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快速制模技术的应用一例 |
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作者：同济大学机械工程学院 孟小文 |
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一、引言
随着全球经济一体化的形成，制造业竞争十分激烈，如何缩短生产周期，降低成本就成了制造业追求的目标，因此必须提高产品开发的速度和制造技术应用的灵活性。
以快速原型方法为依托的快速模具制造技术（RT）就是适应这种市场需求，能快捷、方便地制作工具和模具的一种新型技术。以快速成形技术为基础的快速制模技术，是20世纪80年代后期发展起来的新兴技术，是传统的制模方法与快速成形技术相结合的产物。与传统技术相比，快速制模技术从产品的开发设计到原型件模型的制作，直到产品模具的制造、产品的生产都显示出了无比的优越性。从古代的手工制作到后来的CAD画图，再到现在的RT，它的发展也就形成了一个综合的制造系统。图1就是制造系统中RT的发展和制造工艺流程图。
二、车灯壳的硅胶制模
基于快速原型技术的快速制模技术分为直接模具快速制造和间接模具快速制造两种，而间接快速模具制造又分为软质模具制造和硬质模具制造。真空浇铸技术是快速原型/快速制模技术领域中较新的技术，常用于软质模具制造。下面就介绍用真空浇铸技术来制造车灯壳硅胶模的过程。
1. 试验设备
所用设备包括MK-Mini真空浇铸机、太阳能电子天平、静音空压机、脱模工具和耗材。模具制作材料用硅胶T2和硬化剂（一般按10:1的比例配制）。
2. 硅胶模的制作过程
(1)原型表面处理
用一般的快速原型成形方法制作的车灯原型件，其叠层断面之间一般常存在缝隙或凹凸不平的台阶纹，通常需要进行防渗处理、强化处理以提高原型的抗湿性、抗热性和尺寸稳定性。同时，要对原型表面进行清洁以提高表面的光滑程度，只有原型表面足够光滑，才能保证制作的硅胶模型腔的光洁度，进而确保翻制的产品具有较高的表面质量和便于从硅胶模中取出。
(2)硅胶和固化剂计量，混合并抽真空
首先依据原型件（车灯壳）的尺寸和形状估计原型件的体积，再计算出型箱的体积，两者相减即得所需硅胶的体积。根据硅胶的密度计算硅胶的重量和硬化剂的重量（两者比例约为10:1），然后混合并放入MK-Mini真空浇铸机里抽真空，这主要是除去胶料搅拌时混入的空气及部分反应产物。在这个过程中需要注意的是依据估计的原型件体积来称取硅胶时要适量，型箱体积取得过小，可以降低硅胶的用量节省制模成本，但是会影响硅胶的使用效果且不利于硅胶模的浇注，从而使制作的模具存在缺陷；体积取得过大，既浪费硅胶增加成本也增加了从硅胶模中取出产品的难度。
(3)选取分离面、贴胶纸并制作浇口
采用真空浇注技术原则上不管多复杂的零件，包括凸、侧凹零件，都能成形，关键的问题是要正确、精确地确定分离面的位置，因为它直接影响着浇注产品能否顺利脱模以及产品浇注质量的好坏。浇注口的定位应该使得树脂到达型箱各个边缘的路径长短相同，这样有利于浇注，甚至有可能省掉浇冒口。
浇注口通道位置的固定件最好用光滑的圆杆，通常使用硅胶棒。对于该车灯壳选取下表面为分离面，并在分离面上贴上胶纸，然后用硅胶棒制作浇口。浇口位置只能选取端面位置，不能选上下表面，因为这样会影响车灯的表面光洁度和光学性能，从而影响质量。
(4)硅胶浇注再抽真空固化并烘干
把排气过的硅胶小心地从侧面倒入型箱，硅胶沿着一侧的箱壁进入型箱，直到原型件全部没入硅胶内。把型箱放入 MK-Mini系统中，再次进行抽真空，目的主要是脱去在浇注时因吸附或受堵面残存在胶料中的气泡。这些气泡对模具质量有极大的影响，脱除不彻底会在模具表面产生气孔等缺陷。对此排气进行的时间大约50分钟，将硅胶从真空室里取出放烤箱中烘干，对硅胶进行加速硬化。
(5)脱模
在硅胶硬化后，模具就可打开了。在打开之前通过浇注口通入压缩空气，使得模具与原型件分开，便于下一步脱模。
首先用笔在分离面画出波浪线的分割线，再用小刀按波浪线切开硅胶模。由于硅胶的透明性，小刀切割的过程可以很清楚地看到。这里要注意小刀在尽可能地对着分离面，以防切开的截面与分离面离得太远。为防止浇注时模具的错位，切割模具时，切口应切成锯齿状。然后利用脱模工具将原型件取出后，将硅胶上残留的胶带和硅胶屑去掉，从而车灯的硅胶模具就制作出来了。
利用这个模具就可以制作出许多色样但形状相同的车灯壳产品了。在实验中制作的硅胶模具图样如图2所示。
图2 真空浇铸技术制作的硅胶模具
3. 产品的制作
把制作好的两半硅胶膜具盖上并用钉针固定。先抽真空然后再放入真空浇注机中，使浇注口对准漏斗嘴，把产品材料放入Mini浇注机的杯中，起动机器。通过浇道浇注，完后取出模具进行烘干，待固化后，再取出模具开模，这样产品就被制造出来了。产品可以根据需要选择不同的颜色，产品的原型件和复制件如图3所示。从实验中可知，采用这种快速制模技术制作的产品无论是在质量、式样、还是表面精度，与原型件相比都好不逊色，完全能满足快速生产的要求。
图3 车灯原型件和通过真空浇注技术制造的产品
三、结束语
由实际工程制造可知，采用快速制模技术，产品设计开发快、成本低，适合柔性生产，产品制造灵活。快速原型和快速制模技术相比，快速制模优点更多。利用此工艺可以制作多个样件，很适合于实行单个生产或小批量生产，能适应市场的多方面需求，而且在精度和寿命均能满足特定的功能需要。与传统方法相比，用RT方法可节约近1/2的时间，而且工艺简单、易于推广。
原载《CAD/CAM与制造业信息化》杂志(end)
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(4/6/2006) |
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