硅橡胶模具的设计与制作【开题报告】

毕业设计开题报告

机械设计制造及自动化

硅橡胶模具的设计与制作

1选题的背景、意义

1.1背景

模具工业在国民经济中具有极为重要的作用，机器零件粗加工和精加工很大部分是依靠模具来完成的，因此模具工业也被称为“工业之母”。但是产品在实际制造和最终成品检测前，是很难保证产品成型过程中每一个阶段的性能符合预期、最终产品能够达到要求，这就需要模具设计工程师有深厚的专业知识和足够的设计经验，否则容易产生废品，浪费人力物力。同时模具设计与制造是一个多环节和多反复的过程，设计和制造出一副适用的模具往往需要经过由设计、制造到试模、修模的多次反复，导致模具制作的周期长、成本高，甚至可能造成模具的报废。面对现代激烈的市场竞争，这种传统的生产方式难以适应企业的快速发展，客观上需要一种快速设计、快速制模和校模的新技术[1～2]。

80年代末问世的快速原形技术(Rapid Prototyping)带来了传统加工模式的革命,它与快速制模技术(Rapid Tooling)的结合,实现了小批量产品的快速制造,这就是快速成形制造技术(Rapid Prototyping Manufacturing,简称RPM) [3]。模具硅橡胶是一种在RPM技术中得到广泛使用的快速制模材料,其骨架材料是端羟基聚二甲基硅氧烷,在催化剂(一般为有机锡)的存在下,它可在室温下与三官能以上的交联剂(一般为硅酸酯)发生缩合反应,硫化成具有一定机械强度的硅橡胶。硅橡胶不但可以在-50～350℃的宽温度范围内使用,而且具备一种天然的脱模性,与其他材料不容易粘接[4]。作为一种柔性模具,硅橡胶在RTM中也有一定应用[5～7]。与传统模具相比,硅橡胶模具具有加工周期短、造价低、精度高、更容易脱模(不需考虑拔模斜度)等优点,但也存在强度低、翻模次数少、容易收缩等缺点。

1.2意义

硅橡胶模具制造工艺是一种比较普及的快速模具制造方法。由于硅橡胶模具具有良好的柔性和弹性，能制造结构复杂、花纹精细、无拔模斜度，甚至倒拔模斜度以及具有深凹槽类的零件，制造周期短，制件质量高而备受关注。

硅橡胶模具是快速模具中一种最常见的快速模具，它可以作为试制用模具，也可以用于制作快速过渡模或快速、少批量生产塑料件的用模，它具有如下优点[8～11]：

（1）制作周期短。利用快速成形件或零件原型，在几天内能提供硅橡胶模和软模成形的双组份聚氨脂塑料件。与传统金属模注塑原型工艺相比，用硅橡胶模真空浇注聚氨脂原型，能缩短90%的开发周期。

（2）制造成本低。与CNC机加工的金属模相比，硅胶软模的制作费用低得多，一般只有金属模的几分之一。

（3）弹性好，工件易于脱模。在传统的金属模中，通常需要设置脱模斜度，对于有小凹槽的工件还必须设置活块，以便工件成形后顺利脱模。用硅胶模成形工件时，由于硅橡模具有足够的弹性，模具制作时，不必考虑脱模斜度和为一些小凹槽而设置的活块，从而大大简化模具的设计与制造。

（4）复印性能好。硅橡胶具有良好的复印性能，能很好地再现母模上的细微特征，基本不会损失尺寸精度。

（5）在真空注形机中室温条件下可以浇注高性能的聚氨脂塑料件。

在当今产品更新速度不断加快的时代,快速模具技术具有广阔的应用价值。硅橡胶模具技术体现了快速模具技术的优越性，其制作过程和成形工艺简单，在产品开发和小批量生产中应用极广。随着市场竞争的不断加剧和多品种、小批量、改型快等现代制造模式的进一步发展,快速原型制造技术以及基于快速原型的硅胶模技术必将得到更为广泛的应用。

