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      注塑模具應用研究

      集萃塑膠網 http://www.hitpaws.com 發布時間:2012-7-21 14:04:53 閱讀:

          【集萃網觀察】快速成型技術(Rapid Prototyping,簡稱RP)是80年代末期發展起來的一項高新制造技術,按照其材料及工藝特點主要分為LOM(Laminated Object Manufacturing,又稱分層實體制造) 工藝、SLA(Stereolithography Apparatus,又稱立體光刻) 工藝、SLS(Selective Laser Sintering,又稱選擇性燒結) 工藝、FDM(Fused Depostion Modeling,又稱熔融沉積制造) 工藝等幾大類,在汽車、摩托車、家電、航空、醫療等行業獲得了廣泛的應用。

        但是目前各種快速成型技術的應用都還存在一定的局限性,主要表現在直接制作的快速原型件與實際零件相比在材質、性能等方面還存在較大差異,往往不能用來進行裝機實測各種與強度、性能有關的數據。在產品覆蓋件制作方面,LOM技術制作的紙質原型件雖然硬度很高但容易分層開裂,SLA工藝制作的光敏樹脂原型件脆性較大,SLS工藝直接燒結塑料粉末制作的原型件性能較好但目前成本較高,FDM工藝在原型件的制作成本、支撐等方面也還不盡如人意。另外,試制件在一定數量上的要求往往也難以滿足?焖俪尚图夹g在模具方面的應用導致了快速模具技術(Rapid Tooling,簡稱RT)的出現,并由快速成型技術的一個應用方向迅速發展成為一項相對獨立的新興技術。

        1. 基于LOM技術的快速制模工藝

        快速模具技術一般按其制造過程中是否需要RP原型過渡主要分為直接法和間接法兩大類,如通過RP原型翻制的硅膠模、環氧樹脂模、金屬噴涂模等快速制模工藝屬于間接快速模具技術,而直接快速模具技術主要有SLS工藝、3DP(Three Dimensional Printing,又稱三維印刷成型技術)工藝、LENS(Laser Engineering Net Shaping,又稱激光工程化凈成型技術)工藝等多種直接快速金屬模具技術,基于LOM技術的各種木模、消失模以及注塑紙基模具等也屬于直接快速模具技術。

        利用LOM技術制作的快速原型件,其強度類似硬木,可承受200℃左右的高溫,具有較好的機械強度和穩定性,經過適當的表面處理,如噴涂清漆、高分子材料或金屬后,可作為各類間接快速制模工藝的母模,或直接制作用于注塑用的紙基模具,基于LOM技術的各類快速制模工藝在塑料覆蓋件制作方面都得到了廣泛的應用。

        2. 基于LOM技術的間接快速制模工藝

        在注塑用快速模具應用方面,其基本原理是首先利用LOM技術制作的紙質快速原型件,通過不同的模具翻制技術制作出硅膠模、環氧樹脂模、金屬噴涂模等快速模具,然后根據模具情況進行熱注塑或反應式注塑,得到生產或試制用的塑料零件。由于翻制技術成熟、工藝簡便、方法多樣,可以根據產品質量、數量等具體要求選擇合適的工藝,是目前常用的快速模具技術之一。

        2.1 硅膠模

        硅膠模是最常見的快速模具,又稱軟模(Soft Tolling),是應用范圍最廣、技術最成熟的快速模具制作方法之一,一般用于試制用模具或制作其它模具的過渡模。硅膠模采用的硅橡膠材料主要分為室溫硫化硅橡膠(簡稱RTV硅橡膠)和高溫硫化硅橡膠(簡稱HCV硅橡膠)兩種。前者一般在室溫下固化,可承受300℃左右的溫度;后者的硫化溫度一般在170℃左右,具有更好的性能,工作溫度可達500℃以上。

        硅膠模的制作工藝一般為:以紙基原型件作為母模,在母模上預設分型面并制作分型背襯,噴涂脫模劑;按比例配制硅膠進行澆注;完全固化后再進行另一半的澆注;沿預定的分型面切開硅膠模;取出原型件,完成硅膠模制作。在沒有真空設備的條件下應注意選擇合適的硅橡膠材料以及采取合理的排氣措施。

