摘要：主要介紹了LOM原型的制造過程、基于LOM原型等不耐熱母模的快速模具制造工藝流程、模具填充材料的配制過程。針對LOM原型等不耐熱母模進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得出了電弧噴涂材料的選擇依據(jù)及各種材料的噴涂工藝參數(shù)，并指出了在快速模具制造過程中應(yīng)注意的若干問題。
關(guān)鍵詞：快速模具;電弧噴涂;LOM原型;工藝流程
為了快速、低成本地制造出模具產(chǎn)品，近年來，基于LOM的快速模具制造技術(shù)已成為國外LOM應(yīng)用研究開發(fā)的重點(diǎn)，并演化出一整套快速模具制造技術(shù)(RapidTools，簡稱RT)，采用該技術(shù)，能在幾天，甚至24h內(nèi)完成復(fù)雜零部件從圖紙到模具制造的全過程。
目前，RT技術(shù)主要用于生產(chǎn)注塑模、壓鑄模等，這些模具一般具有復(fù)雜的型芯、型腔結(jié)構(gòu)，用傳統(tǒng)機(jī)電加工相當(dāng)困難。但若用LOM原型或樣件作母模，可以非常容易地用金屬噴涂技術(shù)復(fù)制出模具，這種模具有良好的機(jī)械加工性能，可進(jìn)行局部切削獲得更高的模具精度，并可以批量、低成本地生產(chǎn)塑料零件。
1 LOM原型的制作
疊層制造技術(shù)(LOM技術(shù))是國外在20世紀(jì)80年代后期至90年代初期發(fā)展起來的一項(xiàng)新的先進(jìn)制造技術(shù)，它是機(jī)械、材料、NC,CAD、激光、化工等多學(xué)科相互交叉滲透而形成的一個(gè)新學(xué)科，盡管它的發(fā)展時(shí)間不長，但發(fā)展速度非常迅速，而且它對制造業(yè)的重要性和對當(dāng)今制造業(yè)的推動(dòng)作用越來越受到人們的關(guān)注。
LOM原型的制作過程為：(1)模型剖分。對于尺寸大于快速成形設(shè)備臺(tái)面空間的零件，根據(jù)其特點(diǎn)，將其剖分成小尺寸的零件。(2)基底制作。為了保證原型的尺寸精度高、形狀完整、沒有錯(cuò)位，要在工作臺(tái)上根據(jù)原型的大小制作一定厚度的基底，使原型與工作臺(tái)可靠連接。(3)原型制作。根據(jù)制作過程的實(shí)際情況，選擇合適的激光切割速度、加熱溫度、加熱輥速度及壓力、送紙速度、激光能量系數(shù)等參數(shù)，開始原型制作。(4)余料、廢料去除。用適當(dāng)?shù)墓ぞ邚闹谱魍甑寞B層塊料中去除廢料，將原型剝離出來。(5)后置處理。為提高原型表面質(zhì)量或滿足進(jìn)一步翻制模具的需要，要對原型進(jìn)行后置處理，如防水、防潮、加固和使其表面光滑等。圖1為處理后的LOM原型。
2 快速模具制造技術(shù)
金屬噴涂有電弧噴涂、火焰噴涂、等離子噴涂等幾種方式，其中電弧噴涂與其他噴涂方式相比具有涂層強(qiáng)度高、使用成本低、生產(chǎn)效率高、質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。另外，火焰噴涂及等離子噴涂的工件受到火焰的直接加熱，無法用來噴涂不耐熱的基體(如塑料、木材、紙張等)；而電弧噴涂的工件受的熱只來自粒子所攜帶的熱能，傳送粒子的高速壓縮空氣流還可對基體進(jìn)行冷卻，工件受熱輕，變形小，熱應(yīng)力小，因而可以在不耐熱的LOM原型上進(jìn)行噴涂。正是電弧噴涂的這些優(yōu)點(diǎn)，使其成為近年模具噴涂工藝研究的熱點(diǎn)。
2.1 噴涂金屬絲材的選擇
用于電弧噴涂工藝的金屬絲材根據(jù)熔點(diǎn)的高低可分為低熔點(diǎn)材料、中熔點(diǎn)材料和高熔點(diǎn)材料。在用電弧噴涂技術(shù)制造快速模具時(shí)，型腔金屬殼體的厚度要在3mm以上，中、高熔點(diǎn)的熔融金屬顆粒沉積到母模上后會(huì)釋放出較多熱量，使母模發(fā)生熱變形，降低了模具型腔的復(fù)制精度，并可能導(dǎo)致金屬涂層在尚未達(dá)到要求厚度時(shí)就發(fā)生翹曲或開裂；低熔點(diǎn)金屬或合金絲材對母模的熱影響小，可減輕熔融金屬顆粒對母模的影響，減少母模熱變形，提高模具的精度，因而鋅、巴氏合金等低熔點(diǎn)材料較多地用于快速模具的制作。
