《模具工业》2006年第32卷第2期 良,制模速度快,成本低,可以获得精细复杂的型对原型形状和精度的损失非常小,是理想的中间过 腔 渡模。用SLA原型复制得到的硅橡胶模如图3c所 基于以上分析,本研究采用铸造方法制造锌基示 合金模具镶块,然后将其嵌入钢衬套中获得整副模 通过硅橡胶模可以很容易地获得铸型,铸型可 具。这种工艺不仅保证了模具制造质量和使用效以是砂型、石膏型、陶瓷型等。砂型制造精度较低 果,而且还可以实现模具的互换性,制造其他产品适合制造大型模具铸型;陶瓷型强度最好,也可保证 时,只需制作同样规格的镶块重新嵌入钢衬套中即较高的精度和表面粗糙度,但是工艺复杂;石膏型虽 可,大大提高了模具制造的综合效益 然强度较低,但是工艺简单,复制精度高,兼之水杯 零件较小,故采用石膏型铸造锌基合金模具镶块非 5模具制造工艺 常合适。 5.1模型制造 将硅橡胶模固定在模板上,并在周围放置模 用来制作模型的材料有木材、塑料、石膏或者框。将石膏、耐火粉料和水充分混合制成的石膏浆 金属等等,具体采用何种材料要根据铸造工艺和可料注入模框内,待石膏凝固硬化后,取掉模框和模 用设备决定。模型既可以用机械加工的方法制造,板,将硅橡胶模从石膏型中取出,就得到了具有模具 又可以采用热成型,如挤压、焊接或快速成型等方 型腔镶块形状的石膏型。 法获得。 快速成型工艺能够通过CAD模型直接制造出5.3冷却水道的制作和放置 实体模型,在经过后期处理后可以直接用于快速模 冷却水道采用紫铜管制造,具有管壁光洁、耐腐 具制造。本硏究采用了SA快速成型工艺制造水杯蚀、韧性好、弯曲不易破裂等特点。弯制冷却水道采 模型,该快速成型工艺采用紫外激光分层照射光敏用常规工具手工弯制,为尽量保证弯制后水道各截 树脂叠加成型,具有原型精度高、成型速度快、成型面尺寸不变,弯制前,紫铜管内要填砂并在两端封 零件复杂的特点。考虑到模具分模,只需要制造水严,然后再按照优化设计的冷却水道几何形状进行 杯的一半即可满足试制研究的需要。半个水杯的弯制。水道完成后必须进行水压试验,以避免铸造 CAD模型和SA原型如图3a3b所示 时锌基合金从破损处流入水道 在新制好的石膏型中放置冷却水道支撑,支撑 不能影响模具型腔的工作部分。仔细测量冷却水道 各处与铸型的距离,保证冷却水道的设计位置,并在 石膏型侧壁与冷却水道进出口对应的位置挖出比水 道稍大的孔。为了避免浇注时合金液沿进出口进入 冷却水道,须将水道的进出口封堵,现采用石棉绳作 为封堵材料,既可以防止合金液进入冷却水道,又可 图3半个水杯的CAD模型、SA原型和硅橡胶模 使浇注时水道中受热膨胀的气体排出。将冷却水管 a—AD模型b—SA原型c—硅橡胶模 从预留的水道进出口插入侧壁的孔中,并将水道按 照设计位置固定于支撑上,然后将侧璧的孔修补好 5.2铸型制作 将含有冷却水道的石膏型放入烘箱中分段升温 sλA原型制作完成后必须转制成硅橡胶模才能烘烤,直至最高烘烤温度450℃,共耗时约10h,然 用于铸型制作。首先,SA原型是凸模,要获得具有后随烘箱冷却至120℃即可进行浇注。用于锌基合 原型形状的模具,铸型也必须是凸模的形状,因此金模具铸造的内置冷却水道石膏型如图4所示。 需要将SA原型转制成凹模来制造铸型;其次,如 果直接用SA原型制作铸型,除非将原型破坏,否5.4模具铸造 则起模将会非常困难。由于硅橡胶具有一定的弹 锌基合金的凝固过程收缩比较大,一般凝固收 性,因此无论对于SA原型还是铸型来说,起模都缩率在1.2%左右,而且凝固区间很大,因此容易出 将很容易,而且由于硅橡胶模的复制性能非常好,现缩孔、疏松。但是锌基合金的缩孔、疏松经常出现 2o1994-2009ChinaAcademicournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://nwecnki.net《模具工业》2006 年第 32 卷第 2 期 63 良 , 制模速度快 , 成本低 , 可以获得精细复杂的型 腔。 基于以上分析 , 本研究采用铸造方法制造锌基 合金模具镶块 , 然后将其嵌入钢衬套中获得整副模 具。