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注塑??焖僭椭圃斐蔀槟>咝袠I焦點

作者: 來源:業內動態 人氣:594


傳統制造業的戰略是規模效益第一,二十世紀八十年代提出價格和質量第一,九十年代以來,已發展為市場響應第一。在制造業日趨國際化的狀況下,縮短產品開發周期和減少開發新產品投資風險,成為企業賴以生存的關鍵。近年來,制造業市場的制造戰略重點正在發生從成本與質量到時間與響應的重大轉移??焖賹⒍鄻踊漠a品推向市場是制造商把握市場先機而求生存的重要保障,快速響應制造已成為國際研究的熱點,應運而生的快速成形/快速制模/快速制造技術為企業提高競爭力提供了一種先進的手段。該技術是基于材料累加成形的一種高新制造技術,被認為是20世紀制造領域的一次革命性突破,可制造注塑模、壓鑄模、沖壓模等各類精密復雜模具,目前已廣范應用于汽車、航空航天、船舶、家電、工業設計、醫療、建筑、工藝品制作以及兒童玩具等領域,并且隨著這一技術本身的不斷發展和完善,其應用范圍將不斷拓廣?!       ?
      在汽車、家電制造業中,模具成形零件占到了制造工時的50%~70%。模具制造是制約我國汽車、家電、輕工等行業發展的瓶頸和關鍵,隨著快速成型軟硬件設備與快速成型材料的不斷發展和完善,快速原型件的強度和精度得到不斷的提高,快速成型技術已經逐漸地深入到快速模具制造領域,基于快速成型方法制造各類簡易經濟快速模具已成為RP&M應用的熱點問題。

一、模具快速制造

雖然快速成形技術問世時間不長,但由于它對制造業帶來的巨大效益使得這一技術的應用日益廣泛,特別是給模具的設計與制造帶來了一次飛躍??焖僭图夹g可精確制作模具的型心和型腔,也可直接用于注射過程制作塑料樣件,以便發現和糾正出現的錯誤。由于快速原型制造這一新技術的應用,使模具的設計與制造逐步趨向于數字化、快速化,使模具制造在縮短周期,降低成本的進程中,大大前進了一步。

快速制模技術大都是依據快速成型制作的實體模型即樣模(母模)采用拷貝方式(如金屬噴涂、電鍍、復合材料澆注、精鑄等)來快速制造模具主要工作零件(凸、凹?;蚰G?、模芯)的,其制造周期一般為傳統的數控切削方法的1/5~1/10,而成本卻僅為其1/3~1/5。

根據模具材料、生產成本、RP原型的材料、生產批量、模具的精度要求已開發出多種多樣的工藝方法。目前的快速制模方法大致有間接制模法和直接制模法,基于RP快速制造模具的方法多為間接制模法。依據材質不同,間接制模法生產出來的模具有軟模、橋模和硬模。軟模(soft tooling)通常指的是硅橡膠模具。用SLA、FDM、LOM或SLS等技術制作的原型,再翻成硅橡膠模具后,向模中灌注雙組份的聚氨酯,固化后即得到所需的零件。橋模(bridge tooling)通常指的是可直接進行注塑生產的環氧樹脂模具。采用環氧樹脂模具與傳統注塑模具相比,成本只有傳統方法的幾分之一,生產周期也大大減少。模具壽命不及鋼模,但比硅膠模高,可達1000~5000件,可滿足中小批量生產的需要。硬模(hard tooling)通常指的就是鋼質模具,即用間接方式制造金屬模具和用快速成形直接加工金屬模具。

快速制模技術制模周期短、工藝簡單、易于推廣、制模成本低、精度和壽命能滿足某種特定的功能需要,綜合經濟效益良好,是一種快捷、方便、實用的模具制造技術,特別適用于新產品開發試制、工藝驗證和功能驗證以及多品種小批量生產。

