快速制模技術的應用一例

一、引言

    隨著全球經(jīng)濟一體化的形成，制造業(yè)競爭十分激烈，如何縮短生產周期，降低成本就成了制造業(yè)追求的目標，因此必須提高產品開發(fā)的速度和制造技術應用的靈活性。

    以快速原型方法為依托的快速模具制造技術（RT）就是適應這種市場需求，能快捷、方便地制作工具和模具的一種新型技術。以快速成形技術為基礎的快速制模技術，是20世紀80年代后期發(fā)展起來的新興技術，是傳統(tǒng)的制模方法與快速成形技術相結合的產物。與傳統(tǒng)技術相比，快速制模技術從產品的開發(fā)設計到原型件模型的制作，直到產品模具的制造、產品的生產都顯示出了無比的優(yōu)越性。從古代的手工制作到后來的CAD畫圖，再到現(xiàn)在的RT，它的發(fā)展也就形成了一個綜合的制造系統(tǒng)。圖1就是制造系統(tǒng)中RT的發(fā)展和制造工藝流程圖。

二、車燈殼的硅膠制模

    基于快速原型技術的快速制模技術分為直接模具快速制造和間接模具快速制造兩種，而間接快速模具制造又分為軟質模具制造和硬質模具制造。真空澆鑄技術是快速原型/快速制模技術領域中較新的技術，常用于軟質模具制造。下面就介紹用真空澆鑄技術來制造車燈殼硅膠模的過程。

    1. 試驗設備

    所用設備包括MK-Mini真空澆鑄機、太陽能電子天平、靜音空壓機、脫模工具和耗材。模具制作材料用硅膠T2和硬化劑（一般按10:1的比例配制）。

    2. 硅膠模的制作過程

    (1)原型表面處理

    用一般的快速原型成形方法制作的車燈原型件，其疊層斷面之間一般常存在縫隙或凹凸不平的臺階紋，通常需要進行防滲處理、強化處理以提高原型的抗?jié)裥浴⒖篃嵝院统叽绶�(wěn)定性。同時，要對原型表面進行清潔以提高表面的光滑程度，只有原型表面足夠光滑，才能保證制作的硅膠模型腔的光潔度，進而確保翻制的產品具有較高的表面質量和便于從硅膠模中取出。

圖1 RT的發(fā)展和制造工藝流程圖

    (2)硅膠和固化劑計量，混合并抽真空

    首先依據(jù)原型件（車燈殼）的尺寸和形狀估計原型件的體積，再計算出型箱的體積，兩者相減即得所需硅膠的體積。根據(jù)硅膠的密度計算硅膠的重量和硬化劑的重量（兩者比例約為10:1），然后混合并放入MK-Mini真空澆鑄機里抽真空，這主要是除去膠料攪拌時混入的空氣及部分反應產物。在這個過程中需要注意的是依據(jù)估計的原型件體積來稱取硅膠時要適量，型箱體積取得過小，可以降低硅膠的用量節(jié)省制模成本，但是會影響硅膠的使用效果且不利于硅膠模的澆注，從而使制作的模具存在缺陷；體積取得過大，既浪費硅膠增加成本也增加了從硅膠模中取出產品的難度。

    (3)選取分離面、貼膠紙并制作澆口

    采用真空澆注技術原則上不管多復雜的零件，包括凸、側凹零件，都能成形，關鍵的問題是要正確、精確地確定分離面的位置，因為它直接影響著澆注產品能否順利脫模以及產品澆注質量的好壞。澆注口的定位應該使得樹脂到達型箱各個邊緣的路徑長短相同，這樣有利于澆注，甚至有可能省掉澆冒口。

    澆注口通道位置的固定件最好用光滑的圓桿，通常使用硅膠棒。對于該車燈殼選取下表面為分離面，并在分離面上貼上膠紙，然后用硅膠棒制作澆口。澆口位置只能選取端面位置，不能選上下表面，因為這樣會影響車燈的表面光潔度和光學性能，從而影響質量。

    (4)硅膠澆注再抽真空固化并烘干

    把排氣過的硅膠小心地從側面倒入型箱，硅膠沿著一側的箱壁進入型箱，直到原型件全部沒入硅膠內。把型箱放入 MK-Mini系統(tǒng)中，再次進行抽真空，目的主要是脫去在澆注時因吸附或受堵面殘存在膠料中的氣泡。這些氣泡對模具質量有極大的影響，脫除不徹底會在模具表面產生氣孔等缺陷。對此排氣進行的時間大約50分鐘，將硅膠從真空室里取出放烤箱中烘干，對硅膠進行加速硬化。

    (5)脫模

    在硅膠硬化后，模具就可打開了。在打開之前通過澆注口通入壓縮空氣，使得模具與原型件分開，便于下一步脫模。

    首先用筆在分離面畫出波浪線的分割線，再用小刀按波浪線切開硅膠模。由于硅膠的透明性，小刀切割的過程可以很清楚地看到。這里要注意小刀在盡可能地對著分離面，以防切開的截面與分離面離得太遠。為防止?jié)沧�時模具的錯位，切割模具時，切口應切成鋸齒狀。然后利用脫模工具將原型件取出后，將硅膠上殘留的膠帶和硅膠屑去掉，從而車燈的硅膠模具就制作出來了。

    利用這個模具就可以制作出許多色樣但形狀相同的車燈殼產品了。在實驗中制作的硅膠模具圖樣如圖2所示。

圖2 真空澆鑄技術制作的硅膠模具

    3. 產品的制作

    把制作好的兩半硅膠膜具蓋上并用釘針固定。先抽真空然后再放入真空澆注機中，使?jié)沧⒖趯�準漏斗嘴，把產品材料放入Mini澆注機的杯中，起動機器。通過澆道澆注，完后取出模具進行烘干，待固化后，再取出模具開模，這樣產品就被制造出來了。產品可以根據(jù)需要選擇不同的顏色，產品的原型件和復制件如圖3所示。從實驗中可知，采用這種快速制模技術制作的產品無論是在質量、式樣、還是表面精度，與原型件相比都好不遜色，完全能滿足快速生產的要求。

圖3 車燈原型件和通過真空澆注技術制造的產品

三、結束語

    由實際工程制造可知，采用快速制模技術，產品設計開發(fā)快、成本低，適合柔性生產，產品制造靈活。快速原型和快速制模技術相比，快速制模優(yōu)點更多。利用此工藝可以制作多個樣件，很適合于實行單個生產或小批量生產，能適應市場的多方面需求，而且在精度和壽命均能滿足特定的功能需要。與傳統(tǒng)方法相比，用RT方法可節(jié)約近1/2的時間，而且工藝簡單、易于推廣。