第五章 快速模具制造1(借鉴教学)
快速成形技术的快速模具制造技术
快速成形技术的快速模具制造技术快速成形技术是一种快速制造技术，在许多制造领域中被广泛应用。
它的优势在于减少成本和提高生产效率。
快速成形技术的一个关键应用是快速模具制造技术。
在传统制造技术中，模具制造需要花费大量的时间和成本。
快速模具制造技术通过利用快速成形技术的优势来快速制造模具，从而带来更高的生产效率和低成本。
本文将介绍快速成形技术和快速模具制造技术，探讨它们在制造行业中的应用以及未来的发展方向。
一、快速成形技术概述快速成形技术（Rapid Prototyping）是一种以数字模型为基础，通过逐层堆积材料的方式制造复杂结构部件的技术。
它的本质是一种数字化制造技术，利用计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）和快速成形技术等先进技术，实现从数字模型到实体模型的过程。
快速成形技术产生的模型可以用于功能测试、样板制作、微型结构模型测量等领域。
它的一个重要应用是快速模具制造技术。
二、快速模具制造技术的现状快速模具制造技术是一种使用快速成形技术制造模具的技术。
传统的模具制造方法是通过切割、铣削、打孔、线切割等方式来加工模具。
这种方法耗时、成本高，并且生产周期长。
而快速模具制造技术是直接从数字模型制造模具，可以大大缩短制造周期和花费。
快速模具制造技术不仅节约了生产成本，而且使设计者更容易实现他们的设计概念，并快速完成新产品的开发。
目前，快速模具制造技术已经得到了广泛的应用。
主要应用领域包括航空航天、医疗器械、汽车、电子、塑料等行业。
简单来说，快速模具制造技术可以分为两类，分别是直接快速制造模具和间接快速制造模具。
1、直接快速制造模具直接快速制造模具是指从数字模型直接制造模具的技术。
它是实现模具快速制造的一种有效方法。
通过添加材料的方式，模具可以在一定时间内得到制造。
这种方法适用于塑料模具的制造，但在金属制品模具制造方面还没有发挥出全面的优势。
还需要进一步研究和改进。
2、间接快速制造模具间接快速制造模具是指通过制作快速模型制造铸型和翻转模等模具。
快速模具制造
（5）基于RP的熔模铸造和消失法铸造
该法用SL法制成的原型代替蜡模进行精 密铸造，在原型表面挂浆后干燥焙烧结 壳随即进行浇铸；亦可将原型作成蜂窝 状结构直接采用消失法铸造，因为光敏 树脂可在1000C左右烧损气化。这就是美国的
所谓Quickcast技术，该技术已成功地制成了很 多航空用精密铸件。
制模过程
(1) 设计制作原型。 (2) 原型表面处理。 原型表面必须进行光整处理，采用刮腻子、打磨等方 法，尽可能提高原型光洁度。 (3) 设计制作金属模框。 (4) 选择和完善分型面。 (5) 上脱模剂。 (6) 浇注凹模。 (7) 浇注凸模。 (8) 分模。 在常温下浇注的模具，一般1～ 2 天就可基本固化定型， 即能分模。 (9) 取出原型及修模。
（3）金属喷涂模(metal-spraying mould)
该工艺的基本原理是将熔化的金属雾化 后高速喷射沉积在基材上，形成一层薄 壳。根据型材及喷涂材料不同可选用氧 炔焰、等离子及电弧喷涂等。该工艺可 选木材、塑料、石膏、树脂等进行喷涂， 因此，利用RP原型翻制简易模具具有广 泛的应用价值。
硅胶制模法 树脂制模法 电铸 金属喷涂 EDM 熔模铸造 陶瓷型铸造
RT(快速模具制造)的主要工艺方法:
直接法:
(1)LOM(铸模)
(2)FMD(金属直接成形） 间接法:
（1）硅橡胶模具（silicon mould)
