造經(jīng)濟(jì)模具成為模具制造技術(shù)發(fā)展的主要推動力之一。將快速原型制造技術(shù)直接或間接用于模具制造的過程是：首先通過立體光固化、疊層制造實(shí)體、激光選區(qū)燒結(jié)、三維打印、熔融沉積成型等不同方法得到制件原型，然后通過一些傳統(tǒng)的快速制模方法如精密鑄造、粉末冶金、電鑄和熔射（熱噴涂）等來獲得長壽命的金屬模具或低壽命的非金屬模具。這種方法制造模具有技術(shù)先進(jìn)、成本較低、設(shè)計(jì)制造周期短、精度適中等特點(diǎn)，從模具的概念設(shè)計(jì)到制造完成，僅為傳統(tǒng)加工方法所需時間的1/3和成本的1/4左右。因此，快速制模技術(shù)與快速原型制造技術(shù)的結(jié)合，將是傳統(tǒng)快速制模技術(shù)進(jìn)一步深入發(fā)展的方向。用快速原型制造技術(shù)制造出原型后，或用實(shí)物或使用旋轉(zhuǎn)鑄造（用熱硬化橡膠做模具）可快速、低成本地制造小批量產(chǎn)品，發(fā)展前景很好。

二、快速模具制造方法分類及特點(diǎn)

快速成型（RP）技術(shù)是上世紀(jì)90年代發(fā)展起來的一項(xiàng)先進(jìn)制造技術(shù)，主要為新產(chǎn)品開發(fā)服務(wù)，對促進(jìn)企業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新?？s短新產(chǎn)品開發(fā)周期，提高產(chǎn)品競爭力有積極的推動作用。但是。快速成型由于受使用材料限制，并不能夠完全替代最終產(chǎn)品，就出現(xiàn)了利用快速成型制作母模再翻制模具的快速模具制造技術(shù)RT?？焖倌＞呒翱焖購?fù)制技術(shù)融合了高分子材料應(yīng)用、快速成型技術(shù)、快速翻制工藝以及CNC加工等新技術(shù)、新工藝，可快速、低成本地制造模具?，F(xiàn)以導(dǎo)流罩硅膠模制造及零件復(fù)制為例介紹快速硅膠軟模具及零件復(fù)制工藝過程。

基于RP的快速模具制造方法依據(jù)材料不同，分為軟質(zhì)模具（soft tooling）和硬質(zhì)模具（hard tooling）兩大類。軟質(zhì)模具因其所使用的軟質(zhì)材料（如硅橡膠、環(huán)氧樹脂等）有別于傳統(tǒng)的鋼材而得名。目前常見的軟質(zhì)模具制造方法主要有硅橡膠澆注法、金屬噴涂法、樹脂澆注法等，對于大批量產(chǎn)品，仍需要制造傳統(tǒng)的鋼質(zhì)模具。硬質(zhì)模具指的就是鋼質(zhì)模具，利用RP原型制作鋼質(zhì)模具的主要方法有熔模鑄造法、電火花加工法、陶瓷型精密鑄造法等。硅膠軟模具采用快速翻制工藝制作，周期短，成本低，可以采用真空注型、壓力注型及低壓灌注等工藝進(jìn)行產(chǎn)品復(fù)制。由于快速成型價格較貴，為滿足快速、低成本、小批量（100件以下）生產(chǎn)需求。應(yīng)用高分子雙組分（硅膠、聚氨酯、樹脂）進(jìn)行快速產(chǎn)品復(fù)制的新工藝應(yīng)運(yùn)而生，這項(xiàng)新工藝的生產(chǎn)成本一般僅為快速成型的1/5～1/10，且產(chǎn)品材質(zhì)接近ABS塑料，可滿足大多數(shù)客戶的使用要求。其可加工范圍也較大，可將拼接的大型快速成型產(chǎn)品復(fù)制成整體件，大大提高了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，因此廣受歡迎。

