第五章 快速模具制造

快速制模技术模具是制造业中使用量大、影响面广的工具产品。

没有型腔模、压铸模、铸模、深拉模和冲压模，就无法生产出被广泛应用和具有竞争价格的塑料件、合金压铸件、钢板件和锻件。

在现代批量生产中，没有高水平的模具，就没有高质量的产品，它对企业提高生产效率、降低生产成本也有重要的作用。

据国外最新统计分析，金属零件粗加工的75%、精加工的50%和塑料零件的90%是用模具加工完成的。

因此，模具工业也被称为“皇冠工业”。

由于市场竞争的日益激烈，产品更新换代的速度不断加快，多品种小批量将成为制造业的重要生产方式，在这种情况下，制造业对产品原型的快速制造和模具的快速制造提出了强烈的要求。

高速加工技术的出现，为模具制造技术开辟了一条崭新的道路。

快速制模技术是一种快捷、方便、实用的模具制造技术。

特别适用于新产品开发试制、工艺验证和功能验证以及多品种小批量生产。

快速制模技术特点快速模具制造技术与传统的模具制造技术相比,具有如下特点：（1)制造方法简单，工艺范围广由于快速模具制造是基于材料逐层堆积的成形方法，工艺过程相对简单、方便和快捷，它不仅能适应各种生产类型特别是单件小批的模具生产，而且能适应各种复杂程度的模具制造；它既能制造塑料模具，也能制造金属模具。

模具的结构愈复杂，快速模具制造的优越性就更突出。

（2）模具材料可强韧化和复合化快速模具制造工艺能方便地利用在合金中添加元素或结晶核心，改变金属凝固过程或热处理等手段，可改善和提高模具材料的性能；或者在合金中添加其它材料，可制造复合材料模具。

(3)设计周期短，质量高由于RT的模具设计极少依赖人的因素，因而可有效地降低人为的设计缺陷。

设计师可利用RP制造的高精度模型，在设计阶段就可对产品的整体或局部进行装配和综合评价，并不断改进，大大地提高了产品的设计质量。

（4）便于远程的制造服务由于RT对信息技术的应用，缩短了用户和制造商之间的距离，利用互联网可进行远程设计和远程服务，能使有限的资源得到充分的发挥，用户的需求能得到最快的响应。

快速模具制造技术RPM技术制作的原型在许多情况下由于其使用材料的限制，还不能替代最终的真实产品。

为获得真实材料制作的产品，且快速形成一定批量的生产能力，便产生了基于RPM的快速模具(Rapid Tooling)制造技术。

运用RT技术突出的特点就是其显著的经济效益，它与传统的数控加工模具方法相比，周期和费用都降低了10%-30%左右。

快速成型制造技术自80年代末在美国产生以来，得到了工业界的迅速重视与应用，使得该项技术一直处于繁荣发展阶段。

RPM技术如果仅仅停留在原型制作上，尚形成不了对制造业的冲击，要想发挥RPM技术的更大优势，就必须形成一定批量的快速制造能力，因此，基于RPM的快速模具技术RT受到高度重视，也得到了迅速的发展。

基于RP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-SLS法。

用这种方法制造的钢铜合金注射模，寿命可达5万件以上。

但此法在烧结过程中材料发生较大收缩且不易控制，故难以快速得到高精度的模具。

目前，基于RPM 快速制造模具的方法多为间接制模法。

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(Soft Tooling)和硬质模具(Hard Tooling)两大类。

软质模具软质模具因其所使用的软质材料，如硅橡胶、环氧树脂、低熔点合金、锌合金、铝等，有别于传统的钢质材料而得名，由于其制造成本低和制作周期短，因而在新产品开发过程中作为产品功能检测和投入市场试运行以及国防、航空等领域单件、小批量产品的生产方面受到高度重视，尤其适合于批量小、品种多、改型快的现代制造模式。

目前提出的软质模具制造方法主要有树脂浇注法、金属喷涂法、电铸法、硅橡胶浇注法等。

1硅橡胶浇注法硅橡胶浇注法制作的模具由于具有良好的柔性和弹性，能够制作出结构复杂、花纹精细、无拔模斜度或倒拔模斜度以及具有深凹槽的零件，因而倍受关注。

模具快速制造技术模具是工业制造中不可或缺的一环。

它是将原材料经过加工和成型，用来制造各类产品所必需的工具。

随着科技的不断进步，模具制造技术也在不断革新。

其中，模具的快速制造技术是当前最为热门和前沿的技术之一。

一、快速制造技术的概念和特点快速制造技术（Rapid Tooling）是相对于传统模具制造方法而言的一种新型模具制造技术。

它是以电脑辅助制造技术（CAD/CAM）为基础，将设计好的三维模型转化为实体模具的方法。

与传统模具制造方法不同的是，快速制造技术的模具制造时间更短，成本更低廉，且可以制造高精度、复杂度更高的模具。

二、快速制造技术的分类根据快速制造技术的基本原理和应用范围，可将快速制造技术分为以下几类：1. 真空吸塑快速制造技术：真空吸塑快速制造技术是利用一些特殊的硅胶、塑料材料制作模具，之后利用真空吸塑技术快速制作出各种小尺寸的零件模具。

