粉末冶金技术 2008年10月 模具强度高,因此只适合小批量生产。 8浸渍树脂后的模具 Fig8 Injection mould infuse:d 图9是固化后的树脂材料的TGA曲线。从图 中可以看出,在150时几乎没有质量损失,当温 图10模具材料浸渍树脂后组织金相照片 度上升至200℃时,树脂的分解量不到5%,因此可 Fig 10 Micrograph of inf used mould material 与SLS形坯相比,最终模具长、宽方向的收缩 以满足一般注塑模具要求100~150℃的工作温度 率分别为2.8%和3.2%,高向的收缩为5.7%。收 缩原因有以下两点:高分子粘结剂颗粒的脱除;高温 烧结。前者可以通过减小粘结剂的含量和细化粘结 剂颗粒使其分布在金属颗粒的孔隙中且不占据多余 空间加以改善;后者则可通过降低高温烧结温度损 失部分强度来实现。此外,还可以将收缩信息反馈 给CAD三维模型进行尺寸补偿来控制收缩 温度/℃ 3结论 图9固化后树脂TGA曲线 采用间接SLS方法,以普通铁粉为成形原料 Fig 9 TGA curve of cured resi 经高温烧结和浸渍改性环氧树脂,可以制造注塑模 具。这种方法综合了RP&M技术的快捷性和SLS 2模具强度和精度分析 技术自身的优点,可在一周之内制造出具有内置复 模具的强度主要来源于脱脂形坯的高温烧结和杂随形冷却水道的注塑模具,此类模具可以提高注 浸渍改性环氧树脂后的固化。高温烧结后模具是塑效率和塑料件的质量。由于此类模具的强度不及 多孔材料,文献[6表明,多孔材料的强度可由经验致密金属模具高,因此只适合于小批量的生产,而且 公式(2)表示 模具的精度有待于进一步提高 0= Coof(p) (2) 式中:是多孔材料的强度;是对应于多孔 参考文献 材料致密材质的强度fP是与多孔材料密度相关(1 Kumar San, Selective laser sintering: a qualitative and objective 的函数,C是常数。从公式(2)中可以看出,多孔材 approach,JOM,2003,55(10):43-47 料的强度与其致密度相关。可以通过成形较细的金211 ng Jeng Wan modification using hybrid processes of selective laser cladding and 属粉末和减少粘结剂含量提高形坯材料的致密度, milling, Journal of Materials Processing Technology, 2001, 110 从而增加其强度。浸渍树脂并固化后,模具形坯材 98-103 料的金相组织光学显微照片如图10所示,其中的亮31ngD,1ny. Rapid tooling; ective laser sntering injectio tooling, Journal of Materials Processing Technology, 2003, 132 色为金属,暗色为固化后的树脂。树脂也是以多孔 形式与金属共存,由于两种材料都没有严格的方向[4 Pham d t, Nimoy s, Lacan F, Selective laser sintering 性,因此在方向性的力的作用下,两者存在相互作 Applications and technological capabilities. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, part B, 1999, 213(5): 435 用,模具材料的强度是上述两种多孔材料强度非线 性叠加的结果。由上述材料制成的模具没有纯金属 (下转第373页) 01994-2009ChinaAcademicJOurmalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net图 8 浸渍树脂后的模具 Fig18 Injection mould infused 图 9 是固化后的树脂材料的 TGA 曲线。从图 中可以看出 ,在 150 ℃时 ,几乎没有质量损失 ,当温 度上升至 200 ℃时 ,树脂的分解量不到 5 % ,因此可 以满足一般注塑模具要求 100～150 ℃的工作温度。 图 9 固化后树脂 TGA 曲线 Fig19 TGA curve of cured resin 2 模具强度和精度分析 模具的强度主要来源于脱脂形坯的高温烧结和 浸渍改性环氧树脂后的固化。高温烧结后 ,模具是 多孔材料 ,文献[ 16 ]表明 ,多孔材料的强度可由经验 公式(2) 表示 : σ = Cσ0 f (ρ) (2) 式中 :σ是多孔材料的强度;σ0 是对应于多孔 材料致密材质的强度 ; f (ρ) 是与多孔材料密度相关 的函数 , C 是常数。从公式 (2) 中可以看出 ,多孔材 料的强度与其致密度相关。可以通过成形较细的金 属粉末和减少粘结剂含量提高形坯材料的致密度 , 从而增加其强度。浸渍树脂并固化后 ,模具形坯材 料的金相组织光学显微照片如图 10 所示 ,其中的亮 色为金属 ,暗色为固化后的树脂。树脂也是以多孔 形式与金属共存 ,由于两种材料都没有严格的方向 性 ,因此在方向性的力的作用下 ,两者存在相互作 用 ,模具材料的强度是上述两种多孔材料强度非线 性叠加的结果。由上述材料制成的模具没有纯金属 模具强度高 ,因此只适合小批量生产。 图 10 模具材料浸渍树脂后组织金相照片 Fig110 Micrograph of infused mould material 与 SLS 形坯相比 ,最终模具长、宽方向的收缩 率分别为 218 %和 312 % ,高向的收缩为 517 %。收 缩原因有以下两点 :高分子粘结剂颗粒的脱除 ;高温 烧结。前者可以通过减小粘结剂的含量和细化粘结 剂颗粒使其分布在金属颗粒的孔隙中且不占据多余 空间加以改善 ;后者则可通过降低高温烧结温度损 失部分强度来实现。此外 ,还可以将收缩信息反馈 给 CAD 三维模型进行尺寸补偿来控制收缩。 3 结论 采用间接 SLS 方法 ,以普通铁粉为成形原料 , 经高温烧结和浸渍改性环氧树脂 ,可以制造注塑模 具。这种方法综合了 RP &M 技术的快捷性和 SLS 技术自身的优点 ,可在一周之内制造出具有内置复 杂随形冷却水道的注塑模具 ,此类模具可以提高注 塑效率和塑料件的质量。由于此类模具的强度不及 致密金属模具高 ,因此只适合于小批量的生产 ,而且 模具的精度有待于进一步提高。 参考文献 [ 1 ] Kumar Sanjay1 Selective laser sintering : A qualitative and objective approach1 JOM , 2003 , 55 (10) : 43 - 47 [ 2 ] Jeng Jeng2Ywan , Lin Ming2Ching1 Mold fabrication and modification using hybrid processes of selective laser cladding and milling 1 Journal of Materials Processing Technology , 2001 ,110 : 98 - 103 [ 3 ] King D , Tansey T1 Rapid tooling : selective laser sintering injection tooling1 Journal of Materials Processing Technology , 2003 , 132 : 42 - 48 [ 4 ] Pham D T , Dimov S , Lacan F1 Selective laser sintering : Applications and technological capabilities1 Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers , part B , 1999 , 213 (5) :435 - 449 (下转第 373 页) 368 粉末冶金技术 2008 年 10 月