        硅膠模具有制作周期短、成本低、工藝簡單、材料彈性好、易于脫模、復印性能好的特點。反應式低壓注塑工藝操作簡便,不需要真空設備,但排氣條件較差,容易產生夾帶氣泡和充型不滿的缺陷。硅膠模還存在精度不高、壽命短、不能用于熱注塑工藝的不足之處,用作注塑模時壽命一般為10~50件。另外,便于脫模的特點有時會掩蓋無脫模角或倒脫模的設計缺陷,影響產品設計質量的檢驗效果。

        2.2 鋁填充環氧樹脂模

        鋁填充環氧樹脂模具的工藝過程與硅膠模類似,即首先以紙基原型件作為母模,在母模上預設分型面,噴涂脫模劑,澆注由精細研磨鋁粉填充的雙組分熱固性環氧樹脂,注意混合與固化過程均要在真空狀態下進行,固化后再按上述過程完成另一半的澆注,修整后制成鋁填充的環氧樹脂模具。它主要用作熱注塑模,壽命一般為500~2000件。但環氧樹脂類模具普遍存在導熱性較差的缺點,導致生產周期加長,生產效率與鋼模相比還較低。

        2.3 金屬噴涂模

        金屬噴涂模具主要包括金屬冷噴鍍模具和等離子噴鍍模具。金屬冷噴鍍模具的制造工藝是:首先用噴槍在RP原型的表面上噴射霧化了的熔化金屬,待液態金屬固化后形成厚度約2mm的金屬殼層,再經過添加背襯、埋入冷卻管道、去除原型等處理后制成模具。噴涂表面的復制性能較好,尺寸精度較高。但與傳統金屬模具相比還不能使用較大的鎖模力,另外導熱性差也導致注塑成型周期延長,使用壽命一般為數千件。

        等離子噴鍍模具的制造工藝的基本原理就是電離氣體產生的高溫等離子弧熔化的粉末跟隨高速火焰流噴射到需要噴鍍的工件表面并結成殼層,經處理后制成模具?梢試婂兏呷埸c金屬、非金屬材料,具有表面硬度高、變形小、工藝穩定、使用壽命長的特點。

        3. 基于LOM技術的直接快速制模工藝

        LOM技術在直接快速注塑模具方面的應用主要是反應式注塑模具,根據注塑條件的不同又可分為真空注塑和低壓注塑兩類,下面介紹的就是基于LOM技術的紙基反應式低壓注塑模具工藝(以下簡稱紙基注塑模具)。

        3.1紙基注塑模具設計

        紙基注塑模具設計原理與步驟類似于鋼模設計,但考慮到紙基件制作的特殊性以及注塑方式的差異,紙基注塑模具的設計又有其不同的特點。

        1) 尺寸補償

        紙基注塑模具屬于直接制模,不存在硅膠模等間接制模工藝在翻制過程帶來的累積誤差,因此,影響最終注塑件尺寸精度的因素主要有三維CAD模型轉換STL文件時的轉換精度損失、紙基模具制造誤差、紙基模具裝配誤差、聚氨酯注塑材料收縮率等,在這里需要補償的尺寸就是聚氨酯材料的收縮率,即在三維軟件中對三維CAD模型進行尺寸補償,這對于尺寸較大的零件來說是必須要考慮的。$$分頁$$

        2) 脫模方向確定與分型面設計

        一般來說,脫模方向在進行三維CAD模型設計時就已經考慮好了,這里需要做的就是綜合考慮模具設計、制造的各個環節,進一步確認原設計脫模方向的合理性,如存在問題則可對三維CAD模型進行修改,重新設計脫模方向或模型結構。

        分型面設計的基本原則與鋼模類似,但同時還要考慮紙基件的特殊性以及反應式注塑工藝的具體特點,主要是分型面的設計要符合最大投影面原則,確保注塑件的尺寸精度與表面質量,盡量簡化模具結構,便于模具的制造與安裝,符合反應式低壓注塑的工藝條件,考慮紙基件強度薄弱區域位置與成型方向等方面因素。

