快速模具制造技術的現狀及其發展趨勢

李東衛 董玉杰

【摘 要】國家社會經濟的不斷進步與發展，極大地促進了快速模具制造技術的飛躍，研究其相關課題，對于提升整體制造效果具有極為關鍵的意義。本文概述了相關內容，分析了快速制模技術的發展，探討了快速模具技術的最新進展，望對相關工作的開展有所裨益。

【關鍵詞】快速模具制造；現狀；趨勢

【中圖分類號】TG241 【文獻標識碼】A

【文章編號】2095-3089（2019）08-0276-01

一、前言

隨著快速模具制造技術應用條件的不斷變化，對其相關措施與方法提出了新的要求，因此有必要對其相關課題展開深入研究與探討，以期用以指導相關工作的開展與實踐。基于此，本文從概述相關內容著手本課題的研究。

二、概述

我國作為一個密集的人口大國，在國際的經濟市場中往往處于一個制造行業為主導地位的制造大國。因此，自我國加入國際貿易組織以來，以中國制造的相關產品帶動的產業便不斷地在世界范圍中擴大。隨著我國國民經濟水平的不斷提高、人們的生活水平與勞動需求也不斷提升。在這樣的社會背景下，制造行業以原有勞動成本低，單體效益低下的弊端正在被我國的第三服務產業逐漸替代，在這樣的市場行情下，制造行業面臨這全面改革創新的行業態勢。快速模具制造技術作為制造行業對制造效率起到主導作用核心技術之一，在當下的市場態勢中成為改革與創新的頭號對象。

三、快速制模技術的發展簡況

隨著多品種和小批量時代的逐步到來以及公司對模具的要求，確保新產品迅速占領市場，快速經濟的模具的發展越來越受到關注，如使用環氧聚酯或者與金屬，陶瓷，玻璃等混合。由材料制成的快速軟模具可用于數百次注塑和汽車覆蓋試驗。其主要特點是制造工藝簡單，生產周期短，價格低廉。然而，由于材料的低導熱性和機械性能，這種模具難以用于快速批次注射成型和金屬拉伸成型。由水泥和陶瓷制成的車罩模具還有待進一步改進。相比之下，由于金屬材料的優異綜合性能，低成本和快速制造金屬模具已成為RPM技術的目標。在經歷了模型和零件試制以及快速軟模制造階段之后，世界先進工業化國家的RPM技術正朝著快速硬模或金屬模具制造（RMT）的方向發展。RMT已成為國際RPM技術研發的熱點。

四、快速模具技術的最新發展

1.噴涂模具。

噴模包括金屬冷噴模和等離子噴涂（噴涂）模具。金屬冷噴模具采用TAFA公司的噴涂設備，用噴槍在RP原型表面噴涂金屬外殼，厚度可達2mm甚至更厚，然后是鋁顆粒和樹脂混合材料用作背襯材料。埋設冷卻管道，涂層和背襯材料。

轉移粘合劑并移除RP原型以制造模具。噴涂表面的表面復制性非常好，尺寸精度高，并且可以拋光以改善表面粗糙度。使用等離子噴涂（噴涂）技術，可以獲得高熔點金屬涂層（例如不銹鋼涂層）。所得到的模具具有高表面硬度，良好的表面質量，經濟耐用性，制造簡單，并且比金屬冷卻具有更長的使用壽命。

