题 目 快速成形技术在模具制造中的应用

题 目 快速成形技术在模具制造中的应用 摘要

市场竞争的不断加剧，要求企业必须快速响应市场和用户的需求变化，促使工业生产越来越向多品种、小批量、高质量、低成本的方向发展。快速成形技术作为诞生仅十余年的先进制造技术，已成功地实现了快速原型制造，目前正向决速模具制造方向迅速发展。

论文首先对快速成型技术的特点和几种典型工艺作了介绍，并分析和探讨了快速成型技术的研究现状、存在的主要问题及发展趋势。对于快速制模技术主要介绍了其现状和发展趋势，分析了模具快速制造的间接法和直接法的特点和问题，阐述了快速模具技术在21世纪的发展趋势及其应用前景。通过对硅橡胶模具设计技术的特点、实施方法和步骤的研究，探讨了尺寸补偿、分型方向确定及分型面设计、脱模斜度选取、浇口设计等相关的关键技术。为了深入了解影响硅橡胶模具加工的因素，本文进行大量的工艺试验，完成了对工艺参数的优化。

关键词:快速成型技术;快速制模技术;硅橡胶模具。

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Abstaret

The growing competition in the market, enterprises must quickly respond to the demands of the market and user needs change, to promote industrial production to more and more and more variety, low-volume, high-quality, low-cost way. Rapid Prototyping Technology is only as the birth of more than ten years of advanced manufacturing technology, has successfully achieved a rapid prototype manufacturing, currently being must speed the direction of the rapid development of mold manufacturing.

First of all papers on the rapid prototyping technology and the characteristics of the typical process was introduced and discussed the analysis and rapid prototyping technology research, the main problems and trends. The rapid tooling technologies, introduced its current situation and development trend of rapid analysis of the mold manufacturing method of indirect and direct method of characteristics and problems on a rapid tooling technology in the 21st century, the development trend and its applications. The silicon rubber mold design characteristics of the technology, methods and steps for the implementation of the study to examine the size of the compensation, and to determine the direction of the sub-surface design, select the

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gradient release, the gate design of key technologies related. To better understand the impact of silicon rubber mold processing elements, the paper carried a lot of trial process, completed the optimization of process parameters.

Key words: rapid prototyping; rapid tooling technology; silicon rubber mold.

目录

摘要--------------------------------------------------------------------2 第一章 绪论----------------------------------------------------3

1.1模具在工业生产中的重要地位------------------------------3 1.2快速成型技术--------------------------------------------4 第二章 快速制模技术---------------------------------------------5

2.1快速制模技术的提出--------------------------------------5 2.2快速制模技术的分类--------------------------------------6

2.2.1直接制模法-----------------------------------------7 2.2.2间接制模法-----------------------------------------7

第三章 软质模具工艺及设计---------------------------------------8

3.1硅胶模工艺----------------------------------------------8 3.2硅胶模设计----------------------------------------------8

3.2.1技术特点-------------------------------------------8 3.2.2尺寸补偿-------------------------------------------9 3.2.3分型方向的确定及分型面设计------------------------10 3.2.4脱模斜度选取--------------------------------------11 3.2.5浇口、排气口的设计--------------------------------11 3.3硅胶模实验分析-----------------------------------------12

3.3.1工艺过程------------------------------------------12 3.3.2主要工艺参数的确定--------------------------------12

第四章 结论与展望---------------------------------------------13

4.1结论---------------------------------------------------13 4.2展望---------------------------------------------------14

参考文献-------------------------------------------------------14

第一章绪论

1.1模具在工业生产中的重要地位

模具是现代工业生产中使用极为广泛的工艺装备，在某些产品(如塑料件)

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的批量化成形加工中，模具成形甚至是唯一的加工工艺。模具在成形工艺中对成形件尺寸、形状精度和内在质量具有重要作用[1]。用模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。模具生产技术水平的高低，己成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，在很大程度上决定着产品的质量、效益和产品的开发能力[2]。

由于用模具加工零件具有生产率高、质量好、节约原材料和成本低等一系列优势。因此模具在很大程度上决定企业在市场竞争中的应变能力，模具成型已成为现代工业生产的重要手段和工艺发展方向。80年代以来，中国模具工业发展十分迅速。国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求，也为其发展提供了巨大的动力。这些年来，中国模具工业一直以每年巧%左右的增长速度快速发展。传统的模具制造要用到车、铣、刨、钻、磨、电火花等加工方法，才能得到所需的模具形状和尺寸。要设计和制造出一副合格的模具，往往需要经过由设计、加工到试模的多次反复，因此模具制作成本高、周期长，而且精度不易保证，有时甚至造成模具的报废。

针对传统的机械加工模具制造技术的上述缺点，近年来研究开发了适用于新产品、样机试制和中、小批量规模生产的基于快速原型技术的快速模具制造技术。快速模具的基本技术特征是非机械加工型腔复制，其关键技术之一是母模原型件的设计与制造。传统的快速制模一般采用己有制件或机加工件作为母模，对于较复杂的和精度要求较高的快速模具，传统的母模设计制造模式显得束手无策，己成为制约快速模具制造技术发展的瓶颈。基于快速原型制造的快速模具技术集成快速原型制造高新技术和传统的非机械加工型腔复制技术，发挥各自优势，己成为产品快速更新换代和新产品开发及中、小批量生产的有效手段之一[3]。

