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《电加工与模具》2004年第4期设计·研究

基于RP技术的电弧喷涂板料冲压模具快速制造

李延平1朱东波2卢秉恒2
(1集美大学机械工程学院,福建厦门361021;2西安交通大学机械工程学院,陕西西安710049)

摘要:提出并实现了以快速原型(RP)技术和电弧喷涂技术(AMS)为核心的板料成形模具快
速制造新工艺。详细介绍了该工艺中涉及的诸多技术问题,如面向板料成形模具的光固化原型制
造、石膏过渡模型翻制、金属电弧喷涂工艺参数及模具加固等问题,并提出二次结构设计方法。通
过实验分析了水固比对石膏浆料浇注性能和凝固体强度的影响。应用该工艺方法制造了典型的板
料冲压模具,证明该工艺方法能实现板料成形模具的快捷、低成本制造。
关键词:RP;电弧喷涂;快速模具;板料冲压

板料成形钢模具制造周期长、成本高,所以在新RP原型翻制石膏金属喷涂浇注背脱模
→→→→
产品试制或小批量生产时一般采用简易模具实现复制造过渡模型(AMS)衬材料抛光

杂形状钣金件的成形加工,目前比较成熟的工艺有图1RP2AMS模具制造工艺流程图
低熔点合金模、锌基合金模和环氧树脂模。以往这
～1RP原型制造
些工艺多用于客车和卡车覆盖件模具的制造[13],
目前也逐渐用于轿车覆盖件模具的制造。在众多RP工艺中,光固化法(SL)是目前公认
低熔点合金模、锌基合金模及环氧树脂模都存的应用最广泛的一种方法。在世界范围内,光固化
在这样或那样的缺点。低熔点合金模制作前要求先法快速成形机的装机量占各类快速成形机总装机量
有冲压件样品,显然不太适合新品开发,且需要在专的50%以上[6]。与其他RP工艺相比,光固化法的
门的熔箱中浇铸,工艺复杂,浇铸时钣金样件的热膨突出优点是精度高(±0.1mm)、表面质量好、原材
胀变形会影响模具精度。锌基合金浇铸温度一般在料利用率高,能制造形状复杂、精细的零件。经过数
400℃以上,对浇铸工艺和模型要求较高,一般只用年努力,西安交通大学的LPS光固化快速成形机系
来制作冲压凹模,凸模仍需采用铸铁或钢材料制作。列产品性能已达到国际先进水平,配套的光固化树
另外,锌基合金凝固收缩率较大(1.2%),模具精度脂在固化速度、收缩性等方面已达到、甚至超过国外
控制较困难。环氧树脂模制造工艺相对简单,但强同类产品。
度、表面耐磨性较差,且同样存在原型获取困难的问光固化原型制作过程中存在的主要工艺问题是
题。在模具要求较低时,原型一般采用手工制作;要变形和表面台阶效应。变形影响零件的形状精度,台
求较高时,只有采取CNC加工手段获取。手工制作阶效应则影响零件的表面质量。一般认为,光敏树脂
的原型成本低,但精度难以保证,而采用CNC加工,在固化过程中的相变收缩是造成零件变形的内在原
成本高且工艺准备和加工周期较长。原型获取困因,而零件的成形方向、支撑方式、扫描策略、几何形
难,是以往简易模具制造的主要障碍。状等是促成或制约变形的外在条件;零件成形方向对
经过反复试验,西安交通大学开发出了以RP特定表面的台阶效应大小起决定性作用[7～8]。
技术和金属电弧喷涂(ArcMetalSpraying)技术为核从收缩变形和台阶效应的一般规律出发,针对
心的板料成形模具快速制造新工艺(RP2AMS),在板料冲压成形模具光固化原型的具体特点来制定其
奥拓轿车新车型开发中发挥了作用。RP2AMS工艺制作工艺。板料冲压模具光固化原型一般是作为母
[4～5]
的基本流程如图1所示。模来使用的,其主要目的是得到模具冲压型面的准
确形状,所以,在保持冲压型面不变的前提下,模具
收稿日期:2004-03-02
光固化原型的其他结构部分可以从减小原型变形的
第一作者简介:李延平,女,1963年生,副教授。
角度进行二次结构设计。下面以Audi车门1∶5板
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设计·研究《电加工与模具》2004年第4期

料冲压模具主型面RP原型为例说明制作工艺的具内正交、层间交错变序正交等[8]。
体实施过程。
2石膏过渡模型制作工艺
1.1确定RP原型制作方向
如图2所示,板料成形模具RP原型外表面可为降低费用、缩短模具制造周期,一般只制作凸
分为冲压型面和结构面,其中冲压型面属于重要表模或凹模的RP原型,另一半通过石膏翻型而成。
面,其精度和表面质量要求较高,结构面要求较低,另外,RP原型制作时不可能考虑到所有的工艺补偿
而且具体细节是可变的。可选的制作方向有3个,特征,如拉延筋、工艺补偿面等,这些特征可在石膏
[9]
如图2a为水平放置,2b为横立放置,2c为直立放翻型时加以补充。用石膏翻型的优点是:①价格
置。比较而言,直立放置时台阶效应影响最小,