室温硫化硅橡胶在室温下直接浇铸成型，固化时间仅几个小时。 这种材料肖氏硬度从20～60不等，抗拉强度4～6MPa,抗撕裂强度 为5～25KN/m。其特点是可直接从原型快速翻制模具，然后用聚 氨酯材料浇灌样件。这种模具寿命为几十件。其样件性能可同 ABS,PE(聚乙烯，PP(聚丙烯）等塑料类比。在外形上同工程塑料 已无甚区别，可用于看样、投标、功能试验和远程制造服务。是 商家进行新产品开发试制，进行市场竞争的有力武器。
《快速模具制造技术》PPT课件
脱泡时硅胶溢出）
速 2、分型面
制
通常选取投影面积最大的面
模
对于高薄壁件，尽量将其整体置于同一半模中。
技
术2021/6/10
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快速模具制造技术
(一) 硅橡胶快速制模的若干问题
硅 3、型框形状
橡
一般：方形、正方形
胶
特殊：按原型形状搭建型框（随形型框）
快
速 4、浇道的位置和方向
制
避免大面积平面形状置于型腔最高位置
模
技
术2021/6/10
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快速模具制造技术
(一) 经济型硅橡胶快速制模工艺方法
硅 橡 传统的快速硅橡胶模具制造过程中存在相当严重的硅橡胶
浪费现象
胶
快
速
制
模
技
术2021/6/10
28ห้องสมุดไป่ตู้
快速模具制造技术
直接法--利用RP技术直接制造出模具本身。 间接法--利用快速成型件作母模或过渡模具，再 通
过传统的模具制造方法来制造模具。
3
快
速
模
具
制
RT
造
技
术
及
其
分
类2021/6/10
快速模具制造技术
软质模具制造
应用：批量小、品种多、改型快的产品制造 方法：硅橡胶浇注法、金属喷涂法、树脂浇注 法 生产制品数量：50～5000件
喷
作母模，将低熔点的熔化金属（如锌铝合金）充分雾化 后以一定的速度喷射到母模的表面，形成模具型腔表面，
涂 充填背衬复合材料，制作锌铝合金软模具。
模具-快速原型-第五章_1软模-281
ξ5 基于快速原型的软模快速制造技术
4 型框一般做成长方形或正方形，但是对于一些特殊结构的零件，为了节 省硅胶，降低成本，可按其形状搭建型框，如图所示，其中a）是水平方 向示意图，b）是高度方向示意图。
ξ5 基于快速原型的软模快速制造技术
5 对于存在大面积平面形状的原型，当贴好分型面后，应合理选定浇道的位置及 方向。对于单一浇道来说，如果在结构许可的情况下，浇道位置应选在原型的重 心附近。浇道的方位应注意避免使大面积平面形状置于型腔的最高位置，否则， 该较大面积平面最后充型时，会因存在少量气泡无法排出而导致该平面处存在较 多气孔。图a)为正确的浇道摆放方式，该方式下，材料充填过程逐渐将剩余的气 体从薄壁上缘通过排气孔排出。若将浇道设置为图b)所示的方位，在填充的最后 阶段，剩余气体被围困在产品较大面积的上表面处，该水平面上的气泡无法流动 而最终残留在型腔中，在产品表面形成气孔，影响产品表面质量。
在浇注过程中，应掌握一定的技巧。硅橡胶浇 注后，为确保型腔充填完好，再次进行真空脱泡， 如右下图所示。脱泡的目的是抽出浇注过程中掺入 硅胶中的气体和封闭于原型空腔中的气体，此次脱 泡的时间应比浇注前的脱泡时间适当加长，具体时 间应根据所选用的硅橡胶材料的可操作时间和原型 大小而定。
脱泡后，硅胶模可自行硬化或加温硬化。加温 硬化可缩短硬化时间。
第五章 基于快速原型的软模快速制造技术
快速原型由于其制造方法 要求的使用材料的限制，并不能 够完全替代最终的产品。
在新产品功能检验、投放市场试运行获得用户使用后的反 馈信息以及小批量生产等方面，仍需要由实际材料制造的产品。
