金属硬模具制造技术

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1、快速成型技术及应用张汪年zwn2003@126.com第六章快速原型的金属钢质硬模制造技术一、烧结工具钢/碳化钨－渗铜（3Dkeltool）模烧结工具钢/碳化钨－渗铜（3Dkeltool）模3DSystems公司的“Keltool”工艺是粉末烧结法的代表。该方法是通过母模复制的硅橡胶，浇铸工具钢粉粒、碳化钨粉粒和黏结的混合物，再进行烧结、渗铜而形成的模具。模具的寿命取决于烧结的材料，一般都在1万件以上。这种模具与钢模、铝模有相似的特性，有很好的特征和表面粗糙度，适合几乎所有的树脂。若需要提高模具的精度，可采取添加微细球状粉末等措施。1、3Dkeltool模的制作过程（1）.由S

2、LA快速成形系统方法生成快速原型，如图a。（2）.将模芯原型放入制模箱中，制模箱中浇入RTV硅胶，固化后取出原型，制成RTV硅橡胶模，如图b。3.将硅橡胶放入制模箱中，浇入A6钢粉、碳化钨以及环氧树脂黏结剂组成的浆液，如图c。4.待浆液固化后，取出模芯初型，放入炉中烧结。在高温下，烧去黏结剂，形成质地疏松的A6钢－碳化钨模芯。然后对模芯进行渗铜处理，制成全密度的A6钢－碳化钨－铜金属模芯，如图d。2、3DKeltool模的主要优点1.Keltool模芯材料通常含有70％A6钢和碳化钨，因WC硬度高，模具硬度热处理后可达40～44HRC，所以耐磨，变形小。2.模具表面质量好，抛光后

3、其表面粗糙度可达20～25μm。3.具有较好的机械加工性能，可如同传统模具一样进行后处理，如抛光、磨削、焊接等。4.模具寿命长，如：对于填充的热塑性塑料（如聚丙烯，ABS，尼龙等），有的Keltool镶块的寿命高于300万次。5.keltool因为含有铜，因此具有良好的导热性，可以缩短制件时间，一副模具约需8天，而用传统方法需要4～8周。6.该功率制模的收缩率为0.6％，且收缩线性、同向，因此可在形成STL格式文件时作为变量输入。7.目前，Keltool工艺制作模芯的最大尺寸为150mm×215mm×145mm，最大体积为2.3L，对于较大尺寸的模芯，可以分割制作后进行组合。8.

4、可制作形状复杂，具有细微特征的模具，相对成本低。3、3DKeltool模的主要局限1.Keltool模的技术新，应用时间短，工艺不稳定。2.母模必须要精确、稳定，因此，对于尺寸大于125mm以上的模具，快速成形系统不能保证母模的精度在±0.05mm以内3.对于不同的型芯和型腔，甚至对于同一型芯或者型腔的不同部位，3DKeltool模的精度也会因收缩率的变化而造成不一致。4.由于精度和一致性的问题，有的3DKeltool镶块可能需要后续机械加工，增加模具制作费用和时间。二、Rapid-ToolTM制模技术SLS直接烧结低碳钢—渗铜膜的工艺是DTM公司采用专利的SLS过程开发的，称作

5、Rapid-ToolTM。使用的材料有PVC、PC、聚合黏结剂包裹的低碳钢粉末，聚合黏结剂包裹的420不锈钢粉末等等。2、Rapid-ToolTM模建立过程1.使用Rapid-ToolTM工艺，激光束烧结低碳钢和黏结剂粉粒，使它们融合在一起，并一层一层的建立工件，得到半成品件。2.半成品的强度很低，只有3MPa，因此，为提高强度，将半成品放入含有25％H2和75％N2的电炉中，当炉温升到700℃时，几乎全部的黏结剂去除，从而形成多孔的零件3.将半成品件放入一个炉中，进行二次处理，加热去除黏结剂，使金属粉末融合，并在1083摄氏度以上渗入铜，最终获得全密度的模具。最终的模具为64％

6、体积的金属和36％体积的铜构成。三、低熔点金属模低熔点合金模是采用熔点较低的有色金属合金作为铸模材料，以RP系统或CNC加工的样件为基础，在熔箱内铸模成形的一种冲压模具。常用的低熔点金属是Sn－Bi合金或者Zn合金。低熔点材料是一种非常好的快速模具材料，它具有：1.熔点低，熔化速度快，有利于提高制模效率；2.在熔化状态下流动性好，成模清晰；3.具有一定的冷胀性，便于固定模具镶块及其它部件等特点。4.可以多次重熔，重复利用。但是由于低熔点合金材料强度低（抗拉强度只有60MPa左右），所以对于板厚超过1.5mm的板材就不十分合适了。1、低熔点金属模成形过程1利用快速成形技术制造冲压件

7、原型；2将冲压件原型置于形框中，浇注低熔点合金，得到凹模；3将凹模取出，再次浇注低熔点合金，得到凸模和压边圈。4将凸模，凹模，压边圈装配即可得到冲压模。四、三维打印－渗铜（Prometal）模三维打印－渗铜模（又称Moldfusion）的工艺是由ExtrucleHone公司与MIT合作开发的，因其工艺过程类似于喷墨打印机喷墨的过程，所以称为三维打印。工艺过程：1.铺粉装置将一层金属粉末（不锈钢粉末）铺在成形台板或前一层粉末上面。2.然后，在三维CAD模型的二维切片数据驱动下，通过