这种技术可以用于制作一些复杂形状、大批量、高质量且设计要求高的低压模具。

2. 烧结金属粉末快速制造技术：烧结金属粉末快速制造技术是指利用烧结工艺将金属粉末制成具有一定强度的模具，然后进行加工成型。

这种技术可以制造出复杂形状、高强度的大型模具。

3. 3D打印快速制造技术：3D打印快速制造技术是指将设计好的三维模型通过3D打印技术逐层输出制作模具的方法。

这种技术制造时间短、成本低、且具有一定的精度和表面质量。

4. 清模快速制造技术：清模快速制造技术是指通过复制已有的模具，并改变模具结构，以适应新的设计要求和工艺流程的方法。

这种技术可以省去制作新模具的时间和成本。

三、快速制造技术的应用领域快速制造技术广泛应用于各个行业，例如汽车、电子、医疗器械、航空等领域。

在汽车制造领域，快速制造技术可以进行模具造型、检具制作、模具试验和检验等工作。

可以快速制造出汽车大灯、排气管、座椅等各类零部件的模具。

在电子行业，快速制造技术可以利用3D打印技术快速制作出手机、电脑等各类产品的外壳，提高产品开发的速度和灵活性。

基于快速成形技术的快速模具制造技术一、引言近10年来，制造业市场环境发生了巨大的变化，迅速将产品推向市场已成为制造商把握市场先机的重要保障。

因此，产品的快速开发技术将成为赢得21世纪制造业市场的关键快速成形技术(以下简称RP)是一种集计算机辅助设计、精密机械、数控激光技术和材料学为一体的新兴技术，它采用离散堆积原理，将所设计物体的CAD模型转化成实物样件。

由于RP技术采用将三维形体转化为二维平面分层制造的原理，对物体构成复杂性不敏感，因此物体越复杂越能体现它的优越性。

以RP为技术支撑的快速模具制造RT(Rapid Tooling)也正是为了缩短新产品开发周期，早日向市场推出适销对路的、按客户意图定制的多品种、小批量产品而发展起来的新型制造技术。

由于产品开发与制造技术的进步，以及不断追求新颖、奇特、多变的市场消费导向，使得产品(尤其是消费品)的寿命周期越来越短已成为不争的事实。

例如，汽车、家电、计算机等产品，采用快速模具制造技术制模，制作周期为传统模具制造的1/3～1/ 10，生产成本仅为1/3～1/5。

所以，工业发达国家已将RP/RT作为缩短产品开发时间及模具制作周期的重要研究课题和制造业核心技术之一，我国也已开始了快速制造业的研究与开发应用工作。

二、基于RPM的快速模具制造方法模具是制造业必不可少的手段，其中用得最多的有铸模、注塑模、冲压模和锻模等。

传统制作模具的方法是：对木材或金属毛坯进行车、铣、刨、钻、磨、电蚀等加工，得到所需模具的形状和尺寸。

这种方法既费时又费钱，特别是汽车、摩托车和家电所需的一些大型模具，往往造价数十万元以上，制作周期长达数月甚至一年。

而基于RPM技术的RT直接或间接制作模具，使模具的制造时间大大缩短而成本却大大降低。

1. 用快速成形机直接制作模具由于一些快速成形机制作的工件有较好的机械强度和稳定性，因此快速成形件可直接用作模具。

例如，Stratasys公司TITAN快速成形机的PPSF制件坚如硬木，可承受300℃高温，经表面处理(如喷涂清漆，高分子材料或金属)后可用作砂型铸造木模、低熔点合金铸造模、试制用注塑模以及熔模铸造的压型。

第6章模具的快速成型及快速制模技术随着生产技术的进步，新材料和先进设备的出现，使市场竞争日趋剧烈。

各个生产厂家为缩短产品的研发、生产周期，降低生产本钱和风险，使得快速成型及快速制模技术在生产中逐步得到了应用。

快速制模技术包括传统的低熔点合金模、电铸模具的制造技术和以快速成型技术〔Rapid Prototrping，RP〕为根底的快速制模技术。

这里介绍后种快速制模技术。

快速成型技术问世不到十年，已实现了相当大的市场，开展非常迅速。

人们对材料逐层添加法这种新的制造技术已逐步适应。

制造业利用这种现代化制造手段与传统制造技术的接轨的工作也进展顺利。

有效地结合数控加工、铸造、金属冷喷涂、硅胶模等制造手段，使快速成型技术已成为现代模型、模具和零件制造的强有力手段。

在航空航天、汽车摩托车、家电、医疗器械等领域得到了广泛应用。

型制造技术的根本原理与特点快速成型制造技术的根本原理快速成型制造技术〔Rapid Prototyping & Manufacturing，RPM〕，在20世纪80年代中期由欧美、日本等兴旺工业国家提出，旨在解决常规机械加工或手工无法解决的问题。

快速成型制造技术是多学科、技术的穿插产物，融合了机械工程、材料科学、计算机技术、数控原理、光学技术等前沿技术。

全世界大约有数百家专门研究机构进展这方面的研究。

快速成型制造技术可以实现低本钱、高生产率和短周期的生产特点。

同时，从设计和工程的角度出发可以设计形状复杂的零件，无需受时间、本钱、可制造性方面的限制，如下图。

图快速成型技术制造的产品根据材料的别离形式把快速成型分为两类：1〕材料去除成形多余的材料〔工艺余料〕从基体上别离出去从而得到想要加工的模型形状，它是当前的主要加工方式，也是用得最为广泛的加工方法。

2〕材料堆积成形将材料通过合理的工艺方法堆积出想要加工模型。

该模型的堆积过程是在计算机的控制下完成的，因此成型的模型形状在理论上可以任意复杂。