        脫模方向確定與分型面設計直接與模具結構、模具制造、注塑成型等各環節密切相關,是模具設計成功與否的重要環節之一。

        3) 脫模斜度檢查與設計

        由于紙基模具表面質量比鋼模差,又沒有硅橡膠模的彈性,因此,除一般的脫模斜度檢查外,為了便于脫模,在滿足工件尺寸公差要求,或不影響工件結構、功能的前提下,脫模斜度盡可能取大一些,或在模具結構上對不易脫模的部位加以重點考慮。

        4) 抽芯、滑塊、頂桿設計

        如果零件結構需要,還應像鋼模一樣設計抽芯、滑塊、頂桿等結構,其設計是否合理對于注塑件能否順利脫模至關重要,也是紙基注塑模具設計的技術關鍵之一。

        5) 流道、澆口、排氣口設計

        紙基模具的流道與澆口,不必像鋼模那樣設計主流道、分流道、澆口、冷料穴等完整的澆注系統,而采用模具表面直接到注塑件的簡易澆口設計,澆口位置選取時主要考慮一般應在最低點或相對低點以利于聚氨酯材料充滿型腔及自然排氣,盡量設置在不影響注塑件外觀的部位,盡量設置在殘留冷料少以及便于取出的位置。排氣口一般應設計在相對高點及排氣死角位置以保證聚氨酯材料充滿型腔。

        6) 鎖模、定位設計

        鎖模、定位設計主要是考慮反應式低壓注塑過程是以手工操作為主,應在適當位置設計孔位,以便注塑時用螺栓緊固鎖模并定位。

        3.2紙基注塑模具制造

        紙基模具的制造過程實際上就是紙基快速原型件的制作過程,即按照紙基快速原型件的制作方法來制造紙基注塑模具的動模、定模、抽芯、滑塊、頂桿、嵌塊等各個部件,分別處理、裝配,制作出完整的紙基注塑模具。

        首先將設計好的紙基模具各個部件的三維CAD模型按照有效用紙、強度優化、便于剝離等紙基件制作原則在三維設計軟件中合理裝配,一次或數次制作完成,將裝配好的文件轉換為快速成型機所能接受的STL文件并輸入快速成型機進行紙基件的制作,然后將制作完成的紙基模具快速原型件進行廢料剝離、零部件分離,反復多次涂漆、打磨,各部件修整、試裝配,最終完成紙基模具各零部件快速原型件的制作。

        3. 3反應式低壓注塑

        首先將各個零部件在適當的表面噴涂脫模劑,然后按照設計好的孔位進行定位、鎖模,模具裝配完成后將反應式樹脂與固化劑在常溫常壓下用電動低壓注塑機注入紙基模具中,完成注塑件的澆注過程。待完全固化后,拆開模具,取出注塑零件。按需要進行修整、打磨、噴漆等處理以滿足工藝要求。

        由于反應式注塑材料與紙基件表面強化漆同為聚氨酯類材料,為防止兩者之間發生反應而影響脫模,應采取有效的隔離措施或噴涂具有隔離作用的脫模劑。

        這一快速模具技術已在摩托車空濾蓋及護板等塑料覆蓋件的研制中得到應用,實踐表明紙基注塑模具具有制作周期短、精度高、使用壽命較硅膠模長(可達數十件至數百件)的特點,注塑工藝簡便、注塑件質量良好,完全滿足新產品研制與開發中小批量生產的要求。

        4. 結束語

       。1) 基于LOM技術的注塑模具無論是在新產品試制還是在中小批量生產方面都得到了廣泛應用,其中直接制造反應式低壓注塑模具的工藝方法具有模具制作速度快、成本低、工藝簡便的特點,有著良好的應用前景。

       。2) 紙基注塑模具在模具設計思路、考慮要素以及模具結構等方面與鋼模設計類似,紙基注塑模具的設計實際上已經完成了鋼模設計的前期準備工作,稍加改變并完善?虻韧鈬o助結構設計就可迅速投入模具生產,為并行工程的順利實施提供了有力的保障。

        來源:華祥塑料商務網



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