熔模铸造

模具成形表面的无屑加工方法简介
江苏省通州中等专业学校
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模具制造项目
课题：模具成形表面的无屑加工方法简介 教学要点
【目的要求】 1、了解无屑加工的特点及其在模具制造中的应用； 2、了解各种无屑加工方法的原理及特点 【重点】无（了解） 【难点】快速成型方法的原理。
一、无屑加工方法概述 在模具的设计制造中、成型零件是关键，统计表明， 用切削方法加工模具型腔，其加工工时约占整个模具加 工工时的70％。为缩短制模周期，降低模具成本，还可 以采用一些非机械加工的方法制造模具型腔。特别是随 着快速成型技术的发展应用，无屑成型加工方法正变得 更加重要。 模具常用的无屑加工成型方法、特点及其应用如下： （一）快速成型制模 快速成型技术是由计算机对产品零件进行造型，然 后进行平面分层处理，再由计算机控制成型装置从零件 基层开始，一层一层地成型和固化材料，最后完成成型 零件的一种技术。
三、熔模铸造 熔模铸造是用易熔材料制成精确的一次性模型，铸 造出尺寸精度和表面粗糙度要求较高的铸件，因此也称 为熔模精密铸造。由于一次性模型常用蜡模，故又常称 为失蜡铸造。在模具制造中可用熔模铸造方法制造各种 模具型腔。 熔模铸造有以下几个特点: 1、铸件尺个精度高，表面光洁； 2、减少切削加工量，能生产形状复杂的零件； 3、铸件材料几乎不受限制，有利于加工超高强度合 金、耐热合金以及难加工材料； 4、适应各种批量的生产。
◆它将计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造 （CAM）、计算机数控（CNC）、精密伺服驱动、新材料 等先进技术集于一体，依据计算机上构成的产品三维设 计模型，对其进行分层切片，得到各层截面的轮廓。 ◆按照这些轮廓，激光束选择性地切割一层层的箔材 （或固化一层层的液态树脂，或烧结一层层的粉末材 料），或喷射源选择性地喷射一层层的粘结剂或热熔材 料等，形成一个个薄层，并逐步迭加成三维实体。
三、快速成型制模法 （一）直接制模法——直接利用金属为原料用快速成 型法制造金属模。 （二）间接制模法——利用快速成型法制造非金属母 模，再利用母模制造金属模。（如下表）
快速成型间接制模法的种类和特点
模具 类别 硅橡胶模 金属树脂模 金属喷涂模 电铸模 精密铸 造模 陶瓷型 石膏型 模具 材料 硅树脂 金属粉、环 氧树脂 低熔点合金 铜、镍 母模 材料 均匀 金属、非金属 均匀 均可 均可 均可 制造 周期 几小时～ 几天 几小时～ 几天 几小时 2周 2～3周 尺寸 精度 中等 好 中等、 好 好 较差 表面 质量 好 中等 好 好 好 生产 成本 低廉 低廉 低廉 高 高 较高
⑦电铸层厚度较薄(一般为4～8nm)，不易均匀，只 有较大的内应力，大型电铸件变形显著，且不能承受大 的型腔电铸实例
刻度盘模具型腔的电铸加工
六、陶瓷型铸造成型 （一）工艺过程及特点 1、工艺过程 陶瓷型铸造用陶瓷浆料作造型材料，灌浆成型，经 喷烧和烘干后即完成了造型。然后，经合箱、浇注金属 液铸成零件。其从制造母模到最后获得铸件的工艺过程 如下图所示。
七、硅橡胶模具 硅橡胶模是一种由弹性体硅橡胶浇注成型的型腔，是 结构最简单的模具。它可以直接利用产品实样作为工艺凸 模，放在底板上，围以模框，把液状硅橡胶浇人入后经室 温固化而成。 硅橡胶模具的结构特点：这种模具不需设计，制造方 便，周期极短(制造一副硅橡胶模连同浇出产品零件，一般 只需2～3天)；它能精确地复制形状复杂的零件；由于硅橡 胶模是弹性体凹模(没有凸模)，即使产品零件有凸出部分 和螺纹等。也极易在浇注成型后很顺利地从模具中取出。 但是，硅橡胶模具使用寿命很低，不易浇注深孔薄壁零件。
物体迭层制造法示意图
激光器发出的激光束沿XY平而运动，按每层形状 的内外轮廓进行切割。然后新薄层材料叠加在上面， 由加热辊加热压合黏接。再切割新层，胶贴，如此逐 层堆积，直至完成。 2、特点：不宜制造形状复杂的零件。 3、选择性激光烧结法（ＳＬＳ） 造型材料：石蜡粉，ＡＢＳ塑料粉，金属粉，陶 瓷粉。 4、熔丝沉积制造法（ＦＤＭ） 造型材料：尼龙丝，ＡＢＳ塑料丝，金属丝等。
硅橡胶模适用于浇注多品种小批量或单个生产的树 脂类小零件，特别适于新产品未定型或在金属模具制造 之前试生产时使用，也可用于配补某种树脂类小零件。