利用快速原型作母模来翻制模具并生产实际材料的产品， 便产生了基于快速原型的快速模具制造技术(Rapid Tooling— RT)。
快速成型第5章 基于快速原型的软模快速制造技术
第5章基于快速原型的软模快速制造技术快速原型由于受其制造方法所要求的使用材料的限制，并不能够完全替代最终的产品。
因此，在新产品功能检验、投放市场试运行获得用户使用后的反馈信息以及小批量生产等方面，仍需要由实际材料制造的产品。
因此，利用快速原型作母模来翻制模具并生产实际材料的产品，便产生了基于快速原型的快速模具制造技术（Rapid Tooling，RT）。
RT技术突出的特点就是其显著的经济效益，它与传统的数控加工：模具方法相比，周期和费用都降低V10～1／3左右，见表5－l。
近年来，工业界对RT的研究开发投入了日益多的人力和资金，RT 的收益由此也获得了巨大增增长据SME统计，近年来RT服务的收益年增长率均高于RP系统销售。
5．1 快速模具的分类及基本工艺流程基于RP的快速模具制造方法一般分为直接法和间接法两大类。
直接制模法是直接采用RP技术制作模具，在RP技术诸方法中能够直接制作金属模具的是选择性激光烧结法（SLS 法）。
用这种方法制造的钢铜合金注塑模，寿命可达5万件以上。
但此法在烧结过程中，材料发生较大收缩巳不易控制，故难以快速得到高精度的模具。
目前，基于RP快速制造模具的方法多为间接制模法。
间接制模法指利用RP原型间接地翻制模具。
依据材质不同，间接制模法生产出来的模具一般分为软质模具（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）有别于传统的钢质材料而得名，由于其制造成本低和制作周期短，因而在新产品开发过程中作为产品功能检测和投入市场试运行，以及国防、航空等领域单件、小批量产品的生产方面均受到高度重视，尤其适合于批量小、品种多、改型快的现代制造模式。
目前提出的软质模具制造方法主要有硅橡胶浇注这、金属喷涂法、树脂浇注法等。
软质模具生产制品的数量一般为50～5000件，对于上万件乃至几十万件的产品，仍然需要传统的钢质模具，硬质模具指的就是钢质模具。
第五章 快速模具制造技术2013
直接制模法：
直接采用RP技术制作模具。 直接制作金属模具：SLS，3DP
间接制模法：
指利用RP原型间接地翻制模具。 依据材质不同分为两大类： 软质模具（Soft Tooling） 硬质模具(Hard Tooling) 。
ξ5 快速模具制造技术
软质模具制造方法:
硅橡胶浇注法、金属喷涂法、树脂浇注法等。
（5）模具基体填充材料制备与浇注
对基体填充材料要求： 可进行钻、铣等机加工； 要有高热导率、低收缩率 与喷涂金属壳体有相近的热膨胀系数， 一定的强度，较高的抗压、抗弯等机械性能，
环氧树脂、铝粉混合物 铝粉 60%~80%
（6）凹模、凸模型腔与母模的分离
采用原型母模电弧喷涂制作的金属壳体
第三节 环氧树脂快速模具
经济型硅胶模制作的一种工艺方法
工艺流程为：原型或样件 — 分型处理 —贴粘土或橡皮 泥―配石膏浆―石膏造型―去粘土―浇注硅橡胶―修
型―试制产品。
具体的工艺过程： 安放原型
贴粘土和浇石膏背衬
硅橡胶浇注
硅橡胶固化
修型
硅橡胶模具的应用—树脂件的真空注型
工艺流程：
清理硅胶模，预热模具
喷洒离型剂，组合硅胶模具
SL制作的型腔
型腔固定在底板上 安装铜管浇注背衬材料
模具安装
制品
二、粉末金属浇注模具 ----- KeltoolTM方法 核心技术是采用KeltoolTM方法制作模具型腔。 粉末金属浇注方法制作的模具尺寸精度比软质模具
高，模具寿命可以达到3000次注射以上。
工艺流程如下图所示