现代工业的发展，对模具技术的要求越来越高。综观现代模具技术，正向1)高精度2)寿命长3)高生产率4)结构复杂方向发展[4]。传统模具设计制造技术，根本不能满足市场对模具的要求。因此，研制和开发新的模具设计、制造技术势在必行，快速模具制造技术正是在这种形势下被开发出来的，并在现代模具的生产中发挥了重要作用。

快速制模技术与传统的机械加工相比，具有制模周期短、成本低、精度与寿命又能满足生产上的使用要求，快速响应市场和用户需求的变化，产品快速投放市场，特别是对于形状比较复杂的中小型模具，具有比较显著的综合经济效益。在快速制模技术中，制造出尺寸精度比较高的快速原型是前提，但大部分快速成型得到的原型因材质和成型工艺的限制，不能直接作为模具使用[5]。只有解决好快速原型向达到使用要求的模具的转化，并且保证在每次工艺转换过程中的尺寸精度要求，才能真正实现模具的快速经济制造。

1.2快速成型技术

快速成形技术是一项集激光、材料、信息及控制等于一体的高新制造技术，其突出特点就是不需要任何工装夹具便能根据产品的CAD数据快捷地制造出具有一定结构和功能的原型甚至产品，它是将计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机数字控制(CNC)、精密伺服驱动、激光和材料科学等先进技术集于一体的新技术。快速成型技术的成型过程包括:前处理(三维模型的构造、三维模型的近似处理、三维模型的切片处理)、分层叠加成型(截面轮廓的制造与截面轮廓的叠合)和后处理(表面处理等)。其基本成形过程如下图所示:

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图.快速成型的成型过程

快速成型技术特点如下:(l)能以最快的速度将设计思想转变为具有一定结构功能的产品原型或直接制造零件，使设计模型快速生产出来。(2)成型速度快。(3)设计制造一体化。(4)高度柔性。(5)自由成型制造。(6)制造费用低。 (7)材料的广泛性。(8)技术的高度集成。因此快速成型技术带有鲜明的时代特征。

快速成型技术的主要用途：其应用范围己拓展到家电、汽车、玩具、轻工、造船、建筑、航空航天、兵器、艺术、考古和影视等行业，并取得了显著的效果。它的主要用途如下:(1)新产品研制阶段的验证。(2)新产品投放市场前的调研和宣传。(3)快速制模快速制模是快速成型技术的重要应用方向之一。目前，采用快速成形制造技术的快速模具制造主要用于制造铸造模具和塑料模具。制模方法可分为间接制模和直接制模两种方式，这在下一章将详细叙述。(4)医学上的辅助手术确诊和仿生。(5)RPM技术用于微型制造的研究开发。(6)新材料的研究。(7)集成的快速制造技术与反求工程[6]。

快速成型技术的几种典型工艺：液态光敏树脂选择性固化(SLA);分层实体制造(LOM);粉末材料选择性烧结(SLS);丝状材料选择性熔覆于（FDM）;粉末材料选择性粘结(3DP)。

第二章快速制模技术

2.1快速制模技术的提出

以母模或样件为基础制造各种模具现有很多方法，其共同特点是速度快、成本低。但是母模的获取是这些技术的“瓶颈”，特别是复杂形状的母模，用传统的机加工方法制造母模不但速度慢而且受到加工机械本身的限制。如果用现成产品做母模，这样只能仿造而不是创新，同时现成的母模难以补偿制造过程中的各种尺寸收缩。基于这样的情况，一种应用快速成型方法快速制作工具或模具的技术产生了，我们称为快速制模具技术，目前它己成为快速成型技术的一个新的研

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究热点。由于传统模具制作过程复杂、耗时长、费用高，往往成为设计和制造的瓶颈，因此应用快速成型技术快速经济制造模具成为该技术发展的主要推动力之一。而用快速成型技术直接制造金属零件或模具更是RP领域研究人员的目标，目前也己取得一定的成果，但尚不能应用于实践。因此需要金属零件或进行批量生产时，还需要将快速成型技术与各种转换技术相结合，间接制造金属零件或模具。

2.2快速制模技术的分类

利用快速成型技术实现快速制模按功能用途可分为注塑模、铸模、蜡型的成形模及石墨电极研磨母模;按制模材料可分为简易模和钢质硬模;根据不同的制模工艺划分有直接制模法和间接制模法两种(下面重点介绍);根据其强度、表面硬度、使用温度以及加工制品的个数(使用寿命)又可分为软模和硬模。软模的机械性能、耐热性能和使用寿命低于硬模，适合于小批量塑料的低压浇注和常温固化成型，模具材料有环氧树脂、硅橡胶材料、低熔点合金、锌合金和铝合金。软模的成本较低，制造方便、精度和表面光洁度较高。硬模多由金属材料制造，模具强度、表面硬度、耐热性和使用寿命均比软模高，主要用于塑料注射加工模具，目前的发展方向是制造高精度、应用范围广阔的硬模[7]。具体分类见下图

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