《模具制造技术》演示9.ppt

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1、第9章 模具的其它制造 9.1快速成型制造技术 快速成型制造技术（Rapid Prototyping）也称为快速原型制造技术（Rapid Prototyping & Manufacturing，RP&M），是一种用材料逐层或逐点堆积出制件的制造方法。,快速成型制造技术是借助计算机、激光、精密传动和数控等现代手段，将计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）集成于一体，根据计算机上构造的三维模型，能在很短时间内直接制造产品样品而无需传统的机械加工机床和模具的先进制造技术。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的总称。,9.1.1快速成形技术的基本原理 1、快速成形制造

2、技术的基本原理 快速成形制造技术的基本原理是基于离散/堆积的增长方式分层成型原型或制品过程。,快速成形制造技术原理,快速成形加工的基本原理是用CAD三维造型软件设计产品的三维曲面模型，或用实体反求方法采集得到有关原型或零件的几何形状、结构和材料的组合信息，从而获得目标原型的概念，并以此建立数字化模型，即零件的“电子模型”，根据具体工艺要求，将其按一定厚度分层切片，根据切片处理得到的截面轮廓信息，通过计算机控制激光束固化一层层的液态光敏树脂(或切割纸，或烧结粉末材料)，或利用某种热源有选择性地喷射粘接剂或热熔材料，形成各个不同截面，每层截面轮廓成形之后，快速成形系统将下一层材料送至已成形的轮廓面

3、上，然后进行新一层截面轮廓的成形，逐步叠加成三维产品，再经过必要的处理，使其在外观、强度和性能等方面达到设计要求。,2快速成形加工的基本过程 快速成形的全过程可归纳为以下三个步骤： (1)前处理 它包括工件三维模型的构造、三维模型的近似处理、快速成形方向的选择和三维模型的切片处理。 (2)分层叠加成形 它是快速成形的核心，包括模型截面轮廓的制作与截面轮廓的叠合。 (3)后处理 它包括原型零件的剥离、后固化、修补、打磨、抛光和表面强化处理等。,快速成形的全过程,9.1.2快速成型工艺方法的分类 1、快速成型工艺方法的分类 快速成形工艺方法通常是依据原型使用的材料及其构建技术而进行分类的,快速成形

4、工艺方法的分类,2、主要的快速成形技术工艺方法 到目前为止，国内外已较为成熟的快速成型制造技术的具体工艺有很多种，按照采用材料及对材料处理方式的不同，可归纳为以下六大类方法。,一、立体印刷 又称立体光刻、光造型、SLA方法，其原理是液槽中盛满液态光固化树脂，它在一定剂量的紫外激光照射下就会在一定区域内固化。 成型开始时，工作平台在液面下，聚焦后的激光光点在液面上按计算机的指令逐点扫描，在同一层内则逐点固化。当一层扫描完成后被照射的地方就固化，未被照射的地方仍然是液态树脂。然后升降架带动平台再下降一层高度，上面又布满一层树脂，以便进行第二层扫描，新固化的一层牢固地粘在前一层上，如此重复直到三维零

5、件制作完成。 立体印刷目前已可达0.1mm左右的制作精度，较广泛地用来为产品和模型的CAD设计提供样件和试验模型。,SLA法原理 1一激光束；2一扫描镜；3一z轴升降；4一树脂槽； 5一托盘；6一光敏树脂；7一零件原型,二、分层实体制造 又称LOM法，是根据零件分层几何信息切割箔材和纸等，将所获得的层片粘接成三维实体，其原理是首先铺上一层箔材，然后用CO2激光在计算机控制下切出本层轮廓，非零件部分全部切碎以便于去除。当本层完成后，再铺上一层箔材，用滚子碾压并加热，以固化黏结剂，使新铺上的一层牢固地粘接在已成型体上，再切割该层的轮廓，如此反复直到加工完毕。最后去除切碎部分以得到完整的零件。,LO

6、M法原理 1一Py扫描系统；2一光路系统；3一激光器；4一加热器；5一纸料； 6一滚筒；7一工作平台；8一边角料；9一零件原型,三、选择性激光烧结 又称SLS法，采用CO2激光器，使用的材料为多种粉末材料，其原理是先在工作台上铺上一层粉末，用激光束在计算机控制下有选择地进行烧结(零件的空心部分不烧结，仍为粉末材料)，被烧结部分便固化在一起构成零件的实心部分。一层完成后再进行下一层，新一层与其上一层被牢牢地烧结在一起。全部烧结完成后，去除多余的粉末，便得到烧结成的零件。,SLS法原理 1一扫描镜；2一透镜；3一激光器；4一压平辊子； 5一零件原型；6一激光束,四、熔融沉积成型 熔融沉积成型又称F

