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电弧喷涂和电刷镀快速制造汽车覆盖件模具
2006年8月2日 9:17  
 

摘要:提出了一种新的电弧喷涂和电刷镀一体化制造汽车覆盖件模具的快速制模技术。该技术采用电弧喷涂工艺在母模表面快速沉积一层致密的低熔点金属薄壳,从而制作出模具的型腔,然后采用电刷镀工艺在模具工作表面刷镀强化涂层,以显著提高模具表面的硬度和耐磨性。研制了电弧喷涂和电刷镀一体化快速模具制造设备,该设备可以根据模具的三维数据自动、高效地完成电弧喷涂和电刷镀两种作业,保证了模具制作质量。所述快速模具制造方法和设备用于汽车新车型开发和样车试制,可以显著降低开发成本、缩短试制周期。
关键词:汽车覆盖件;电弧喷涂;电刷镀;快速制模

汽车覆盖件模具制造技术是汽车车身开发的关键技术,但是目前我国大型精密模具制造技术水平及能力还不能完全满足汽车工业发展的需要。多年来,汽车覆盖件模具制造技术一直是我国汽车工业发展的瓶颈之一。例如,轿车大中型覆盖件模具主要依靠进口,直接影响着我国轿车自主开发能力的形成和发展 [1~2]。

样车试制模具(又称覆盖件简易模具)的制造直接决定着新车型开发的成本和周期。但是,目前国内外覆盖件金属模具主流制造技术,如消失模铸造技术、大型精密数控铣、高速数控铣等,生产周期长,费用高,难以满足样车试制和小批量生产的要求。因此,国内外都在寻求成本低、周期短的覆盖件模具试制技术。例如:美国Quality Metalcraft公司利用RP技术制作原型,然后采用中熔点合金制模,来实现车身件的拉延成形[3];美国福特汽车公司基于RP 技术,开发了一套利用金属喷涂制造冲模模具的设备和工艺,材料为碳钢,涂层厚度可达76mm,较传统制模方法节省30%的费用和时间,其工艺属于机密尚未公开[4];国内一汽模具制造中心采用瑞士汽巴精化公司的高强度树脂为全新小红旗轿车试制开发了发动机罩、前后翼子板等大型复杂内外覆盖件树脂模具12 套,模具制造周期缩短1/2~2/3,制造费用比传统模具制造方法节约1000 万元左右[5]。此外,覆盖件试制模具快速制造的方法还有:采用LOM 法制造薄钢板层叠模具;采用?合金铸造制模,利用“双成形工艺”(Dual Form Process)可以将上下模一起制造出来;类似锌合金铸造的方法,制造高密度混泥土模具(Concrete Die),模具的工作表面为金属粉强化聚合物等[6]。

上述覆盖件模具制造方法中,电弧喷涂制模方法对于大中型模具的制造在周期和成本方面具有很大的优势,但由于目前国内只能实现低熔点金属制造喷涂模具,涂层表面硬度太低成为其主要缺点,严重制约着电弧喷涂制模方法的应用范围。

针对这种情况,本文提出一种电弧喷涂和电刷镀一体化制造大中型汽车覆盖件模具的快速制模技术并研制了相应的设备。该方法集成了快速原型、电弧喷涂和电刷镀等技术,并通过智能电弧喷涂和电刷镀一体化设备,实现了电弧喷涂和电刷镀两种工艺的自动化作业和工艺优化。快速原型技术用于母模的制造,提高了制作效率和对复杂自由曲面的适应性。电弧喷涂技术用于在母模表面喷涂具有一定厚度和强度的致密低熔点合金涂层,从而形成所需的模具型腔。电刷镀技术用于对喷涂模具工作表面刷镀强化涂层以提高模具表面强度、硬度和耐磨性,从而提高低熔点金属模具的性能。该技术用于大中型汽车覆盖件模具的制造,成本只有传统机械加工钢模具的1/10,制造周期为后者的1/4~1/5[7],非常适用于样车试制和小批量生产。样车试制合格后,覆盖件喷涂模具的三维模型数据可以用来加工最终的钢模具,可保证钢模具一次加工成功,从而可以缩短新车型的开发周期,降低开发成本。

1 工艺路线与关键技术

1.1 工艺路线

本文提出的电弧喷涂和电刷镀复合成型模具制造是一种复形法制模技术,它需要一个实物模型(或称为原型)作为母模。母模可以是快速原型或过渡模型、产品实物或通过高速数控加工得到的木材、石膏等非金属模型。电弧喷涂技术用于在母模表面喷涂具有一定厚度和强度的致密金属涂层,从而形成所需的模具型腔,涂层材料为低熔点合金。在填充适当的背衬材料并脱模后,利用电刷镀技术在模具工作表面刷镀强化涂层,进而完成模具的快速制造。

 

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