企業間的競爭日益加劇,產品開發周期要求越來越短,為快速制模技術提供了發展機遇和發展空間。隨著工業化生產的發展,快速制模技術越來越受到產品開發商和模具界廣泛重視,對其研究正方興未艾,新的技術成果不斷涌現,呈現出生機勃勃的發展趨勢,有著強大的生命力。

二、注塑??焖僦圃旒夹g—金屬噴涂制模法

1、金屬噴涂制模法簡介

金屬噴涂制模法是將快速原型與熱噴涂、快速凝固等方法相結合的間接制模法,其工藝是將熔融或半熔融的金屬顆粒噴射到通過SLA、SLS或LOM方法制造的原型上,生成金屬薄層,然后補強背襯并除去原型后得到模具產品。目前有兩種形式,即霧化噴射法(快速凝固工藝RSP)、噴涂法。當模具要求的壽命在3000件以下時,一般采用以RP原型作母模,將低熔點的熔化金屬(如鋅鋁合金)充分霧化后以一定的速度噴射到母模的表面,形成模具型腔表面,充填背襯復合材料,制作鋅鋁合金軟模具。

金屬噴涂制模法以樣模為標準,模具型腔尺寸、幾何精度完全取決于樣模,型腔表面及其精細花紋一次同時形成,故制模速度快,制造周期短,模具壽命長,成本低,僅為數控法加工鋼模的1/3-1/5。模具表面光潔度好,工藝簡單,設備要求低,比較適合于注射成型模、壓鑄模、板料壓延模的快速制造。

2、金屬噴涂制模法工序

金屬噴涂制模的工序大致可分為五個步驟:

(1)模型準備

模型可由許多材料制成,包括塑料、石膏、橡膠、木材等。首先建立三維模型,然后對其進行分層切片,并由快速成型機制作出樣模。模型準備中最重要的是清理模型表面和涂抹脫模劑。

(2)金屬噴涂模型

脫模劑干燥后,選擇最佳的噴涂參數,即可開始在模具上噴涂金屬,噴涂時應保證使噴槍連續運動,防止涂層過熱變形,涂層厚度一般可控制在2~3mm。

(3)制作模具框架

如果模具在工作中要受到內壓力或模具必須安裝在成型機上工作,模具必須有骨架結構且制成的骨架應帶有填料。

(4)澆注模具的填充材料

應使填充材料具有較高的熱導率和較低的凝固收縮率以及較高的抗壓強度和耐磨性能。一般選擇的填充材料為環氧樹脂與鋁粉、鋁顆粒等金屬粉末的混合物。

(5)脫模及模具型腔表面拋光處理

脫模后要把殘留在金屬涂層表面的脫模劑清洗干凈,然后再根據不同的需要,對模具進行拋光等后期制作。

(6)組裝試模

3、噴涂設備與噴涂材料

金屬電弧噴涂工作系統一般由噴涂電源、送絲機構、噴槍和壓縮氣體等系統組成。XDP-5型電弧噴涂設備工作穩定可靠,使用維護方便,能勝任繁重的噴涂工作,其基本參數為:

電源電壓:380V 
額定輸入容量:12KVA 
額定電流:300A 
壓縮空氣使用壓力:0.6Mpa 
壓縮空氣消耗量:1.6~2m3/min 
送絲速度:0~4.8 m/min       
用于電弧噴涂制模的材料,在滿足低熔點、低收縮率的情況下,應盡可能具有較好的力學性能和較致密的涂層組織。目前市場提供的電弧噴涂用絲材有鋁、鋅、銅、鎳、不銹鋼、鋁青銅、巴氏合金、復合絲等許多品種。但高熔點金屬,如鋼、鎳、銅等在噴涂時涂層收縮率、熱應力、孔隙率都比較大,涂層易開裂、翹曲、剝落,所以目前只有低熔點的鋅、鋁絲材適合用于模具制造。

