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金屬模具快速制造技術(shù)發(fā)展研究
泰州技師學(xué)院 李榮林 2014/4/21 18:49:32
【摘要】快速成形技術(shù)在快速軟模方面取得了很大的進步，目前正迅速向快速制造金屬模具方向發(fā)展。本文介紹了金屬模具快速制造技術(shù)概況，并分析了金屬模具直接和間接快速制造技術(shù)的發(fā)展情況，從整體上上對其發(fā)展歷程進行了相應(yīng)了解。
【關(guān)鍵詞】金屬模具 制造技術(shù) 發(fā)展
1 金屬模具快速制造技術(shù)概況
快速制造技術(shù)對于金屬模具的目標就是低成本制造，這是因為金屬材料綜合性能比較優(yōu)良，國際上發(fā)達國家快速制造技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了快速制造原型、快速制造軟模階段，目前的發(fā)展方向是快速制造硬模，現(xiàn)在對于快速制造金屬材料中的鐵系金屬硬模的研究以及成為全世界的熱點。已經(jīng)提出的金屬模具快速制造技術(shù)分為直接快速成型和間接快速制造技術(shù)。直接制造技術(shù)是由快速硬模系統(tǒng)制造的，而間接制造技術(shù)是由實物模型來復(fù)制的。目前這兩種方法比較車管所的是間接法，因為直接法在綜合機械性能、表面質(zhì)量、精度和尺寸范圍等還存在某些問題。
2 金屬模具直接快速制造技術(shù)
直接法受到高度關(guān)注是由于其在降低成本、提高精度、發(fā)揮材料性能、節(jié)能省資源、縮短制造周期等方面有很大的潛力。對快速制造金屬模具(DRMT)技術(shù)的應(yīng)用關(guān)鍵在于保證去綜合性能質(zhì)量、提高模具制造效率和表面精度，從而制造質(zhì)量、高精度、耐久能滿足工業(yè)化批量生產(chǎn)的金屬模具。目前已經(jīng)出現(xiàn)的金屬模具直接快速制造技術(shù)有激光熔融堆積法（LENS）和選擇性激光燒結(jié)法（SLS）。其中激光熔融堆積法是基于激光熔覆，選擇性激光燒結(jié)法是以激光為熱源，還有金屬薄板LOM技術(shù)和三維打印技術(shù)(3DP)，這兩個都是噴射成形的。還有以等離子電弧為熱源的熔積法(PDM)。
2.1 SLS工藝
SLS工藝是有選擇的用激光燒結(jié)基底商的薄層粉末，然后鋪粉后再進行下一層燒結(jié)，如此反復(fù)的進行層間燒結(jié)和逐層燒結(jié)，最終去除未被燒結(jié)的部分，就會得到三維實體。目前SLS工藝較為成熟的有美國的聚合物包裹金屬粉末、德國的混入低熔點金屬等。美國的聚合物包裹金屬粉末是利用加熱后的粘結(jié)劑、激光燒結(jié)包覆有粘結(jié)劑的鋼粉來粘結(jié)金屬粉末，生成多孔制的成形體，脫濕干燥后再進行燒結(jié)、滲銅、打磨等工序，最終得到金屬模具；而德國的混入低熔點金屬工藝是讓低熔點技術(shù)滲透到金屬粉末中，這樣可以增大粉末的間隙抵消燒結(jié)收縮，減小收縮率。由于SLS工藝所制成的成形體密度較低，還得經(jīng)過燒結(jié)和浸透才能達到較高的滿意度，這增加了時間和成本，故其不能成為完全的DRMT。
2.2 LENS工藝
LENS工藝是以激光熔融技術(shù)為基礎(chǔ)而開發(fā)出來的，通過利用激光器在前一層金屬或基底上形成移動熔池，將金屬粉末轉(zhuǎn)入噴槍噴入其中，從而時期熔化而實現(xiàn)冶金結(jié)合。計算機控制基底運動而不用激光器移動，直接生成零件。此工藝比SLS工藝下的零件性能高，但是仍又算不足，難以保證精度且缺乏支撐材料，適合制造簡單性質(zhì)的模具。
2.3 3DP工藝
3DP工藝是在粉末上噴射固化結(jié)合劑使粉末堆積成三維實體，再經(jīng)過燒結(jié)和浸透工序得到最終模具。其表面粗糙度和精度都比較差。最近出現(xiàn)了復(fù)制層積成形樹脂，等離子熔積法的特點是可以獲得滿密度金屬、使用材料范圍廣等特點。
2.4 薄板激光切割LOM技術(shù)
薄板激光切割LOM技術(shù)制成的有注塑成形模、真空成形模和沖壓模等。但是其對材料的利用率低且疊層間需要緊固處理、制作時間長等。另外，層削金屬塊結(jié)合法是將模具分成2維塊進行結(jié)合，此種方法適用于加工性能高的鋁材質(zhì)和鋅材質(zhì)模具試制。
3 金屬模具間接快速制造技術(shù)
目前金屬模具間接快速制造技術(shù)主要有電鑄、熔射、粉末燒結(jié)、鑄造等方法。國外對于這些技術(shù)的應(yīng)用有CEMCOM公司的鍍鎳加陶瓷復(fù)合工藝以及別的公司的粉末成形燒結(jié)加浸透快速復(fù)制工藝。我國清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、西安交通大學(xué)和華中科技大學(xué)已經(jīng)采用電鑄、電極加工、鑄造等方法制成了快速經(jīng)濟模具。傳統(tǒng)方法在制造簡單形狀模具和大尺寸模具時具有優(yōu)勢。粉末燒結(jié)法語其他間接制模法相同的優(yōu)點之一是原型表面容易精加工，其不足的地方就是燒結(jié)、浸透和復(fù)制等工藝較為復(fù)雜。而且如果用的WC粉末角度較多的話，在進行機械加工時會有困難；電鑄制模法的不足是其制模周期長，這是一個需要解決的問題；熔射制模法是形成金屬融合層后對其補強，然后取出原型后就會得到金屬模具，但是有的只能熔射熔點較低的鋅合金，有的卻通過開發(fā)耐熱被熔射原型，則其可以熔射熔點稍微高點的碳化鎢合金和不銹鋼等作為熔射材料。
金屬模具間接快速制造技術(shù)中粉末燒結(jié)法和鑄造法制模精度不高，而且其尺寸變化較大。電鑄法的復(fù)制精度高，但是其可用材料少、制模時間長且需處理廢液造成的污染。熔射法復(fù)制精度高、尺寸和材料的規(guī)格限制小。間接法（未完，下一頁）
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