2相关研究的最新成果及动态

硅胶模由于具有制作周期短、复制精度高、运行成本低等优点,在汽车、航空航天、电子和工艺品等诸多领域的产品开发过程中有广泛的应用。德国

MCP2HEK公司1987年就开始发展MCP真空铸造技术,在设计及提供快速模具技术方面有超过50年的经验,是目前硅胶模应用领域的技术领导者。其客户群体包括Ford、GM、VW、BMW、Bosch、Daimler Chrysler、Siemens、Adidas、Nike、3 D Systems等众多世界著名企业。

2.1 在汽车工业

硅胶模在汽车、摩托车的内饰件、发动机、汽缸头等零部件的研发制造方面具有一定的应用,带来了较大的经济效益。如在汽车发动机的进气歧管、座椅、车灯等的开发研制中,大大缩短了研发周期[12]。

2.2 在航空航天工业

航空航天工业中,一些具有特殊外形要求的零部件很难用传统的方法来机加工。此时,常采用基于堆积成形原理的快速成形技术来制造快速模具。如某新型火箭发动机泵壳原型件的制造,采用快速成形法为该产品制做塑料样件,作为模具母模用于翻制硅胶模。利用硅胶模进行浇注、喷砂,一件合格的泵壳铸件可在2个月内制造出来,经过必要的机加工,即可装机运行。整个试制周期比传统方法缩短了2/3,费用节约3/4[13]。

2.3 在电子行业

为了满足不断变化的市场需求,电子产品的寿命周期越来越短,新产品的更新速度正不断加快,尤其是手机、相机等数码产品。在这种情况下,为了缩短新产品的研发周期,快速制模技术的应用就显得尤其重要。由于硅胶模浇注壳类零部件具有很好的效果,因此,硅胶模在电子产品的外壳研发试制中具有广泛的应用。

2.4 在医学领域

人体的骨骼和内部器官具有极其复杂的内部组织结构。要真实地复制人体内部的器官构造,反映病变特征,快速原型几乎是唯一的方法。以医学CT影像数据为基础,利用RP和RT技术制作人体器官模型有极大的应用价值,医疗专家组利用可视模型,进行模拟手术,对特殊病变部分进行修补(颅骨损伤、耳损伤等)。此外,利用快速成型机制取原型,再用硅胶模翻制熔模,然后熔模铸造的方法,现在广泛应用于口腔下颌骨及牙假体、骨科关节假体、人工骨盆等的个体化制作,且技术

成熟,像德国Link公司、中国台湾联合公司已经商业化运作。

2.5 在艺术品制作领域

艺术品熔模铸造是无法用机械加工制造出浇注蜡模用模具的。由于硅橡胶的流动性极好,具有优良的复印性,即使原模上有很细微的纹饰,亦能清晰地在硅橡胶模上反映出来。因此,在铸造各类艺术铸品时,必须应用硅橡胶模,因此制作硅橡胶模是艺术铸品的基础工艺之一。

2.6 应用发展趋势

在国外,对硅胶模的应用研究趋向于大型制造和微制造两个方面。在大型件方面,德国MCP2H E K公司的真空铸型设备可以用于制造较大覆盖件的硅胶模和真空铸件。微制造方面,国外一些学者对利用硅胶模制造微型件(如微齿轮、微流道等)进行了实验研究,结果证明,硅胶模对微型件的快速制造有一定的适用价值[14～15]。

3课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、研究难点及预期达到的目标

3.1研究内容

1.了解快速模具的生产工艺和过程；

2.分析选定产品的工艺特点，完成选定产品的三维数字模型如图a；

3.完成选定产品的硅橡胶模具总体设计方案；

4.完成硅橡胶模具的结构设计及图纸绘制，并利用先进制造实验室的相关设

备完成硅橡胶模具的制作；

5.完成相关设计文档及设计说明书的撰写。