打破快速制模的神话

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通过了解一些情况，将可以打破6个关于快速制模的神话。这将有利于模具制造业和注塑成型工业更好地接受和推广铝制模具的发展。

图1  在高速铣削加工中，可使用小型延伸式刀具。图中所示的刀具顶端直径为0.012in，其延伸部分的直径为0.150in，加工时的转速为42 000r/min
在过去的几年中，快速成型(RP)和快速制模（RT）的技术、工艺及开发都已经发生很大的变化。但有一件事始终保持恒定不变，这就是在不损耗资源情况下，向功能性原型的开发和快速低批量生产零件的方法发出挑战。
; G, ]( }' E0 E4 m' A为了既能得到功能性原型，又能获得低批量生产的零件，在开展快速制模的生产竞赛中，已经创造了很多快速制造模具的方法。
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图2  由于厚壁截面和尺寸翘曲的原因，该模具通过塑料件改造制成型芯
$ @: u; S( }4 t* m# m传统的快速制模是非常特殊的。对于开、合式的模具而言，有一种方法是非常有效的，而另一种方法更适于生产数量在20 000个左右的零件。以前使用的方法包括直接目标制模法、环氧树脂制模法、SLS激光成型法和Keltool制模法。这些方法具有各自的优点，但也存在着较大的缺点，例如其精度和使用寿命不高；在压力注塑成型的情况下，可选用的材料范围很窄等。
5 M6 ?/ A2 q& A由于人们设法在更广泛的工程基础上采用这些RT方法，于是人们开始对这些非常有限的RT方法进行分类。
然而，时代已经发生了变化，该是打破这些快速制模神话的时候了，它曾给RT工业带来了灾难，使许多客户无法成功地从这种技术中获得任何好处。让人们了解RT的真实情况是非常重要的。

图3  这种零件的尺寸为15.5in×8.5in×6in，完工时间为2～3周
危害工业界的6个神话
在这里列出了RT曾危害过工业界的6个神话：
（1）无法在快速制模中修改模具；
% @# B; {  v" h6 I) i. a! L（2）无法在快速制模中抓取底部切口；
2 ^& e! C' q" o  p+ U- L$ D. z（3）无法在快速制模中注塑生产透明的零件；
（4）无法在快速制模中注塑生产大批量零件；
% F& a( w, K' S# L（5）无法在快速制模中注塑生产大型零件；
（6）无法在快速制模中注塑成型大部分工程级塑料。
在神话被打破以前，我们应该首先描述一下正在探讨的快速制模成型法。这种方法采用7075-T6型铝制模具，该模具是通过高速铣削加工（30 000~42 000r/min）制成的。这些模具的交货时间因经销商不同而有所变化，一般来说其稳定和可靠的交货期为2~3周。
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图4  从这种快速制模上可以看到一个手拉件，它能够抓取外螺纹细节处的底部切口
: d2 g" f5 a6 c1 ^6 a快速制模的6个事实
" j4 ]$ j* r6 K, k1.可以在快速制模中修改模具
& |" a, @+ P0 i* |% y# l铝制模具可采用焊接、插接和重新加工的方式生产。事实上，由于零件的重新设计，在所制造的每10个模具中，有6个在第一次抽样检查以后需要修改。这样做有一个很大的优点，就是能够花费更少的时间和资金对模具原型进行修改。
模具的修改随着零件的特点和孔径的大小变化而变化，甚至可以取消沉孔和改变溶液注入口的位置。大部分的修改是在第一个零件注塑成型、组装和试验后开始进行的。其注入的材料是特定的，因此在真正的元件注塑成型以后，可以很容易地测试其功能。如果需要调整，那么就需要对模具进行修改，以满足新零件的设计要求。
8 @3 k# y$ B  @2 W8 d& R6 ?2.在快速制模中，可以抓取底部切口
0 \8 \: U5 x% V& U3 `( N在铝制模具中，底部切口、侧向滑板或侧向拉手都可以设计成能够被抓取的形式。这些东西可以用手拉件和手动滑板抓取。由于采用了手拉件，使模具的生产成本和交货期降到最低。这对客户非常有利，但对供货商并无好处，因为采用这种形式会增加模具设计、加工和组装的复杂性。
4 G' d- Y/ X7 p- ?/ J$ d对供货商而言，该模具的最大缺点是需要采用一个处理器才能使这些模具在压力机中运行工作，并且需要手工拆卸全部手拉件。如果只采用开合式模具，那么就可以采用无人化操作。正是由于这个原因，许多人都不愿意使用底部带有切口的快速制模。随着新开发模具制作软件的应用，以及对压力机工作周期的进一步了解，模具的注塑成型开始采用手拉件和手工滑板抓取底部切口的方式工作。
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图5  一个铝制模具可以生产40 000个图中的手拉塑料件，其材料为ABS塑料
6 V2 z% D* g0 E: d% \4 R0 F3.可以在快速制模中注塑生产透明的零件
+ d, u* _( r0 d铝制模具可以抛光或改变其纹理结构，以注塑生产清晰或透明的零件。这属于二次加工程序，这与模具生产中的情况相同。铝材可以抛光达到A-2级的光洁度水平。A-3级更为典型，其在生产运行中可以使用更长的时间。根据实际运行的不同材料，经过一段时间以后，A-2级光洁度更易于磨损，并变得暗淡无光。
  r1 ^. ?" f6 {, C在通常情况下，透明塑料件大部分采用聚碳酸酯和丙烯酸材料注塑成型。许多材料一直采用专用的透明色彩，包括从Udel材料到聚碳酸酯材料。
4.可以在快速制模中注塑生产大批量零件
( l, Q) a5 O7 x2 i1 x1 _+ q# M所谓大批量生产无非是一个相对意义上的词汇，我们先将它确定为50 000个零件。显然，对于许多工程项目来说需要大批量的生产，50 000个零件与500个零件相比，其数量反差是相当大的，不适合于采用快速制模成型法。这样的批量受到材料和零件设计的限制，但是在采用多个手拉件的情况下，许多模具以摩擦材料注塑成型，数量可达到几万件。
在注塑成型较大的零件时，压力机的处理及其所需的速度都是重要的变量。如果想要使生产模具的周期与铝制模具相匹配，那么最终会碰到一些问题。如果采用普通的手段和技巧，将可以在大批量的铝制模具生产中获得利益。