7、DM法，是一种不使用激光器的加工方法，其原理如图9-7所示，技术关键在于喷头，喷头在计算机控制下作xy联动扫描以及z向运动，丝材在喷头中被加热并略高于其熔点。喷头在扫描运动中喷出熔融的材料，快速冷却形成一个加工层并与上一层牢牢连接在一起。,FDM法原理 1一加热装置；2一丝材；3一z向送丝； 4一xy驱动；5一零件原型,五、三维打印 三维打印也称粉末材料选择性粘接、3DP法，其原理是喷头在计算机的控制下，按照截面轮廓的信息，在铺好的一层粉末材料上，有选择性地喷射黏结剂，使部分粉末粘接，形成截面层。一层完成后，工作台下降一个层厚，铺粉，喷黏结剂，再进行后一层的粘接，如此循环形成三维产品。,3DP

8、法原理,六、固基光敏液相法 固基光敏液相法又称SGC法，其工艺原理如图9-9所示，一层的成型过程由五步来完成：添料；掩膜紫外光曝光；清除未固化的多余液体料；向空隙处填充蜡料；磨平。掩膜的制造采用了离子成像技术，因此同一底片可以重复使用。由于过程复杂，SGC成型机是所有成型机中最庞大的一种。,SGC法原理 1一加工面；2一均匀施加光敏液材料；3一掩膜紫外光曝光； 4一清除未固化原料；5一填蜡；6一磨平；7一成型件；8一蜡；9一零件,9.1.3 快速成形技术的应用特点 1、快速成形技术的特点 1高度柔性 2技术的高度集成 3设计制造一体化 4快速性 5自由成形制造 6材料的广泛性,2、快速成形技术

9、的应用特点 （1）设计者受益 （2）制造者受益 （3）推销者受益 （4）用户受益,9.1.4快速成形技术在模具中的应用 基于快速成形技术的快速模具制造方法一般分为直接法和间接法两大类。 直接制模法是直接采用RP技术制作模具，在RP技术诸方法中能够直接制作金属模具的是选择性激光烧结法。 间接制模法是利用快速成形技术作母模来翻制模具并生产实际材料的产品。间接制模法是指利用RP原型间接地翻制模具。依据材质不同，间接制模法生产出来的模具一般分为软质模具和硬质模具两大类。,一、直接制造模具 (一)利用SLS工艺制造金属模 1金属粉末大功率激光烧结成型技术 2混合金属粉末激光烧结成型技术 3金属一树脂粉末

10、激光烧结成型法 （1）金属暂时模制作 （2）金属永久模制作,（二）利用LOM工艺制造金属模 （三）利用LOM工艺制造木模 （四）利用SLA工艺制造树脂模 （五）利用SLS工艺制造树脂模 （六）直接制造铸造用模 1直接成型熔模铸造用蜡模或树脂消失模 2直接成型砂型铸造用木模,二、间接制造模具 当零件批量较小（几十到几千件），或者是用于产品的试生产时，则可以用非钢铁材料制造成本相对较低的简易模具。 此类模具一般先用快速成形技术制作零件原型，然后根据该原型翻制成硅橡胶模、金属树脂模和石膏模；或对快速成形技术制作的原型进行表面处理，用金属喷镀法或物理蒸发沉积法镀上一层低熔点合金或镍来制作模具。,1硅橡

11、胶模具材料及特点 制模用硅橡胶为双组分液体硅橡胶，分为缩合型和加成型两类。 缩合型模具硅橡胶的主要组分包括：端基和部分侧基为羟基的聚硅氧烷（生胶）、填料、交联剂和硫化促进剂。缩合型模具硅橡胶的抗剪强度较低，在模具制造过程中易被撕破，因此很难适用于那些花纹深、形状复杂的模具。 缩合型模具硅橡胶大多用作塑料与人造革生产中的高频压花模具或用于一些尺寸要求不精密的工艺品制造。,加成型模具硅橡胶的主要组分包括：端基和部分侧基为乙烯基的聚硅氧烷（生胶）、含氢硅油（交联剂）、铂触媒（催化剂）、白炭黑（填料）。 一般采用加成硫化体系，加成型模具硅橡胶在硫化时不产生低分子化合物，因而具有极低的线收缩率，胶料可以