四、电铸成型 （一）电铸成型的原理和特点 1、电铸成型的原理 电铸工艺是利用金属电镀原理实现的，参见下图。 它是在母模表面上，通过电铸获得适当厚度的金属沉 积层，然后将这层金属沉积层从母模上脱下来，形成 所需型腔或型面的一种加工方法。
电铸反光模芯
电镀和电铸的区别 是：电镀镀层与基 体结合要牢，而电 铸镀层要便于剥离 基体，电镀层通常 较薄而电铸层较厚。 按照制件形状制成 的具有一定尺寸及 精度的母模，在电 铸过程中作为阴极 使用。
立体平板印刷固化成型示意图
快速成型机床及快速成型件
（二）物体迭层制造法（LOM） 1、工作原理 迭层制造法(Laminated Object Manufacting,简 称LOM)是采用激光束切割薄层材料井使其依次黏结形成 立体形状的成型方法，其工作原理如图2所示。薄层材料 可以是纸片、塑料薄膜或复合材料等，它单面徐敷层很 薄的热敏感黏结剂(一般为热熔胶)，当薄层材料表面达 到一定温度后，其上的热敏感黏结剂将薄层材料黏在一 起。物体迭层制造法同立体平板印刷法一样，首先用计 算机构建零件的三维模型，然后进行分层处理生成每层 的二维形状轮廓数据。
铸造工艺过程示意图
在陶瓷型铸造成型中，只是型腔表面为一层5～8mm的 陶瓷材料，其余是普通铸造型砂构成的砂套。造型中先将 这个砂套造好(如图9所示为砂套造型时用粗母模)，砂套 与精母模配合，形成5～8mm的间隙，此间隙即为所需浇注 的陶瓷层厚度。 2、模具陶瓷型铸造的特点 采用陶瓷型铸造工艺制造模具的特点有：①便于模县 的复制，如铸造大批量用的热锻模效果较好；②减少了大 量模具型腔切削加工工时，节约了金属材料、并且模具报 废后可重熔沈铸；③生产周期短．一般有了母模后2～3天 内即可铸出铸件；④工艺设备简单。
电铸成型原理图
2、电铸材料的种类: ①电铸镍----成型清晰,复制性能好,电铸时间长,价格 贵.适用于小型拉深模和塑料模型腔。 ②电铸铜----导电性能好,操作方便,价格便宜.机械强 度及耐磨性低,不耐酸,易氧化.一般用于电铸镍壳的加固 层或塑料模,玻璃模的型腔。 ③电铸铁----成本低,质地松软,易腐蚀.一般用于电铸 镍壳的加固层。
3、电铸成型的特点 电铸成型有如下特点： ①电铸件与母模的尺寸误差小，尺寸精度可达数微米， 表面粗糙度Ra可达0.1um； ②可以制造形状复杂、用机械加上难以成型甚至无法 成型的工件； ③母模材料可以是金属，也可以是非金属，有时还可 用制品零件直接作为母模；
④电铸件具有较好的机械强度，如电铸镍，抗拉强 度σb1400～1600MPa,硬度为HRC 35～50，铸成后个需再 进行热处理淬硬； ⑤电铸可获得高纯度的金属制品,如电铸电火花加工 用的铜电极,其纯度高，具有良好的导电性能，十分有利 于电加工； ⑥电铸时金属沉积速度缓慢，制造周期长，如电铸 镍～般需要1周左右；
（四）超塑成型加工 1、工作原理与型腔冷挤压加工相同,不同的是挤 压的模具坯料采用是超塑性材料。 2、常用材料:ZnAl22，ZnAl27，ZnAl14等． 3、应用：塑料模． 4、特点：难于用机械加工，电加工，冷挤压加工 的复杂型腔的加工，成型的细微部分轮廓清晰。
（五）电铸型腔 该方法类似于电镀，适用于小型的要求轮廓部分清 晰的型腔模。 （六）非金属型腔 例如：环氧树脂，硅橡胶等。 二、快速成型方法 快速成型技术是由计算机对产品零件进行造型，然 后进行平面分层处理，再由计算机控制成型装置从零件 基层开始，一层一层地成型和固化材料，最后完成成型 零件的一种技术。
（二）铸造型腔 铸造的方法很多，常见的有砂型铸造、金属型铸造、 压力铸造、低压铸造、精密铸造等等。在模具加上中常 用的有陶瓷型铸造、熔模铸造，采用这两种铸造方法可 铸碳钢、合金钢，制造塑料、玻璃模具，锻造及拉深、 弯曲、胀型等模具，尤其对于较大型的模具，其优越性 更为突出，可节约大量的材料和工时。 （三）型腔冷挤压加工 1、工作原理：型腔冷挤压是在常温下,利用工艺凸 模施以适当的压力挤压模具坯料,使之产生塑性变形而形 成型腔的一种加工方法． 2、挤压加工方式：开式挤压与闭式挤压.
构造三维模型 模型近似处理 切片处理 激光 固化树脂 切割箔材 烧结粉末 喷射源 喷粘结剂 喷热熔材料
三维产品（样品/模具） 表面处理
快速成型过程
设计 铸造 模具 锻压 模具 毛坯 （大于工件） 半成品 半成品 工件 a） 焊接
设计
快 速 成 形
去 除 加 工
模具
样品 b）
传统加工与快速成型比较