图6  组装件的各个零件均由铝制模具注塑生产，其中透明的零件经过了抛光，变成了一个透镜，用于放大激光器的刻度
5.可以在快速制模中注塑生产大型零件
所谓大型零件也只是一个相对意义上的词汇。医药公司使用的大型零件对于汽车公司来说，或许就不算是大型零件了。这个神话中的观点之所以被打破是因为铝制模具并不限于6ft(1ft=304.8mm)的立方体。
* P) Z% `1 F3 b0 b, q如果按平均水平计算，许多零件完全适合于这个框架范围。但仍然有许多尺寸超过18in×10in×6in范围的零件是在铝制快速制模中生产的。实际上这是一种很普通的做法，它可以大幅度地降低生产成本，有助于缩短交货时间。
) j7 c: U, q5 d/ u" G6．可以在快速制模中注塑成型工程级塑料
玻璃纤维填充的尼龙、Ultem、Peek和PVC聚氯乙烯材料都可以在铝制模具中注塑成型。这些模具可以根据加工要求进行冷却或加热。只允许注塑ABS或Santoprene材料的时代已经过去了，现在可以使用填充材料、特种材料和石蜡等在铝制模具中制取功能性原型或制造低批量生产的零件。
8 C: R. U) v' o9 a3 K" a以上关于铝制模具的6个神话已经从工程项目的起动点顺利地返回到生产过渡期。其他的神话也不应该忽视，它们也可以用于制作插接模具、辅助模具和家用模具。快速制模的公差精度可与生产模具相媲美。这点已经从第一次注塑成型到最后一次注塑成型的大量零件中得到了证实。
总之，许多项目已经应用于生产实践之中，尽管还有一些问题没有找到答案，但采用快速制模可全面防止预算超支、限期超时和预测失灵的现象。当需要用特定的材料注塑生产50~50 000个零件的时候，不要让快速制模的神话吓倒。