2.中低熔點合金模具。

鋅基合金是典型的中熔點合金，Bi-Sn合金是典型的低熔點合金。鑄造中低熔點合金模具采用RP原型作為主模，將RP原型轉變為硅膠模具，然后從硅膠模具轉動石膏模具，鋅基合金模具通過石膏模具獲得。對于不同的汽車車身板，可以使用不同的RT工藝（如LOM工藝），結合中低熔點合金的快速成型技術，使其更適合大型零件的拉拔和法蘭成型。清華大學開發的新技術采用非烘烤精密陶瓷技術完成LOM原型到陶瓷類的轉換，然后通過精密鑄造低熔點合金（Bi-Sn合金）獲得金屬模具。Bi-Sn合金的熔點為138℃，可以調節Bi與Sn的比例以控制凝固過程中的收縮量或輕微增加，因此殘余應力不會引起變形，并且精度高可以得到保證。工藝路線是：LOM原型是根據CAD模型制造的，并且它被轉變為具有足夠尺寸精度的陶瓷類型。在對陶瓷類型進行特殊處理之后，在約140℃的溫度下鑄造Bi-Sn低熔點合金汽車覆蓋件。拉伸模具。該拉絲模可以制造100至300件汽車覆蓋件，完全可以滿足汽車原型的需求。當模具的精度喪失時，可以重新熔化材料以制造新的拉絲模，從而大大降低模具制造的成本。

3.沉積技術制造的模具。

美國國家工程與環境實驗室（INEEL）開發的RSP（快速凝固過程）快速成型技術的原理是使用普通工具合金（如P20，H13和D2工具鋼或其他合金）粉末，通過沉積技術。在RP原型的表面上形成足夠厚度的沉積層。在增壓作用下，熔融金屬液體進入噴嘴，在高速氣體的作用下，金屬顆粒甚至可以通過原子增強沉積在表面，這可以復制表面極其精細的特征。RP原型。表面粗糙度可達3μm，沉積速率為227kg/h。適用于該方法的材料不僅包括金屬，還包括各種材料，如陶瓷和聚合物。

4.電鑄模。

電鑄是一種快速模具技術，它將快速原型設計與傳統電鑄技術相結合。基本工藝如下：首先，對RP原型的表面進行必要的處理，如研磨，拋光，涂層導電層等；然后，將其置于電鑄槽中，在室溫下通過電鑄獲得金屬殼層，得到殼層的內表面。RP原型的外表面被精確復制；通過中高溫燒結去除金屬殼中的原型；最后，在模框和金屬殼的外側之間澆鑄低熔點合金或鋁粉-樹脂混合材料背襯以獲得電力成型。

五、展望

工具和模具的市場規模已達到650億美元。這個市場對模具的要求是全面的，例如精度，材料，壽命，尺寸，形狀復雜性和速度。由于市場全球化以及競爭的加劇，模具市場對于每一種模具技術最首要的、帶有先決性的要求是其快速性。鑒于模具技術在制造業中所處的關鍵地位，快速制模尤其是快速制造金屬模具技術的開發研究受到高度關注，概括該技術面臨的關鍵問題和發展趨勢有以下幾個特點：

（1）快速軟模及陶瓷等模具的使用范圍受到限制，壓鑄、注塑、沖壓等主導模具的金屬模具快速制造是RPM技術努力的目標。

（2）結合快速成型，鑄造，噴涂等各種原型的間接方法優于直接法。然而，由于工藝的增加以及材料特性和制造環境的影響，精確控制是困難的。開發具有良好尺寸穩定性，減少成型工藝，實現工作環境穩定性的模具材料是提高間接成型成型精度的關鍵。

（3）基于堆疊成形原理的直接成型方法難以滿足高精度，高表面質量耐久模具制造在表面和尺寸精度，綜合機械性能等方面的要求，并且成本高且有限。尺寸規格。與低成本的堆疊和去除成形技術相結合，適用于精細加工和多材料成形將是提高直接成型的實用性，材料適應性和表面精度的有效方法。

六、結束語

通過對快速模具制造技術現狀及趨勢的研究，我們可以發現，該項工作理想效果的取得，有賴于對其多項影響因素與關鍵環節的充分掌控，有關人員應該從客觀實際出發，充分利用既有優勢資源與條件，研究制定最為符合實際的實施方案。

參考文獻

[1]趙勇龍.快速成型技術在模具制造中的應用分析[J].中國高新技術企業，2016（21）：88-89.