塑料模具的快速制造技术

【摘 要】塑料模具快速制造技术的水平高低直接关系到塑料制品生产的效率，进而对生产商的盈利能力产生影响。本文在此背景下，着重探讨了塑料模具的快速制造技术的发展脉络，并考察了当前较为先进的快速制造技术的具体方法。

【关键词】塑料模具；快速制造技术；注塑

快速制造技术是塑料模具生产的关键技术，它直接关系到了塑料制品的生产效率。因此关注塑料模具快速制造技术十分有必要。笔者将就这一问题，对快速制造技术的生成和发展进行梳理。

一、快速模具制造技术

应用快速成型方法快速制作工具或模具的技术一般称为快速工/模具制造技术，目前它已成为快速成型技术的一个新的研究“热点”。由于传统模具制作过程复杂、耗时长、费用高，往往成为设计和制造生产的“瓶颈”，因此应用快速成型技术快速制造经济模具成为模具制造技术发展的主要推动力之一。将快速原型制造技术直接或间接用于模具制造的过程是：首先通过立体光固化、叠层制造实体、激光选区烧结、三维打印、熔融沉积成型等不同方法得到制件原型，然后通过一些传统的快速制模方法如精密铸造、粉末冶金、电铸和熔射（热喷涂）等来获得长寿命的金属模具或低寿命的非金属模具。这种方法制造模具有技术先进、成本较低、设计制造周期短、精度适中等特点，从模具的概念设计到制造完成，仅为传统加工方法所需时间的1/3和成本的1/4左右。因此，快速制模技术与快速原型制造技术的结合，将是传统快速制模技术进一步深入发展的方向。用快速原型制造技术制造出原型后，或用实物或使用旋转铸造（用热硬化橡胶做模具）可快速、低成本地制造小批量产品，发展前景很好。

二、快速模具制造方法分类及特点

快速成型（RP）技术是上世纪90年代发展起来的一项先进制造技术，主要为新产品开发服务，对促进企业产品创新。缩短新产品开发周期，提高产品竞争力有积极的推动作用。但是。快速成型由于受使用材料限制，并不能够完全替代最终产品，就出现了利用快速成型制作母模再翻制模具的快速模具制造技术RT。快速模具及快速复制技术融合了高分子材料应用、快速成型技术、快速翻制工艺以及CNC加工等新技术、新工艺，可快速、低成本地制造模具。现以导流罩硅胶模制造及零件复制为例介绍快速硅胶软模具及零件复制工艺过程。

基于RP的快速模具制造方法依据材料不同，分为软质模具（soft tooling）和硬质模具（hard tooling）两大类。软质模具因其所使用的软质材料（如硅橡胶、环氧树脂等）有别于传统的钢材而得名。目前常见的软质模具制造方法主要有硅橡胶浇注法、金属喷涂法、树脂浇注法等，对于大批量产品，仍需要制造传统的钢质模具。硬质模具指的就是钢质模具，利用RP原型制作钢质模具的主要方法有熔模铸造法、电火花加工法、陶瓷型精密铸造法等。硅胶软模具采用快速翻制工艺制作，周期短，成本低，可以采用真空注型、压力注型及低压灌注等工艺进行产品复制。由于快速成型价格较贵，为满足快速、低成本、小批量（100件以下）生产需求。应用高分子双组分（硅胶、聚氨酯、树脂）进行快速产品复制的新工艺应运而生，这项新工艺的生产成本一般仅为快速成型的1/5～1/10，且产品材质接近ABS塑料，可满足大多数客户的使用要求。其可加工范围也较大，可将拼接的大型快速成型产品复制成整体件，大大提高了产品结构强度，因此广受欢迎。

三、模具的快速铸造

锌基合金塑料模具的制作过程包括4个工艺环节：①模具的计算机三维模型--LOM原型；②LOM原型--硅橡胶模；③硅橡胶模--转移涂料铸型；④转移涂料铸型--锌基合金模具。各个转制环节都会对模具的尺寸精度造成损失，从三维模型到模具之间的尺寸误差是整个工艺过程中各个环节所产生误差的综合结果。LOM纸型的制作涉及CAD实体造型的数据处理、LOM机制作原型工艺、原型的后处理等环节。3D模型的切片和计算机数据处理，以及纸型制作过程中激光头的运动和激光光斑直径对尺寸精度的影响，可以通过软件的补偿加以解决，但是叠层纸形成的台阶状粗糙表面需要进行表面打磨和处理以获得表面光洁的原型。因此，三维模型到纸型的误差主要是在纸型的后期精整和表面处理过程中产生的。

LOM原型转制硅橡胶模过程尺寸的变化非常小，由于弹性的作用，呈略微膨胀的趋势。转移涂料铸型由于是在硅橡胶模表面硬化后取模，精确度较高，而且涂料所用耐火粉料在合适的粒度分布下热物理性能稳定，但烘烤过程中逐渐失水会导致整体尺寸的少量收縮。锌基合金铸造成形对模具精度的影响主要是收缩造成的尺寸变小。试验中采用的锌基合金的自由线收缩率为1.1%左右，但是铸件的实际尺寸收缩率在铸型中受到凝固收缩受阻的影响，其变化还与铸件的形状、壁厚和浇注温度等铸造条件有关。通过对工艺过程中尺寸精度的测量，发现合金铸造过程的尺寸变化率远大于其他环节，对模具的精度影响最显著。模具制作过程中尺寸变化绝大部分是锌基合金的凝固收缩造成的。根据试验结果和分析，了解锌基合金模具的快速制作过程中各环节的尺寸精度变化规律，进行归纳和预测，将尺寸修正量反馈到计算机3D模型的设计中，就能控制模具的尺寸精度，获得高精度的锌基合金模具。

四、小结

用LOM原型结合精密铸造技术开发的这种塑料模具快速制作技术，非常适合于小批量试制件和样品零件的快速制作，还可以用来对产品个别损坏零件的替换，例如本文制作的汽车前灯罩就是满足汽车修配部门的急需，节省时间和物力财力。但是这种工艺不太适合于要求精确成形的模具，对具有精细部分的塑料模，需要结合机械加工等其他工艺方法制造。未来市场对产品制造的需求将呈现快速、多样、小批量的发展趋势，以快速成形技术结合锌基合金快速制作塑料模具的技术将具有极大的发展潜力，其市场前景十分广阔。

作者简介：娄美，女，汉族，本科，学士学位，衡阳技师学院模具系，主要从事模具专业相关课程教学与科研工作。

参考文献：

[1]戴蓓芳.基于快速成型的快速模具制造技术研究[J].模具工业，2008，34（10）：60-62.

[2]李翠玉，段国林，蔡瑾，等.基于快速原型制造的快速模具技术[J].河北工业大学学报，2002，31（6）：53-57.