Keltool方法的工艺流程 ：
思 考 题 1、快速模具是如何分类的？
2、软质模具制造方法主要有哪些？
模具加工快速成型及快速制模技术PPT学习教案
该方法制件精度可控制在 0.1mm的范围内。适合成 形小件，能直接得到塑料 第9页/共20页 产品，表面粗糙度质量较 好 。 确定材料有污染，可 能使皮肤过敏。
2）激光快速成形 先在粉末颗粒外面包覆粘接剂，制成 覆膜金属。
3）逐层铺粉 逐层烧结最后制造出三维实体的实物。 4）去粉 用毛刷轻轻去除多余的粉末，粉末可以重复使用 。
5）去粘接剂 在快速成形机内成形后，接着就是脱脂（ 去粘接剂）的后处理。
6）烧结 粘接剂去除后，温度进一步升，达到700℃以上 烧结，以提高工件的强度。
粉、尼龙粉、金属粉、覆膜陶瓷粉）进行选择性烧结。是一种
将离散点一层一层堆积成三维实体的工艺方法，其原理如图6.7
所示。
成形时，送料筒上升，铺粉滚筒移
动，先在工作台上均匀地铺上一层
很薄的粉末材料（0.1~0.2）mm模型离散后的截面轮廓的信息 第11页/共，2对0页制件的实体部分所在区域的粉
三维模型的处理能力主要在两个方面上的应用：三位实 体造型（Solid Modeling）和表面造型（Surface Modeling）功 能。 快速成型行业中常用的软件如下：
1.三维模型的表达方法 12））构边造界型表立达体法几何表第达7页法/共20页 3）参量表达法 4）单元表达法
2．快速成型技术中常用的文件格式
与传统的加工方式相比，快速成形在加工周期和成本上都有着 无可比拟的优势，它突破了毛坯→切削加工→成品的传统加工模 式，不用刀具制造零件，基本上无废料。
图6.4是传统加工方式和快速成形制造的工艺流程的对比 。
快速成形模具制造技术介绍(doc5)5页word
基于快速成形技术的快速模具制造技术一、引言近10年来，制造业市场环境发生了巨大的变化，迅速将产品推向市场已成为制造商把握市场先机的重要保障。
因此，产品的快速开发技术将成为赢得21世纪制造业市场的关键快速成形技术(以下简称RP)是一种集计算机辅助设计、精密机械、数控激光技术和材料学为一体的新兴技术，它采用离散堆积原理，将所设计物体的CAD模型转化成实物样件。
由于RP技术采用将三维形体转化为二维平面分层制造的原理，对物体构成复杂性不敏感，因此物体越复杂越能体现它的优越性。
以RP为技术支撑的快速模具制造RT(Rapid Tooling)也正是为了缩短新产品开发周期，早日向市场推出适销对路的、按客户意图定制的多品种、小批量产品而发展起来的新型制造技术。
由于产品开发与制造技术的进步，以及不断追求新颖、奇特、多变的市场消费导向，使得产品(尤其是消费品)的寿命周期越来越短已成为不争的事实。
例如，汽车、家电、计算机等产品，采用快速模具制造技术制模，制作周期为传统模具制造的1/3～1/ 10，生产成本仅为1/3～1/5。
所以，工业发达国家已将RP/RT作为缩短产品开发时间及模具制作周期的重要研究课题和制造业核心技术之一，我国也已开始了快速制造业的研究与开发应用工作。
二、基于RPM的快速模具制造方法模具是制造业必不可少的手段，其中用得最多的有铸模、注塑模、冲压模和锻模等。
传统制作模具的方法是：对木材或金属毛坯进行车、铣、刨、钻、磨、电蚀等加工，得到所需模具的形状和尺寸。
这种方法既费时又费钱，特别是汽车、摩托车和家电所需的一些大型模具，往往造价数十万元以上，制作周期长达数月甚至一年。
而基于RPM技术的RT直接或间接制作模具，使模具的制造时间大大缩短而成本却大大降低。
1. 用快速成形机直接制作模具由于一些快速成形机制作的工件有较好的机械强度和稳定性，因此快速成形件可直接用作模具。