这种工艺不仅保证了模具制造质量和使用效 果 , 而且还可以实现模具的互换性 , 制造其他产品 时 , 只需制作同样规格的镶块重新嵌入钢衬套中即 可 ,大大提高了模具制造的综合效益。 5 模具制造工艺 5. 1 模型制造 用来制作模型的材料有木材、塑料、石膏或者 金属等等 , 具体采用何种材料要根据铸造工艺和可 用设备决定。模型既可以用机械加工的方法制造 , 又可以采用热成型 , 如挤压、焊接或快速成型等方 法获得。 快速成型工艺能够通过 CAD 模型直接制造出 实体模型 , 在经过后期处理后可以直接用于快速模 具制造。本研究采用了 SLA 快速成型工艺制造水杯 模型 , 该快速成型工艺采用紫外激光分层照射光敏 树脂叠加成型 ,具有原型精度高、成型速度快、成型 零件复杂的特点。考虑到模具分模 , 只需要制造水 杯的一半即可满足试制研究的需要 。半个水杯的 CAD 模型和 SLA 原型如图 3a、3b 所示。 图 3 半个水杯的 CAD 模型、SLA 原型和硅橡胶模 a ——CAD 模型 b ——SLA 原型 c ——硅橡胶模 5. 2 铸型制作 SLA 原型制作完成后必须转制成硅橡胶模才能 用于铸型制作。首先 ,SLA 原型是凸模 ,要获得具有 原型形状的模具 , 铸型也必须是凸模的形状 , 因此 需要将 SLA 原型转制成凹模来制造铸型 ; 其次 , 如 果直接用 SLA 原型制作铸型 , 除非将原型破坏 , 否 则起模将会非常困难 。由于硅橡胶具有一定的弹 性 , 因此无论对于 SLA 原型还是铸型来说 , 起模都 将很容易 , 而且由于硅橡胶模的复制性能非常好 , 对原型形状和精度的损失非常小 , 是理想的中间过 渡模。用 SLA 原型复制得到的硅橡胶模如图 3c 所 示。 通过硅橡胶模可以很容易地获得铸型 , 铸型可 以是砂型、石膏型、陶瓷型等。砂型制造精度较低 , 适合制造大型模具铸型 ;陶瓷型强度最好 ,也可保证 较高的精度和表面粗糙度 ,但是工艺复杂 ;石膏型虽 然强度较低 , 但是工艺简单 , 复制精度高 , 兼之水杯 零件较小 , 故采用石膏型铸造锌基合金模具镶块非 常合适。 将硅橡胶模固定在模板上 , 并在周围放置模 框。将石膏、耐火粉料和水充分混合制成的石膏浆 料注入模框内 , 待石膏凝固硬化后 , 取掉模框和模 板 ,将硅橡胶模从石膏型中取出 ,就得到了具有模具 型腔镶块形状的石膏型。 5. 3 冷却水道的制作和放置 冷却水道采用紫铜管制造 ,具有管壁光洁、耐腐 蚀、韧性好、弯曲不易破裂等特点。弯制冷却水道采 用常规工具手工弯制 , 为尽量保证弯制后水道各截 面尺寸不变 , 弯制前 , 紫铜管内要填砂并在两端封 严 , 然后再按照优化设计的冷却水道几何形状进行 弯制。水道完成后必须进行水压试验 , 以避免铸造 时锌基合金从破损处流入水道。 在新制好的石膏型中放置冷却水道支撑 , 支撑 不能影响模具型腔的工作部分。仔细测量冷却水道 各处与铸型的距离 ,保证冷却水道的设计位置 ,并在 石膏型侧壁与冷却水道进出口对应的位置挖出比水 道稍大的孔。为了避免浇注时合金液沿进出口进入 冷却水道 ,须将水道的进出口封堵 ,现采用石棉绳作 为封堵材料 ,既可以防止合金液进入冷却水道 ,又可 使浇注时水道中受热膨胀的气体排出。将冷却水管 从预留的水道进出口插入侧壁的孔中 , 并将水道按 照设计位置固定于支撑上 ,然后将侧壁的孔修补好。 将含有冷却水道的石膏型放入烘箱中分段升温 烘烤 , 直至最高烘烤温度 450 ℃, 共耗时约 10 h , 然 后随烘箱冷却至 120 ℃即可进行浇注。用于锌基合 金模具铸造的内置冷却水道石膏型如图 4 所示。 5. 4 模具铸造 锌基合金的凝固过程收缩比较大 , 一般凝固收 缩率在 1. 2 %左右 ,而且凝固区间很大 ,因此容易出 现缩孔、疏松。但是锌基合金的缩孔、疏松经常出现 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net