在汽車模具制造中應(yīng)用
美國德克薩斯州立大學(xué)研究的SLS技術(shù),已由美國DTM公司商品化。目前該公司已研制出SLS2000系列第三代產(chǎn)品。該系統(tǒng)能燒結(jié)蠟、聚碳酸酯、尼龍、金屬等各種材料。用該系統(tǒng)制造的鋼銅合金注塑模具,可注塑5萬件工件。近年來基于RPM技術(shù)模具制造技術(shù)已從最初的原形制造,發(fā)展到快速工模具制造,成為國內(nèi)外應(yīng)用研究開發(fā)的重點(diǎn)。基于RPM的模具制造方法可分為直接制模法和間接制模法。
直接制模法是直接采用RPM技術(shù)制作模具,在RPM技術(shù)諸方法中能夠直接制作金屬模具的是SLS法。用這種方法制造的鋼制銅合金注射模,壽命可達(dá)5萬件以上。但此法在燒結(jié)過程中材料發(fā)生較大收縮,精度難以控制。
間接制模法可分為:
(1)軟質(zhì)簡易模具的制作
采用硅橡膠、金屬粉環(huán)氧樹脂粉和低熔點(diǎn)合金等將原形準(zhǔn)確復(fù)制成模具,或?qū)υ芜M(jìn)行表面處理,用金屬噴涂法或物理蒸發(fā)沉積法鍍?nèi)ド弦粚尤埸c(diǎn)較低的合金來制作模具。這些簡易模具的壽合為50-5000件,由于其制造成本低、周期短,特別適合于產(chǎn)品試制階段的小批量生產(chǎn)。
(2)鋼質(zhì)模具的制作
將RPM技術(shù)與精密鑄造技術(shù)相結(jié)合,可實現(xiàn)金屬模的快速制造?;蛘咧苯又圃斐鰪?fù)形精度較高的EDM電極,用于注塑模、鍛模、壓鑄等鋼制模具形腔的加工。一個中等大小、較為復(fù)雜的電極一般4-8h即可完成,復(fù)形精度完全滿足工程要求。福特汽車公司用此技術(shù)制造汽車模具取得了滿意的效果。上海交通大學(xué)也已通過RP與精密鑄造結(jié)合的方法為汽車及汽車輪胎等行業(yè)生產(chǎn)進(jìn)口替代模具計80余副。與傳統(tǒng)機(jī)加工法相比,快速模具制造的制作成本及周期大大降低。我國每年需進(jìn)口模具達(dá)8億多美元,主要是復(fù)雜模具和精密模具,因此,SLS技術(shù)在未來的汽車模具制造業(yè)中的應(yīng)用前景十分廣闊。
在汽車燈具制造上的應(yīng)用
汽車燈具大多數(shù)的形狀是不規(guī)則的,曲面復(fù)雜,模具制造難度很大。通過快速成形技術(shù),可以很快得到精確的產(chǎn)品試樣,為模具設(shè)計CAD和CAM提供了有利的參考。同時,也可以通過快速成形技術(shù),用熔模鑄造的方法快速、高精度地制造出燈具模具。
激光熔覆成形(LCF)技術(shù)
LCF技術(shù)的工作原理與其他快速成形技術(shù)基本相同,也是通過對工作臺數(shù)控,實現(xiàn)泊光束對粉末的掃描、熔覆,最終成形出所需形狀的零件。研究結(jié)果表明:零件切片方式、激光熔覆層厚度、激光器輸出功率、光斑大小、光強(qiáng)分布、掃描速度、掃描間隔、掃描方式、送粉裝置、送粉量及粉末顆粒的大小等因素均對成形零件的精度和強(qiáng)度有影響。
與其他快速成形技術(shù)的區(qū)別在于,激光熔覆成形能制成非常致密的金屬零件,其強(qiáng)度達(dá)到甚至超過常規(guī)鑄造或鍛造方法生產(chǎn)的零件,因而具有良好的應(yīng)用前景。
激光近形(LENS)技術(shù)
LENS技術(shù)是將SLS技術(shù)和LCF技術(shù)相結(jié)合,并保持了這兩種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。選用的金屬粉末有三種形式:
(1)單一金屬;
(2)金屬加低熔點(diǎn)金屬粘結(jié)劑;
(3)金屬加工有機(jī)粘結(jié)劑。由于采用的是鋪粉方式,所以不管使用哪種形式的粉末,激光燒結(jié)后的金屬的密度較低、多孔隙、強(qiáng)度較低。要提高燒結(jié)零件強(qiáng)度,必須進(jìn)行后處理,如浸滲樹脂、低熔點(diǎn)金屬,或進(jìn)行熱等靜壓處理。但這些后處理會改變金屬零件的精度。
激光薄片疊層制造(LOM)技術(shù)
LOM技術(shù)是一種常用來制作模具的新型快速成形技術(shù)。其原理是先用大功率激光束切割金屬薄片,然后將多層薄片疊加,并使其形狀逐漸發(fā)生變化,最終獲得所需原形的立體幾何形狀。
LOM技術(shù)制作沖模,其成本約比傳統(tǒng)方法節(jié)約1/2,生產(chǎn)周期大大縮短,經(jīng)濟(jì)效益也甚為顯著。該技術(shù)在國外已經(jīng)得到了廣泛的使用。
激光誘發(fā)熱應(yīng)力成形(LF)技術(shù)
LF技術(shù)的原理是基于金屬熱脹冷縮的特性,即對材料進(jìn)行不均勻加熱,產(chǎn)生預(yù)定的塑件變形。該技術(shù)具有下列特點(diǎn):
(1)無模具成形:生產(chǎn)周期短、柔性大,特別適合單件小批量或大形工件的生產(chǎn);
(2)無外力成形:材料變形的根源在于其內(nèi)部熱應(yīng)力;
(3)非接觸式成形:成形精度高、無工模具磨損,可用于精密件的制造;
(4)熱態(tài)累積成形:能夠成形常溫下的難變形材料或高硬化指數(shù)金屬,而且能夠產(chǎn)生自冷硬化效果,使變形區(qū)材料的組織與性能得以改善。
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