例如，Stratasys公司TITAN快速成形机的PPSF制件坚如硬木，可承受300℃高温，经表面处理(如喷涂清漆，高分子材料或金属)后可用作砂型铸造木模、低熔点合金铸造模、试制用注塑模以及熔模铸造的压型。
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技术教育
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快速成型技术由于受到使用材料的限制，不能 作为参与实际工作的零件，仅能用作新产品功能 检验、投放市场试运行等方面。因此，便产生了 基于快速原型的快速模具制造技术（RT）。
RT技术的特点：
效率高、费用低
（与传统的数控加工模具相比，开发周期和费用 都降低了1/10~1/3）
技术教育
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5.1 快速模具的分类及基本工艺流程
打磨加工等工序，而且脱模容易，制造周期短，修 模方便
▪ 5）硅橡胶模具具有很好的弹性，对凸凹部分浇
注成型后也可直接取出
技术教育
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二.传统的制模方法
▪ 传统的制模技术大都是依据样模(母模)，采用 拷贝方式(如铸造、喷涂、电铸、复合材料浇注等) 来制造模具主要工作零件(凸、凹模或模腔、模芯) 的。
技术教育
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技术教育
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1.传统制造模具的具体方法
▪ (1) 机械加工方法:传统的切削法
技术教育
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▪ (2) 仿形加工法
▪ (3) 特种加工法:电火花成型加工法;电火花线切割加工 法,电化学加工法等
工作液箱 工具电极 工作液
步进电机 Z向
数控系统及电源柜
工件电极 步进电机
}脉冲电源
X向
}轴伺服系统
Y向
树脂浇注法
熔模铸造法
技术教育
电火花加工 陶瓷型精密铸造
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5.2 硅橡胶模具快速制造技术
▪ 特点：
▪ 1、良好的韧性和弹性，易于制作结构复杂、 花纹精细、无拔模斜度甚至有倒拔模，以 及深凹槽的零件
▪ 2、制作周期短、制件质量高
▪ 分类：
▪ 制模用的硅橡胶为双组分液体硅橡胶，分 为缩合型和加成型。
技术教育
前段内容复习
▪ 一.快速成型技术的原理
▪ 二.快速成型技术建立理论基础
▪ 三.四大快速成型工艺
▪ 1.光固化成型法:原理,装置组成及各装置作用,影 响质量因素,特点.
▪ 2.叠层实体制造工艺:原理,装置组成及各装置作用, 影响质量因素,特点.
▪ 3.丝材选择性烧结:原理,装置组成及各装置作用, 影响质量因素,特点.
了，因此如何提高样模精度已成为快速制模技术
继续深入发展的关键，也是我们要加以解决的重
要课题。
技术教育
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快速成型技术的应用
技术教育
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快速模具制造
▪ 快速模具制造（Rapid Tooling，简称RT），是 以RP为技术支撑而发展起来的新型制造技术.
