[科普中國(guó)]-集成化快速模具制造

快速模具制造技術(shù)是一種相對(duì)較為新型化的模具制造技術(shù)。集成化快速模具制造是指借助于計(jì)算機(jī)技術(shù)、激光技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、精密傳動(dòng)技術(shù)等現(xiàn)代手段將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)輔助制造集成于一體，根據(jù)在計(jì)算機(jī)上構(gòu)造的產(chǎn)品三維模型，能在很短時(shí)間內(nèi)直接制造出產(chǎn)品的樣品，無需使用傳統(tǒng)中的刀具、夾具和模具，從而縮短了產(chǎn)品開發(fā)期，加快了產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度，降低了企業(yè)投資新產(chǎn)品的風(fēng)險(xiǎn)。

簡(jiǎn)介集成化快速模具制造是一項(xiàng)集成了多項(xiàng)技術(shù)手段的復(fù)合型技術(shù)，其所包含的內(nèi)容領(lǐng)域眾多，如計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、激光技術(shù)等許多前沿技術(shù)。已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在了制造業(yè)的眾多分支領(lǐng)域內(nèi)，為推動(dòng)制造業(yè)的規(guī)?；l(fā)展提供了巨大的基礎(chǔ)支持。集成化快速模具制造基于直接或者間接離散及堆積原理，將形狀十分復(fù)雜的模具在短時(shí)間內(nèi)制造完成，同時(shí)這也是快速模具制造技術(shù)研究的重點(diǎn)內(nèi)容。集成化快速模具制造的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是：對(duì)于更復(fù)雜的設(shè)計(jì)，快速模具制造技術(shù)也是完全可能辦到的。由于快速模具制造在方法上基本上是印刷技術(shù)。它們?cè)试S模型再次成型。用其他方法將不可能實(shí)現(xiàn)這些工作。例如，冷卻線可以放置在符合模具設(shè)計(jì)的確切位置上。在薄片形模具方面，直接創(chuàng)建這些符合要求的冷卻線，能帶來更好的熱能管理和產(chǎn)生更好的模具。

方法直接制模法

此種制模方法有著較為巨大的發(fā)展?jié)摿?。其主要是通過把 CAD 繪制圖紙內(nèi)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息準(zhǔn)確反映到所要制作的模具當(dāng)中并以此來完成對(duì)模具的精度控制。這一方法在制作周期方面相對(duì)較短，效率更高，因此也就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)模具生產(chǎn)效率與成本資金的大幅度降低，確保模具性能與精度能夠保持較高的水準(zhǔn)，市場(chǎng)前景看好。然而同時(shí)也應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，當(dāng)前國(guó)內(nèi)關(guān)于直接制模法的研究還相對(duì)較為淺顯，在實(shí)際的生產(chǎn)階段當(dāng)中對(duì)模具表層精度很難做到精準(zhǔn)掌控，在性能上也無法滿足于高標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定性妖氣，由此也將會(huì)導(dǎo)致直接制模法很難達(dá)到大規(guī)模化生產(chǎn)的要求。

我國(guó)所普遍采用的直接制模法主要有熱源熔積、激光燒結(jié)、3D 打印等方法。熱源熔積方法是采用等離子來進(jìn)行模具生產(chǎn)；激光燒結(jié)是通過以激光為熱源來開展模具生產(chǎn)；3D 打印則是通過噴射成型的方式達(dá)到模具生產(chǎn)的目的。考慮到這些方法均是基于堆積成型的原理基礎(chǔ)之上，在磨具生產(chǎn)時(shí)其必定會(huì)出現(xiàn)表層階梯效應(yīng)，導(dǎo)致模具精度與耐久性難以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，從而也就很難實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的批量化生產(chǎn)。

間接制模法

與直接制模法相比間接制模法更加成熟，當(dāng)前在實(shí)際應(yīng)用方面具備較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的快速模具制造技術(shù)主要包括了電鑄、燒結(jié)、鑄造、熔射等間接性的制模方法。

