基于数控加工原型的快速模具制造工艺研究

摘要：本文主要介绍了快速模具技术和数控加工技术，并阐述了开发基于数控加工的快速模具的可行性以及基于数控原型的快速制模工艺特点。

关键词：数控加工 快速模具 工艺

中图分类号：TG76 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2013）06-0134-01

在快速模具制造的两种方法中，直接法虽然在缩短模具制造周期、降低成本等方面具有优势而备受关注，但离实际应用还有一定差距。目前发展较快的快速原型技术却因专用激光成型设备以及原型材料过于昂贵而限制了应用范围。随着计算机和控制技术的发展，数控加工设各已广泛应用于制造企业，而精密成型技术经过多年的发展，理论和实际操作过程都已经十分成熟。在此背景下，本课题提出了将数控加工技术与现代精密材料成型技术结合，以期克服激光快速原型技术在表面及尺寸精度低、机械性能低以及成本高、尺寸规格受限制等方面的不足，开发一种基于数控加工技术的低成本、高精度快速金属模具制造工艺。

一、快速模具技术和数控加工技术

快速模具根据不同的制模工艺方法，可以分为直接快速模具和间接快速模具。直接快速原型模具，以快速原型件直接作为模具，可以用作砂型铸造模具、低熔点合金浇注模、试成形用注塑模、熔模铸造的蜡型、蜡型的替代品和蜡型的成形模：间接快速模具指以快速原型件为母模，通过型腔复制制作模具，包括硅橡胶复制、金属冷喷涂、精密铸造、树脂材料性强复制等。直接法尤其是直接快速制造金属模具方法制造环节简单、能够充分发挥RP技术的优势，特别是与计算机技术紧密结合，能够快速完成模具；对那些需要复杂形状的内流道冷却的模具与零件，采用直接RT法有其他方法不能替代的优势。但是直接法在模具精度和性能控制方面比较困难，特殊的后处理设备与工艺使成本有较大提高，模具的尺寸也受到较大的限制。和直接制模法相比，间接铡模法通过快速原型技术与传统的模具翻制技术相结合来制造模具，由于翻制技术已经十分成熟并具有多样性，可以根据不同的应用要求、使用不同复杂程度和成本的工艺。

数控加工，也称为NC（Numerical Contr01）加工，是将待加工的零件进行数字化表达，数控机床按数字控制刀具和零件的运动，从而实现零件加工的过程。数控加工技术经历了半个世纪的发展已经成为应用于当代各个制造领域的先进制造技术。数控加工的最大特点有以下两点：一是可以极大地提高精度，包括加工质量精度及加工时间误差精度；二是加工质量的重复性，可以稳定加工质量，保持加工零件质量的一致性，也就是说加工零件的质量及加工时间是由数控程序而不是由机床操作人员决定。

二、开发基于数控加工的快速模具的可行性

世界先进工业化目家的RPM技术在经历了模型与零件试制、快速树脂软模制造阶段后，目前正向快速金属模具制造（RMT）方向发展，特别是兴起于本世纪80年代术期的快速原型技术，为快速模具制造开辟了很好的途径。目前已经提出众多的RMT方法可分为由RP系统制作的快速原型复制金属模具的间接法和根据CAD数据直接由RP系统制造金属模具的直接法两大类。直接快速模具制造指的是利用不同类型的快速原型技术直接制造出模具本身，然后进行一些必要的后处理和机加工以获得模具所要求的机械性能、尺寸精度和表面粗糙度。目前能够直接制造金属模具的RP工艺包括激光选区烧结（SLS）、三维打印（3D.P）、形状沉积制造（SDM）和三维焊接（3D—Welding）等。目前数控加工技术在制造业应用越来越广泛，数控加工设备已由原来的高精端设备变成大多数工厂具有的普通设备。精密材料成型技术发展迅速，典型的有泡沫实型消失模精密铸造技术及石膏型精密铸造技术。因此将数控加工技术和精密材料成型技术相结合，开发一种成本更低、周期更短的快速模具技术将大大提高模具制造的竞争力，在模具工业应用上具有很大的发展前景。

三、数控加工技术在模具中的应用

种类繁多的数控加工方式为模具加工提供了更多的生产手段。根据其特点，可以将模具分为很多类，在实际生产中，根据不同的模具制造加工特点，选择最合适的加工方式，以降低成本，提高生产效率。

对于旋转类的零件，一般采用数控车削加工，如车外圆、车孔、车平面等，酒瓶、酒杯、方向盘等模具，都可以采用数控车削加工。

对于具有复杂外形轮廓或带曲面的模具，电火花成型加工用电极，一般采用数控铣削加工，这类模具如注塑模、压铸模等都采用铣削加工。

对于微细复杂形状、特殊材料模具、塑料镶拼型腔及嵌件、带异形槽的模具，都可以采用数控电火花线切割加工。

模具的型腔、型孔，可以采用数控电火花成型加工，包括各种塑料模、橡胶模、锻模、压铸模、压延拉伸模等。

对精度要求较高的几何皓面，可以采用数控磨削加工。

型腔、型芯加工主要依靠铣削加工及电火花成形加工（EDM）。在铣削加工方面，目前国内大量采用普通铣削、各类数控铣削、数控仿形铣、加工中心加工等；在EDM方面，各类普通电火花成形加工、数控电火花成形加工（NCEDM），在我国也已大量应用。

四、基于数控原型的快速制模工艺特点

基于数控加工原型的快速模具制造技术结合了数控加工技术和精密铸造成型技术，具备数控加工的生产效率高、加工精度高、便于设计变更和加工过程柔性化等特点，同时该工艺是一种快速模具制造技术，因此也具有了快速模具制造技术的制造周期短、成本低、方法多样及适应性广等特点。在工艺中从三维CAD模型的设计、原型材料的准备到模具的精加工与调试，若对整个过程都实施并行制造，对每道工序进行有效的协调，可以大大缩短模具制造周期，降低制造成本，在实际生产中获得广泛应用。

采用基于数控加工原型的快速模具制造工艺，可以在CAD环境下实现对整个制造系统的精度控制和误差补偿；可以与形式多样的快速精密成型技术相结合，根据不同的要求，使用不同复杂程度和成本的工艺，较好地控制模具的精度、表面质量、机械机械性能和使用寿命，可以对各个环节进行有效地实施并行制造，在降低模具制造成本，缩短了生产周期方面具有很大的优势，具有明显的直接的经济效益。

参考文献：

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