用于電弧噴涂的部分材料力學(xué)與物理性能如表1所示。
2.2 電孤噴涂工藝流程
用電弧噴涂工藝制造注塑模、壓鑄模等模具的凹模、凸模的工藝流程如下：
(1)根據(jù)母模的尺寸，確定噴涂底板的尺寸和模具模框的尺寸；
(2)將母模固定在噴涂底板上，并在母模和噴涂底板上涂刷脫模劑；
(3)脫模劑涼干后，用低熔點(diǎn)材料進(jìn)行第一次噴涂，將殼體厚度控制在0.5-1mm；然后再用高熔點(diǎn)材料繼續(xù)噴涂，并使金屬噴涂層達(dá)到3-5mm，這樣，模具的凹模型腔殼體制作便告完成；
(4)將噴涂殼體裝入凹模?？?裝有冷卻銅管)，并填充模具基體材料，固化10h以上；
(5)將凹模?？蚍D(zhuǎn)過來，去掉噴涂底板，在分模面和母模的另一面涂刷脫模劑；
(6)脫模劑干燥后，重復(fù)第3步的噴涂工藝，進(jìn)行第2次噴涂，形成凸模殼體；
(7)安裝凸模?？颍b入凸模冷卻銅管，將填充材料澆入?？蛑?，固化10h以上；
(8)固定好導(dǎo)向和定位裝置，將凹模、凸模分離，取出LOM原型，完成模具凹模、凸模的制作。在制作金屬噴涂模具過程中，噴涂參數(shù)的調(diào)整是整個(gè)工藝過程的關(guān)鍵，在XDP一5電弧噴涂設(shè)備上對各種絲材進(jìn)行試驗(yàn)，最終得到的幾種絲材的噴涂參數(shù)如表2所示。用電弧噴涂工藝所形成的凹模型腔如圖2所示。
2.3 金屬噴涂模具的填充材料制作
用電弧噴涂技術(shù)制造出注塑模具的凸、凹模殼體后，在搭建好的型框內(nèi)填充強(qiáng)化材料，并加入澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)，此系統(tǒng)連同模架便可構(gòu)成注塑模具。最常用的快速模具填充材料是環(huán)氧樹脂和鋁粉的混合物，在環(huán)氧樹脂中加入鋁粉后可起到填料改性的作用，可改善環(huán)氧樹脂的機(jī)械性能、熱性能和工藝性能。
填充材料的制備過程為：
(1)將秤好的環(huán)氧樹脂放在容器內(nèi)，加入鋁粉慢慢攪拌，若需要加入大量鋁粉作為填充物，可以用機(jī)械式攪拌器攪拌。為減少夾帶空氣的風(fēng)險(xiǎn)，攪拌器的速度宜慢不宜快，一般不要超過500r/min.
(2)經(jīng)攪拌后的混合物，應(yīng)靜置一段時(shí)間，讓鋁填充物完全濕透，并使夾雜的空氣完全跑掉。
(3)將冷卻銅管安裝在?？蛏?，在環(huán)氧樹脂及鋁粉混合物中添加硬化劑，并保證混合均勻，靜置10-15min，即可注入?？蛑?，將噴涂殼體和?？蛲耆顫M。
3 結(jié)論
(1)LOM原型的質(zhì)量直接影響快速模具及產(chǎn)品的質(zhì)量，因而控制LOM原型的質(zhì)量是產(chǎn)品/模具快速設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的關(guān)鍵之一。
(2)在電弧噴涂過程中，要根據(jù)所用金屬材料調(diào)整噴涂參數(shù)，并使用油水分離器除去壓縮空氣中的水蒸氣，保證噴涂顆粒的均勻度及噴涂表面的粗糙度。 (3)由于環(huán)氧樹脂及與其相配的固化劑的種類很多，在固化的時(shí)間和固化的效果上有很大不同，因而要根據(jù)實(shí)際情況確定制造中的工藝參數(shù)，必要時(shí)可加入稀釋劑進(jìn)行稀釋改性。 (4)將混合容器中沉淀的殘余鋁粉均勻地倒進(jìn)?？蚶?，保證鋁粉完全進(jìn)入混合物。這一過程要快，因?yàn)闈沧⒒旌衔镌?0-40min內(nèi)將發(fā)生固化反應(yīng)。