三、模具的快速鑄造

鋅基合金塑料模具的制作過程包括4個工藝環(huán)節(jié)：①模具的計(jì)算機(jī)三維模型--LOM原型；②LOM原型--硅橡膠模；③硅橡膠模--轉(zhuǎn)移涂料鑄型；④轉(zhuǎn)移涂料鑄型--鋅基合金模具。各個轉(zhuǎn)制環(huán)節(jié)都會對模具的尺寸精度造成損失，從三維模型到模具之間的尺寸誤差是整個工藝過程中各個環(huán)節(jié)所產(chǎn)生誤差的綜合結(jié)果。LOM紙型的制作涉及CAD實(shí)體造型的數(shù)據(jù)處理、LOM機(jī)制作原型工藝、原型的后處理等環(huán)節(jié)。3D模型的切片和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理，以及紙型制作過程中激光頭的運(yùn)動和激光光斑直徑對尺寸精度的影響，可以通過軟件的補(bǔ)償加以解決，但是疊層紙形成的臺階狀粗糙表面需要進(jìn)行表面打磨和處理以獲得表面光潔的原型。因此，三維模型到紙型的誤差主要是在紙型的后期精整和表面處理過程中產(chǎn)生的。

LOM原型轉(zhuǎn)制硅橡膠模過程尺寸的變化非常小，由于彈性的作用，呈略微膨脹的趨勢。轉(zhuǎn)移涂料鑄型由于是在硅橡膠模表面硬化后取模，精確度較高，而且涂料所用耐火粉料在合適的粒度分布下熱物理性能穩(wěn)定，但烘烤過程中逐漸失水會導(dǎo)致整體尺寸的少量收縮。鋅基合金鑄造成形對模具精度的影響主要是收縮造成的尺寸變小。試驗(yàn)中采用的鋅基合金的自由線收縮率為1.1%左右，但是鑄件的實(shí)際尺寸收縮率在鑄型中受到凝固收縮受阻的影響，其變化還與鑄件的形狀、壁厚和澆注溫度等鑄造條件有關(guān)。通過對工藝過程中尺寸精度的測量，發(fā)現(xiàn)合金鑄造過程的尺寸變化率遠(yuǎn)大于其他環(huán)節(jié)，對模具的精度影響最顯著。模具制作過程中尺寸變化絕大部分是鋅基合金的凝固收縮造成的。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和分析，了解鋅基合金模具的快速制作過程中各環(huán)節(jié)的尺寸精度變化規(guī)律，進(jìn)行歸納和預(yù)測，將尺寸修正量反饋到計(jì)算機(jī)3D模型的設(shè)計(jì)中，就能控制模具的尺寸精度，獲得高精度的鋅基合金模具。

四、小結(jié)

用LOM原型結(jié)合精密鑄造技術(shù)開發(fā)的這種塑料模具快速制作技術(shù)，非常適合于小批量試制件和樣品零件的快速制作，還可以用來對產(chǎn)品個別損壞零件的替換，例如本文制作的汽車前燈罩就是滿足汽車修配部門的急需，節(jié)省時間和物力財(cái)力。但是這種工藝不太適合于要求精確成形的模具，對具有精細(xì)部分的塑料模，需要結(jié)合機(jī)械加工等其他工藝方法制造。未來市場對產(chǎn)品制造的需求將呈現(xiàn)快速、多樣、小批量的發(fā)展趨勢，以快速成形技術(shù)結(jié)合鋅基合金快速制作塑料模具的技術(shù)將具有極大的發(fā)展?jié)摿?，其市場前景十分廣闊。

作者簡介：婁美，女，漢族，本科，學(xué)士學(xué)位，衡陽技師學(xué)院模具系，主要從事模具專業(yè)相關(guān)課程教學(xué)與科研工作。

參考文獻(xiàn)：

[1]戴蓓芳.基于快速成型的快速模具制造技術(shù)研究[J].模具工業(yè)，2008，34（10）：60-62.

[2]李翠玉，段國林，蔡瑾，等.基于快速原型制造的快速模具技術(shù)[J].河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，31（6）：53-57.