12、深部固化，而且物理性能、力学性能和耐热老化性能优异，成为了模具胶中正在大力发展的品种。 加成型模具硅橡胶适用于制造精密模具和铸造模具，而且模具制造工艺简单，不损伤原型，仿真性好。,2 硅橡胶模具制造工艺 由于成型零件的形状、尺寸不同，对硅橡胶模具的强度要求也不一样，因而制作方法也有所不同，主要有简便浇注法和真空浇注法两种。 利用快速成形技术制作硅橡胶模具的工艺流程如下： （1）原型表面处理 （2）制作型框和固定原型 （3）硅橡胶计量、混合并真空脱泡 （4）硅橡胶浇注及固化 （5）拆除型框、刀剖开模并取出原型,（a） （b） （c）,（d） （e） （f） 硅橡胶快速模具制作工艺,（二）金属喷涂

13、模具 金属喷涂模具就是利用电弧喷涂制模工艺制造模具，是将两根带电的制模专用金属丝通过导管不断地向前输送，金属丝在喷枪前端相交形成电弧，金属丝经电弧熔化，在压缩空气的作用下，将熔化的金属雾化成金属微粒，并以一定的速度喷射到样模表面，一层一层地相互叠加堆积而形成高密度、高结合强度的金属喷涂层，即模具型腔的壳体（或实体）。 电弧喷涂制模具有制模工艺简单、制作周期短、模具成本低等显著特点，特别适用于小批量、多品种的生产使用。,1.喷涂设备及材料 （1）电弧喷涂设备 电弧喷涂工作系统一般由喷涂电源、送丝机构、喷枪和压缩气体等系统组成。 （2）喷涂制模材料 在满足低熔点、低收缩率的情况下，应尽可能具有较好

14、的力学性能和较致密的涂层组织。选择电弧喷涂材料时，既要考虑所得到的涂层具有足够高的硬度，良好的抗压、抗弯等力学性能，又要兼顾涂层材料的熔点不要太高，因此，电弧喷涂中常采用Al、Zn基丝材作为喷涂材料。,电弧喷涂设备系统简图 1一电弧喷涂枪；2一送丝机构；3一油水分离器； 4一冷却装置；5一空气压缩机；6一电弧喷涂电源,2 喷涂快速制模工艺 金属喷涂模具的基本结构可分为三部分，即金属喷涂层、背衬层和钢结构部分。,电弧喷涂模具结构,金属喷涂制模的工序如下： （1）模型准备 （2）在模型上喷涂金属 （3）制作模具框架 （4）浇注模具的填充材料 （5）脱模、加工处理,9.2电化学加工 电化学加工基本原

15、理是在NaCl导电溶液中，分别插一铁片、一铜片，两者将出现电位差，形成所谓“原电池”。如果用导线把两金属片连接起来，就会有电流从导线中通过；并出现了铁的加速溶解。此时，导线和溶液中均有电流通过，这是由于两种金属材料的电位不同，导致“自由电子”在电场作用下按一定方向移动，并在金属片和溶液的界面上产生交换电子的反应，即所谓电化学反应。如果再按原电流方向加上一个直流电源，电流加大，铁的溶解也加快。,正离子将移向阴极，并在阴极上得到电子进行还原反应，沉积在阴极上形成金属层，利用此阴极沉积法原理所开发的模具制造技术即所谓电镀、电铸成型、电刷镀等； 负离子将移向阳极并在阳极表面失掉电子进行氧化反应，不断地

16、将其表面金属一层一层被蚀除掉，利用此阳极溶解法原理所开发的模具制造技术即所谓电解加工、电化学抛光、电解磨削等。 生产实践中，也可以将电化学加工与其他加工方法相结合形成复合加工法而进行成形加工，如电解磨削、电解放电加工、电化学阳极机械加工等。,电化学加工基本原理,9.2.1电解加工 1电解加工过程 电解加工是利用金属在电解液中产生阳极溶解的原理去除工件材料的加工方法。加工时，工件接直流电源的正极，工具接直流电源的负极。工具电极向工件缓慢进给，并使两极之间保持较小的间隙（0.11 mm），让具有一定压力（0.52 MPa）的电解液高速从两极间隙流过，并把阳极工件上溶解下来的电解产物冲走。,2电解加工成形原理 加工初始，工件的表面形状与作为电极的工具形状不同，工件上各点距工具表面的距