三、金屬噴涂快速制造注塑模技術的應用范例與發展

金屬噴涂方法制造的模具特別適于生產反應注塑成型工藝中的聚氨酯零部件的生產,廣泛用于塑料加工中的反應注塑成型、吹塑成型、結構發泡以及其它一些注塑成型等工藝中,如汽車制造中可以用來生產駕駛盤、汽車儀表盤、座墊、頭部靠墊、阻流板、汽車內飾頂蓬等,在輕工業中則可以用來制造聚氨酯鞋底等,金屬噴涂快速模具較硅橡膠快速模具的壽命要長,可以應用在注塑機上進行小批量的制品生產。在應用注塑工藝時應考慮到低熔點合金金屬噴涂型腔的性能以及模具的壽命極限。為防止模具過早損壞,注射壓力不宜過高,但也必須保證制品能夠成形的最小注射壓力,否則會產生注不滿的現象。

金屬噴涂注塑模具的成功應用范例:

1.花盆底座注塑模具

如果用傳統的電火花加工的方法,其成本約在4000~5000元之間,制作時間約在一個月左右,而用電弧噴涂快速制模方法來制作,其費用約為1100元左右,工時為60h左右。這也正是電弧噴涂快速模具制造得到廣泛重視的原因之一。

花盆底座注塑模具制作加工工序:機加工噴涂用底板→凹模型腔殼體噴涂前準備→噴涂凹模金屬殼體→環氧樹脂和鋁粉配置與填充→環氧樹脂固化→噴涂母模表面清理→噴涂凸模金屬殼體→環氧樹脂和鋁粉配置與填充→環氧樹脂固化→凸、凹模分離與模具表面清理→機加工模具零件→組裝試模。

2.滴灌用滴頭快速模具

國家節水灌溉中心的滴灌用滴頭快速模具是通過制作滴頭RP模型,采用金屬噴涂制模法制造鋅鋁合金軟模具,注射成型1000件滴頭產品,用于農業節水灌溉試驗。國家節水灌溉中心以RP&M原型作母模來翻制滴灌用滴頭模具,發揮了快速成型制造技術的優越性,快速地實現了新產品的試制,含RP原型,制作生產周期為僅為2周。

3、愛達荷注塑模具

美國愛達荷國家工程與環境試驗中心采用快速凝固工藝即RSP技術實現了注塑模具的快速經濟制造。該方法采用快速原型技術制作的樣件作為母體樣板,通過噴涂到母體樣板的金屬或合金熔滴的沉積制造模具。

工藝過程為:熔融的工具鋼或其它合金被壓入噴嘴,與高速流動的隋性氣體相遇而形成直徑約0.05mm的霧狀熔滴,噴向并沉積到母體樣板上,復制出母樣的表面結構形狀,借助脫模劑使沉積形成的鋼制模具與母樣分離,即可快速制出所需模具。

最近,西安交通大學機械工程學院先進制造技術研究所成功采用“電弧噴涂和電刷鍍一體化模具制造技術” 進行轎車新車型開發中大型沖壓模具快速制造,該技術集成了快速原型、電弧噴涂和電刷鍍等技術,采用電弧噴涂工藝在模具母模表面快速沉積一層致密的低熔點金屬薄殼,從而制作出模具的型腔;在填充適當的背襯材料并脫模后,利用電刷鍍技術在模具工作表面刷鍍強化涂層,進而完成模具的快速制造。

利用該技術與設備,結合快速原型制造技術和高速數控加工技術,可以低成本高效率地進行大型、精密、復雜以及長壽命模具的快速制造。

采用電弧噴涂和電刷鍍一體化模具制造技術制造覆蓋件模具,成本只有傳統機械加工鋼模具的1/10,制造周期為后者的1/4~1/5,經濟效益十分可觀,非常適合于新車型開發中的樣車試制和小批量生產。該技術也可以用于注塑模具快速制造。
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