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傳統(tǒng)制造業(yè)的戰(zhàn)略是規(guī)模效益第一，二十世紀(jì)八十年代提出價(jià)格和質(zhì)量第一，九十年代以來，已發(fā)展為市場響應(yīng)第一。在制造業(yè)日趨國際化的狀況下，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期和減少開發(fā)新產(chǎn)品投資風(fēng)險(xiǎn)，成為企業(yè)賴以生存的關(guān)鍵。近年來，制造業(yè)市場的制造戰(zhàn)略重點(diǎn)正在發(fā)生從成本與質(zhì)量到時(shí)間與響應(yīng)的重大轉(zhuǎn)移。快速將多樣化的產(chǎn)品推向市場是制造商把握市場先機(jī)而求生存的重要保障，快速響應(yīng)制造已成為國際研究的熱點(diǎn)，應(yīng)運(yùn)而生的快速成形/快速制模/快速制造技術(shù)為企業(yè)提高競爭力提供了一種先進(jìn)的手段。該技術(shù)是基于材料累加成形的一種高新制造技術(shù),被認(rèn)為是20世紀(jì)制造領(lǐng)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(fù)雜模具，目前已廣范應(yīng)用于汽車、航空航天、船舶、家電、工業(yè)設(shè)計(jì)、醫(yī)療、建筑、工藝品制作以及兒童玩具等領(lǐng)域，并且隨著這一技術(shù)本身的不斷發(fā)展和完善，其應(yīng)用范圍將不斷拓廣。
在汽車、家電制造業(yè)中，模具成形零件占到了制造工時(shí)的50％～70％。模具制造是制約我國汽車、家電、輕工等行業(yè)發(fā)展的瓶頸和關(guān)鍵，隨著快速成型軟硬件設(shè)備與快速成型材料的不斷發(fā)展和完善，快速原型件的強(qiáng)度和精度得到不斷的提高，快速成型技術(shù)已經(jīng)逐漸地深入到快速模具制造領(lǐng)域，基于快速成型方法制造各類簡易經(jīng)濟(jì)快速模具已成為RP&M應(yīng)用的熱點(diǎn)問題。
一、模具快速制造
雖然快速成形技術(shù)問世時(shí)間不長,但由于它對制造業(yè)帶來的巨大效益使得這一技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛，特別是給模具的設(shè)計(jì)與制造帶來了一次飛躍。快速原型技術(shù)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(fā)現(xiàn)和糾正出現(xiàn)的錯(cuò)誤。由于快速原型制造這一新技術(shù)的應(yīng)用,使模具的設(shè)計(jì)與制造逐步趨向于數(shù)字化、快速化，使模具制造在縮短周期，降低成本的進(jìn)程中，大大前進(jìn)了一步。
快速制模技術(shù)大都是依據(jù)快速成型制作的實(shí)體模型即樣模(母模)采用拷貝方式(如金屬噴涂、電鍍、復(fù)合材料澆注、精鑄等)來快速制造模具主要工作零件(凸、凹模或模腔、模芯)的，其制造周期一般為傳統(tǒng)的數(shù)控切削方法的1/5～1/10，而成本卻僅為其1/3～1/5。
根據(jù)模具材料、生產(chǎn)成本、RP原型的材料、生產(chǎn)批量、模具的精度要求已開發(fā)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(jù)材質(zhì)不同，間接制模法生產(chǎn)出來的模具有軟模、橋模和硬模。軟模(softtooling)通常指的是硅橡膠模具。用SLA、FDM、LOM或SLS等技術(shù)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(bridgetooling)通常指的是可直接進(jìn)行注塑生產(chǎn)的環(huán)氧樹脂模具。采用環(huán)氧樹脂模具與傳統(tǒng)注塑模具相比，成本只有傳統(tǒng)方法的幾分之一，生產(chǎn)周期也大大減少。模具壽命不及鋼模，但比硅膠模高，可達(dá)1000～5000件，可滿足中小批量生產(chǎn)的需要。硬模(hardtooling)通常指的就是鋼質(zhì)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(shù)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(jīng)濟(jì)效益良好，是一種快捷、方便、實(shí)用的模具制造技術(shù)，特別適用于新產(chǎn)品開發(fā)試制、工藝驗(yàn)證和功能驗(yàn)證以及多品種小批量生產(chǎn)。
企業(yè)間的競爭日益加劇，產(chǎn)品開發(fā)周期要求越來越短，為快速制模技術(shù)提供了發(fā)展機(jī)遇和發(fā)展空間。隨著工業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展，快速制模技術(shù)越來越受到產(chǎn)品開發(fā)商和模具界廣泛重視，對其研究正方興未艾，新的技術(shù)成果不斷涌現(xiàn)，呈現(xiàn)出生機(jī)勃勃的發(fā)展趨勢，有著強(qiáng)大的生命力。
二、注塑模快速制造技術(shù)—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(jié)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(bǔ)強(qiáng)背襯并除去原型后得到模具產(chǎn)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(dāng)模具要求的壽命在3000件以下時(shí)，一般采用以RP原型作母模，將低熔點(diǎn)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(fù)合材料，制作鋅鋁合金軟模具。
金屬噴涂制模法以樣模為標(biāo)準(zhǔn)，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(xì)花紋一次同時(shí)形成，故制模速度快，制造周期短，模具壽命長，成本低，僅為數(shù)控法加工鋼模的1/3-1/5。模具表面光潔度好，工藝簡單，設(shè)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(gè)步驟：