間接制模法可采用 CAD 繪圖信息內(nèi)的數(shù)據(jù)資料來完成對(duì)模具快速化原型的制造，亦或是通過部分實(shí)物模型來對(duì)金屬模具進(jìn)行間接性的復(fù)制。間接制模法的應(yīng)用范圍更加廣闊，同時(shí)對(duì)工藝過程的要求也相對(duì)不高，因此在實(shí)際應(yīng)用方面較為簡(jiǎn)便可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的批量化生產(chǎn)，并可有效滿足于快速變化的市場(chǎng)需求。然而其也存在著一定的缺陷問題，即制造出的模具精度較低，周期較長(zhǎng)，而且受制于材料與環(huán)境因素的影響，模具的整體性能相對(duì)偏低。對(duì)此，就加大對(duì)高精度、高性能快速模具制造技術(shù)的研究將是未來的主流趨勢(shì)，工藝過程相對(duì)較為簡(jiǎn)便的模具制造方法也必將會(huì)成為未來發(fā)展的一個(gè)主要方向。進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)模具的精度與質(zhì)量研究，促使模具能夠具備更加良好的耐久性并制造出更加復(fù)雜化的模具將是未來的主要研究重點(diǎn)1。

應(yīng)用前景快速模具制造技術(shù)是一種相對(duì)較為新型化的模具制造技術(shù)，這一技術(shù)的發(fā)展對(duì)于制造行業(yè)而言有著里程碑式的重要意義。已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在了工業(yè)生產(chǎn)的多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，例如汽車工業(yè)、航空航天等領(lǐng)域。通過對(duì)快速模具制造技術(shù)當(dāng)中金屬模具的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)高效化的生產(chǎn)作業(yè)，有助于企業(yè)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的全面提升。

在汽車工業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中，覆蓋件材料相對(duì)較為纖薄且規(guī)格尺寸相對(duì)較大，外形也不盡相同，因此對(duì)于質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)有著較高的要求。而通過對(duì)快速模具制造技術(shù)的應(yīng)用，則可以使現(xiàn)實(shí)對(duì)覆蓋件的個(gè)性化設(shè)計(jì)，相較于以往的數(shù)控銑加工方式而言，不但能夠大大縮減投資成本與降低安全風(fēng)險(xiǎn)，而且生產(chǎn)周期也能夠得到大幅度的段，所制造出的模具產(chǎn)品質(zhì)量更高，因此其在未來必將擁有十分廣闊的發(fā)展前景。

快速模具制造技術(shù)在航空航天領(lǐng)域也有著廣泛應(yīng)用，如新式火箭發(fā)動(dòng)機(jī)泵殼元件制造采用快速模具技術(shù)后可完全依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行塑料樣件的生產(chǎn)，母模則可采用硅膠翻制予以定型，在將母模固定于鋁標(biāo)準(zhǔn)框加內(nèi)再將準(zhǔn)備好的硅橡膠進(jìn)行澆筑，靜置 18h 左右后便可取出母模，一件合格的泵殼鑄件便可完成制造。

傳統(tǒng)模具發(fā)展的瓶頸傳統(tǒng)的模具制造要用到車削、銑削、刨削、鉆削、磨削、鏜削與電火花等加工方法，才能得到所需的模具形狀和尺寸。隨著人們生活水平的不斷提高，對(duì)產(chǎn)品的復(fù)制程度和精度也提出更高要求，相應(yīng)的模具上常常有一些復(fù)雜的特征與自由曲面，精度與表面質(zhì)量要求較高，所以設(shè)計(jì)與制造周期較長(zhǎng)，成本較高。要設(shè)計(jì)和制造出一副合格的模具，往往需要經(jīng)過由設(shè)計(jì)、加工到試模的多次反復(fù)，也導(dǎo)致了模具制作成本高、周期長(zhǎng)，而且精度不易保證，有時(shí)甚至造成模具的報(bào)廢。應(yīng)該指出的是，由于數(shù)控機(jī)床、加工中心、柔性制造系統(tǒng)以及高速切削等先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，能使模具的加工周期縮短，每道工序的工藝并無重大改變，仍然存在調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)、難以自動(dòng)生成復(fù)雜刀具軌跡、成本高等問題。

傳統(tǒng)的模具制造方法由于其自身固有的生產(chǎn)周期長(zhǎng)、投入風(fēng)險(xiǎn)高、產(chǎn)品改進(jìn)困難等缺點(diǎn)，在一定程度上成為企業(yè)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)發(fā)揮活力的制約因素。隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日趨加劇，要求企業(yè)必須能快速響應(yīng)市場(chǎng)和用戶的需求，促使工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)模式由傳統(tǒng)的大、中批量向具有靈活、易變性和快速反應(yīng)能力的中、小批量轉(zhuǎn)變。當(dāng)產(chǎn)品的生產(chǎn)批量較小時(shí)，模具的制作工時(shí)與成本分?jǐn)傇诿考a(chǎn)品上的數(shù)額就更大，上述問題就更為突出。所以必須要尋求快速制造模具的新方法2。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

李嘉騫 - 博士 - 同濟(jì)大學(xué)