基于快速原型的快速模具制造技术的研究
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摘要
市场竞争的不断加剧,要求企业必须快速响应市场和用户的需求变化,促使工业生产越来越向多品种、小批量、高质量、低成本的方向发展。模具是制造各种产品的关键工艺装备,为了加强产品在市场上的竞争力,客观上要求缩短模具的开发周期、降低模具的制造成本。基于快速原型的快速制模技术具有制模周期短、成本低、精度与寿命又能满足生产使用要求的特点,对于中小型模具的制造,具有比较显著的综合经济效益。
     分层实体制造技术(LOM)和熔融沉积制造技术(FDM)是在国内广泛应用的快速成型工艺。通过这两种成型工艺得到的原型,因材质和成型工艺的限制,不能直接作为模具使用。因此,必须采用高精度、低成本的工艺路线,将LOM和FDM非金属原型经过中间转换,变为满足生产使用要求的注塑模或用于模具加工的电火花电极。
     电铸工艺具有极高的复制精度和重复精度,能很好地再现原型的精度;化学镀具有镀层均匀、分散能力强的优点,适合于LOM和FDM非金属原型的表面导电化;电弧喷涂具有生产效率高、涂层结合力强的特点,适合于电铸层的裱褙加固。本课题正是研究如何利用LOM和FDM原型,结合化学镀、电铸和电弧喷涂等技术,实现注塑模或电火花电极的快速经济制造。
     论文首先展开对电铸、化学镀和电弧喷涂工艺的研究,在对脉冲电铸、化学镀和电弧喷涂加工机理进行详细分析的基础上,采用正交试验等方法进行大量的工艺试验,完成脉冲电铸、化学镀和电弧喷涂工艺参数的优化。
     针对LOM快速原型的特点,采用浇注树脂反型和封闭特殊涂料两种方法,解决了LOM纸质原型化学镀铜的难题;以优化的工艺参数对LOM原型脉冲电铸铜,得到复制精度很高的电火花电极的工作部分;采用电弧喷涂铜对电极工作部分进行加固,得到具有良好的导电导热性能、结合力强的背衬,从而实现电火花电极的快速制造。
     最后结合FDM快速原型的特点,通过对其化学镀镍和电铸镍,得到具有良好机械性能和耐腐蚀性能的模具型腔,然后组合使用电弧喷涂Zn-Al伪合金和环氧树脂浇注,对模具型腔进行背衬加固,实现注塑模的快速经济制造。
As the result of the stinging market competition, modern manufacturing is developing toward the mode of low volume, many types, high quality, low cost and promptly market respond. Mold & dies are the key tools in modern manufacturing, therefore in order to enhance product competitiveness, the development and fabrication period of molds and dies must be shorted and the production cost must be cut down. Rapid Tooling, which is based on Rapid Prototyping, can cut down the cost and shorten the manufacturing cycle of mould & dies with high precision and sufficient operational life proof cycle. It is especially economical for the fabrication of small and medium mold & dies.
    Laminated Object Manufacturing (LOM) and Fused Deposition Modeling (FDM) have been widely applied in Rapid Prototyping in China. While the Rapid Prototype may be indeed rapidly manufactured, the material it is made of does not withstand the working conditions of mold & dies. To convert the nonmetallic LOM or FDM prototype into EDM electrode or mold, a high precision and low cost technological flow is therefore necessary.
    In this thesis, a technique of rapidly manufacturing EDM electrode based on LOM prototype was investigated. To make the prototype electric, a uniform and perfect dispersed coating is obtained by Copper electroless plating. After Copper, electroforming on the electric LOM prototype, a precisely replicated deposition made of compact crystal is formed as the working part of the electrode. To back up the working part of the electrode, Copper arc-wire spraying produces a strengthened filling part with high adhesion strength, better electricity and heat conductivity. Through the combination of rapid prototyping , Copper electroless plating, pulse current Copper electroforming, and wire-arc Copper spraying, high-quality EDM electrodes can be successfully manufactured.
    A technique of rapidly manufacturing mold cavity is also investigated in this thesis. Through the combination of FDM prototyping, Nickel electroless plating, pulse current Nickel electroforming, and Zn-Al wire-arc spraying, mould cavities with high mechanical performance and causticity-resistant can be rapidly manufactured.
引文
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