（1）模型準(zhǔn)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(jìn)行分層切片，并由快速成型機(jī)制作出樣模。模型準(zhǔn)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(shù)，即可開始在模具上噴涂金屬，噴涂時(shí)應(yīng)保證使噴槍連續(xù)運(yùn)動(dòng)，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(nèi)壓力或模具必須安裝在成型機(jī)上工作，模具必須有骨架結(jié)構(gòu)且制成的骨架應(yīng)帶有填料。
（4）澆注模具的填充材料
應(yīng)使填充材料具有較高的熱導(dǎo)率和較低的凝固收縮率以及較高的抗壓強(qiáng)度和耐磨性能。一般選擇的填充材料為環(huán)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(jù)不同的需要，對模具進(jìn)行拋光等后期制作。
（6）組裝試模
3、噴涂設(shè)備與噴涂材料
金屬電弧噴涂工作系統(tǒng)一般由噴涂電源、送絲機(jī)構(gòu)、噴槍和壓縮氣體等系統(tǒng)組成。XDP-5型電弧噴涂設(shè)備工作穩(wěn)定可靠，使用維護(hù)方便，能勝任繁重的噴涂工作，其基本參數(shù)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：0～4.8m/min
用于電弧噴涂制模的材料，在滿足低熔點(diǎn)、低收縮率的情況下，應(yīng)盡可能具有較好的力學(xué)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(fù)合絲等許多品種。但高熔點(diǎn)金屬，如鋼、鎳、銅等在噴涂時(shí)涂層收縮率、熱應(yīng)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(diǎn)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(shù)的應(yīng)用范例與發(fā)展
金屬噴涂方法制造的模具特別適于生產(chǎn)反應(yīng)注塑成型工藝中的聚氨酯零部件的生產(chǎn)，廣泛用于塑料加工中的反應(yīng)注塑成型、吹塑成型、結(jié)構(gòu)發(fā)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(chǎn)駕駛盤、汽車儀表盤、座墊、頭部靠墊、阻流板、汽車內(nèi)飾頂蓬等，在輕工業(yè)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(yīng)用在注塑機(jī)上進(jìn)行小批量的制品生產(chǎn)。在應(yīng)用注塑工藝時(shí)應(yīng)考慮到低熔點(diǎn)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(huì)產(chǎn)生注不滿的現(xiàn)象。
金屬噴涂注塑模具的成功應(yīng)用范例：
1.花盆底座注塑模具
如果用傳統(tǒng)的電火花加工的方法，其成本約在4000～5000元之間，制作時(shí)間約在一個(gè)月左右，而用電弧噴涂快速制模方法來制作，其費(fèi)用約為1100元左右，工時(shí)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(jī)加工噴涂用底板→凹模型腔殼體噴涂前準(zhǔn)備→噴涂凹模金屬殼體→環(huán)氧樹脂和鋁粉配置與填充→環(huán)氧樹脂固化→噴涂母模表面清理→噴涂凸模金屬殼體→環(huán)氧樹脂和鋁粉配置與填充→環(huán)氧樹脂固化→凸、凹模分離與模具表面清理→機(jī)加工模具零件→組裝試模。
2.滴灌用滴頭快速模具
國家節(jié)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(chǎn)品，用于農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉試驗(yàn)。國家節(jié)水灌溉中心以RP&M原型作母模來翻制滴灌用滴頭模具，發(fā)揮了快速成型制造技術(shù)的優(yōu)越性，快速地實(shí)現(xiàn)了新產(chǎn)品的試制，含RP原型，制作生產(chǎn)周期為僅為2周。
3、愛達(dá)荷注塑模具
美國愛達(dá)荷國家工程與環(huán)境試驗(yàn)中心采用快速凝固工藝即RSP技術(shù)實(shí)現(xiàn)了注塑模具的快速經(jīng)濟(jì)制造。該方法采用快速原型技術(shù)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(dòng)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(fù)制出母樣的表面結(jié)構(gòu)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(xué)機(jī)械工程學(xué)院先進(jìn)制造技術(shù)研究所成功采用“電弧噴涂和電刷鍍一體化模具制造技術(shù)”進(jìn)行轎車新車型開發(fā)中大型沖壓模具快速制造，該技術(shù)集成了快速原型、電弧噴涂和電刷鍍等技術(shù)，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(diǎn)金屬薄殼，從而制作出模具的型腔；在填充適當(dāng)?shù)谋骋r材料并脫模后，利用電刷鍍技術(shù)在模具工作表面刷鍍強(qiáng)化涂層，進(jìn)而完成模具的快速制造。
利用該技術(shù)與設(shè)備，結(jié)合快速原型制造技術(shù)和高速數(shù)控加工技術(shù)，可以低成本高效率地進(jìn)行大型、精密、復(fù)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(shù)制造覆蓋件模具，成本只有傳統(tǒng)機(jī)械加工鋼模具的1/10，制造周期為后者的1/4～1/5，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀，非常適合于新車型開發(fā)中的樣車試制和小批量生產(chǎn)。該技術(shù)也可以用于注塑模具快速制造。
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