▪ 它的特点是：
▪ 1.制模周期短，一般为传统模具制造的1/3～ 1/10 ；
▪ 因此，常用在塑料或人造革生产中的高频 压花模具，或尺寸要求不高的工艺品制造。
技术教育
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▪ 加成型模具的硅橡胶由于采用加成硫化体 系，在成型过程中不产生低分子化合物， 因而具有低得线性收缩率，胶料可以深部 固化，且物理、力学性能和耐热老化性能 优异，适用于制造精密模具和铸造模具， 且模具制造工艺简单，不损伤原型、仿真 性好。
技术教育
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5.2 硅橡胶模具快速制造技术
▪ 5.2.1 硅橡胶模具的特点
▪ 1）硅橡胶具有良好的仿真性、强度和极低的收 缩率
▪ 2）该材料制造弹性模具简单易行，无需特殊的 技术及设备
▪ 3）模具能经受重复使用和粗劣的操作，能保持 制件原型和批量生产产品的精密公差
▪ 4）能直接加工出形状复杂的零件，免去铣削和
步进电机
技术教育
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技术教育
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电火花加工工件
技术教育
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传统的制模方法缺陷
▪ ① 精度低。 ▪ ② 制作周期长，如快速切削铝模需要2～4周时间。 ▪ ③ 柔性差：元件有所改变时，模具很难修改，不得不重
做。
技术教育
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传统的制模方法及其缺陷
▪
上述三种缺陷中精度和周期是重要的问题，
只要解决了样模精度，模具精度自然就迎刃面解
具,软模具等,再通过传统的机械加工法来生产模 具的方法.
技术教育
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快速制模方法
▪ 间接法是先制作一个母模，一般由快速成形系 统建立，再由这样的母模制作模具，主要有：
▪ （1）用快速成形件作母模，与传统工艺结合制
① 在快速成形的母模上，浇注蜡、硅橡胶、环 氧树脂、聚氨脂等软材料，从而得到软模具；
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▪ 软质模具的特点： ▪ 成本低、周期短
▪ 适合于批量小、品种多、改型快的现代制 作模式
▪ 制品数量一般为5成型模具的硅橡胶
羟基聚硅氧烷（生胶）
乙烯基聚硅氧烷
填料
含氢硅油（交联剂）
交联剂
铂触媒（催化剂）
硫化剂
白炭黑（填料）
技术教育
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▪ 缩合型模具硅橡胶的抗剪切强度较低，在 模具制造过程中易撕裂，难于成型花纹深、 形状复杂的模具；成型过程中由于缩合交 联反应产生乙醇物质难以完全排出，使模 具在受热时硅橡胶降解老化，同时由于乙 醇的排出也使得硫化胶的体积收缩，影响 模具的尺寸缩小。
快速响应用户最新的需求。这种趋势在汽
车、摩托车、电子产品、家电产品、玩具
等制造业显得尤其突出。
技术教育
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▪ 实现新产品的快速、高效开发涉及多种 领域的先进技术，例如，计算机辅助设计 (CAD)、计算机辅助工程(CAE)、计算机辅 助制造(CAM)、新材料，以及产品与相应 工艺装备的快速成形、制造等，其中特别 是有关模具的设计与制作技术。
▪ 2.工艺简单，易于推广；
▪ 3.制模成本低（仅为传统制模的1/3～1/5 ）
▪ 4.精度和寿命能满足某种特定的功能需要，综合 经济效益良好。
技术教育
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快速制模技术分类
▪ 快速制模技术分类主要有两大研究方向: ▪ 1.直接快速制模技术,即用粉末烧结法,丝状材料
融覆法,叠蹭实体制造工艺法等制备陶瓷,金属模. ▪ 2.间接快速制模技术.通过快速成型技术制备母模
▪ 4.粉末材料激光烧结:原理,装置组成及各装置作用, 影响质量因素,特点.
▪ 四.快速成型前处理过程
▪ 五.快速成型工艺工件质技术量教育的控制.
1
第五章
快速模具制造
技术教育
2
一.概述
▪
随着社会的进步与经济的发展，市场
竞争愈来愈剧烈，迫使制造业在不断改善
产品的性能与品质的前提下，最大限度地
缩短新产品的开发周期、降低成本，以便
▪ 直接法：直接采用RP技术制作模具（SLS： 钢铜合金注塑模，15万件寿命，但材料在 烧结过程中收缩变形较大，且不易控制， 难以获得精度高的模具）
▪ 间接法：利用RP原型间接地翻制模具。
技术教育
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RT
直接法
间接法
SLS 钢铜合金
软质模具 Sofe Toling
硬质模具 Hard Tooling
硅橡胶浇注法 金属喷涂法