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电弧喷涂技术在快速模具制造工艺中的应用

2011/7/14/9:3来源:山东大学作者:李辉平,赵国群,解晓龙

    摘要:主要介绍了LOM原型的制造过程、基于LOM原型等不耐热母模的快速模具制造工艺流程、模具填充材料的配制过程。针对LOM原型等不耐热母模进行实验,得出了电弧喷涂材料的选择依据及各种材料的喷涂工艺参数,并指出了在快速模具制造过程中应注意的若干问题。

    关键词:快速模具;电弧喷涂;LOM原型;工艺流程

    为了快速、低成本地制造出模具产品,近年来,基于LOM的快速模具制造技术已成为国外LOM应用研究开发的重点,并演化出一整套快速模具制造技术(RapidTools,简称RT),采用该技术,能在几天,甚至24h内完成复杂零部件从图纸到模具制造的全过程。

    目前,RT技术主要用于生产注塑模、压铸模等,这些模具一般具有复杂的型芯、型腔结构,用传统机电加工相当困难。但若用LOM原型或样件作母模,可以非常容易地用金属喷涂技术复制出模具,这种模具有良好的机械加工性能,可进行局部切削获得更高的模具精度,并可以批量、低成本地生产塑料零件。

    1 LOM原型的制作

    叠层制造技术(LOM技术)是国外在20世纪80年代后期至90年代初期发展起来的一项新的先进制造技术,它是机械、材料、NC,CAD、激光、化工等多学科相互交叉渗透而形成的一个新学科,尽管它的发展时间不长,但发展速度非常迅速,而且它对制造业的重要性和对当今制造业的推动作用越来越受到人们的关注。

    LOM原型的制作过程为:(1)模型剖分。对于尺寸大于快速成形设备台面空间的零件,根据其特点,将其剖分成小尺寸的零件。(2)基底制作。为了保证原型的尺寸精度高、形状完整、没有错位,要在工作台上根据原型的大小制作一定厚度的基底,使原型与工作台可靠连接。(3)原型制作。根据制作过程的实际情况,选择合适的激光切割速度、加热温度、加热辊速度及压力、送纸速度、激光能量系数等参数,开始原型制作。(4)余料、废料去除。用适当的工具从制作完的叠层块料中去除废料,将原型剥离出来。(5)后置处理。为提高原型表面质量或满足进一步翻制模具的需要,要对原型进行后置处理,如防水、防潮、加固和使其表面光滑等。图1为处理后的LOM原型。

    2 快速模具制造技术

    金属喷涂有电弧喷涂、火焰喷涂、等离子喷涂等几种方式,其中电弧喷涂与其他喷涂方式相比具有涂层强度高、使用成本低、生产效率高、质量稳定等优点。另外,火焰喷涂及等离子喷涂的工件受到火焰的直接加热,无法用来喷涂不耐热的基体(如塑料、木材、纸张等);而电弧喷涂的工件受的热只来自粒子所携带的热能,传送粒子的高速压缩空气流还可对基体进行冷却,工件受热轻,变形小,热应力小,因而可以在不耐热的LOM原型上进行喷涂。正是电弧喷涂的这些优点,使其成为近年模具喷涂工艺研究的热点。

    2.1 喷涂金属丝材的选择

    用于电弧喷涂工艺的金属丝材根据熔点的高低可分为低熔点材料、中熔点材料和高熔点材料。在用电弧喷涂技术制造快速模具时,型腔金属壳体的厚度要在3mm以上,中、高熔点的熔融金属颗粒沉积到母模上后会释放出较多热量,使母模发生热变形,降低了模具型腔的复制精度,并可能导致金属涂层在尚未达到要求厚度时就发生翘曲或开裂;低熔点金属或合金丝材对母模的热影响小,可减轻熔融金属颗粒对母模的影响,减少母模热变形,提高模具的精度,因而锌、巴氏合金等低熔点材料较多地用于快速模具的制作。

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