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?？焖僭图夹g(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?；蚰Ｇ弧⒛Ｐ?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?？焖僦圃旒夹g(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,。
?。?）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,。
?。?）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,。
?。?）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,。
?。?）組裝試?！ ?
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。
