金屬硬模具制造技術(shù)第1頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四第六章

快速原型的金屬鋼質(zhì)硬模制造技術(shù)第2頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四一、燒結(jié)工具鋼/碳化鎢－滲銅

（3Dkeltool）模

燒結(jié)工具鋼/碳化鎢－滲銅（3Dkeltool）模3DSystems公司的“Keltool”工藝是粉末燒結(jié)法的代表。該方法是通過母模復(fù)制的硅橡膠，澆鑄工具鋼粉粒、碳化鎢粉粒和黏結(jié)的混合物，再進行燒結(jié)、滲銅而形成的模具。模具的壽命取決于燒結(jié)的材料，一般都在1萬件以上。這種模具與鋼模、鋁模有相似的特性，有很好的特征和表面粗糙度，適合幾乎所有的樹脂。若需要提高模具的精度，可采取添加微細球狀粉末等措施。第3頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四1、3Dkeltool模的制作過程（1）.由SLA快速成形系統(tǒng)方法生成快速原型，如圖a。第4頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四（2）.將模芯原型放入制模箱中，制模箱中澆入RTV硅膠，固化后取出原型，制成RTV硅橡膠模，如圖b。第5頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四3.將硅橡膠放入制模箱中，澆入A6鋼粉、碳化鎢以及環(huán)氧樹脂黏結(jié)劑組成的漿液，如圖c。第6頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四4.待漿液固化后，取出模芯初型，放入爐中燒結(jié)。在高溫下，燒去黏結(jié)劑，形成質(zhì)地疏松的A6鋼－碳化鎢模芯。然后對模芯進行滲銅處理，制成全密度的A6鋼－碳化鎢－銅金屬模芯，如圖d。第7頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四第8頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四2、3DKeltool模的主要優(yōu)點

1.Keltool模芯材料通常含有70％A6鋼和碳化鎢，因WC硬度高，模具硬度熱處理后可達40～44HRC，所以耐磨，變形小。2.模具表面質(zhì)量好，拋光后其表面粗糙度可達20～25μm。3.具有較好的機械加工性能，可如同傳統(tǒng)模具一樣進行后處理，如拋光、磨削、焊接等。4.模具壽命長，如：對于填充的熱塑性塑料（如聚丙烯，ABS，尼龍等），有的Keltool鑲塊的壽命高于300萬次。第9頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四5.keltool因為含有銅，因此具有良好的導(dǎo)熱性，可以縮短制件時間，一副模具約需8天，而用傳統(tǒng)方法需要4～8周。6.該功率制模的收縮率為0.6％，且收縮線性、同向，因此可在形成STL格式文件時作為變量輸入。7.目前，Keltool工藝制作模芯的最大尺寸為150mm×215mm×145mm，最大體積為2.3L，對于較大尺寸的模芯，可以分割制作后進行組合。8.可制作形狀復(fù)雜，具有細微特征的模具，相對成本低。第10頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四3、3DKeltool模的主要局限1.Keltool模的技術(shù)新，應(yīng)用時間短，工藝不穩(wěn)定。2.母模必須要精確、穩(wěn)定，因此，對于尺寸大于125mm以上的模具，快速成形系統(tǒng)不能保證母模的精度在±0.05mm以內(nèi)3.對于不同的型芯和型腔，甚至對于同一型芯或者型腔的不同部位，3DKeltool模的精度也會因收縮率的變化而造成不一致。4.由于精度和一致性的問題，有的3DKeltool鑲塊可能需要后續(xù)機械加工，增加模具制作費用和時間。第11頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四二、Rapid-ToolTM制模技術(shù)SLS直接燒結(jié)低碳鋼—滲銅膜的工藝是DTM公司采用專利的SLS過程開發(fā)的，稱作Rapid-ToolTM。使用的材料有PVC、PC、聚合黏結(jié)劑包裹的低碳鋼粉末，聚合黏結(jié)劑包裹的420不銹鋼粉末等等。第12頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四2、Rapid-ToolTM模建立過程1.使用Rapid-ToolTM工藝，激光束燒結(jié)低碳鋼和黏結(jié)劑粉粒，使它們?nèi)诤显谝黄穑⒁粚右粚拥慕⒐ぜ玫桨氤善芳?.半成品的強度很低，只有3MPa，因此，為提高強度，將半成品放入含有25％H2和75％N2的電爐中，當爐溫升到700℃時，幾乎全部的黏結(jié)劑去除，從而形成多孔的零件第13頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四3.將半成品件放入一個爐中，進行二次處理，加熱去除黏結(jié)劑，使金屬粉末融合，并在1083攝氏度以上滲入銅，最終獲得全密度的模具。最終的模具為64％體積的金屬和36％體積的銅構(gòu)成。第14頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四三、低熔點金屬模

低熔點合金模是采用熔點較低的有色金屬合金作為鑄模材料，以RP系統(tǒng)或CNC加工的樣件為基礎(chǔ)，在熔箱內(nèi)鑄模成形的一種沖壓模具。常用的低熔點金屬是Sn－Bi合金或者Zn合金。

第15頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四低熔點材料是一種非常好的快速模具材料，它具有：1.熔點低，熔化速度快，有利于提高制模效率；2.在熔化狀態(tài)下流動性好，成模清晰；3.具有一定的冷脹性，便于固定模具鑲塊及其它部件等特點。4.可以多次重熔，重復(fù)利用。但是由于低熔點合金材料強度低（抗拉強度只有60MPa左右），所以對于板厚超過1.5mm的板材就不十分合適了。

第16頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四1、低熔點金屬模成形過程1利用快速成形技術(shù)制造沖壓件原型；2將沖壓件原型置于形框中，澆注低熔點合金，得到凹模；3將凹模取出，再次澆注低熔點合金，得到凸模和壓邊圈。4將凸模，凹模，壓邊圈裝配即可得到?jīng)_壓模。第17頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四四、三維打印－滲銅（Prometal）模三維打印－滲銅模（又稱Moldfusion）的工藝是由ExtrucleHone公司與MIT合作開發(fā)的，因其工藝過程類似于噴墨打印機噴墨的過程，所以稱為三維打印。第18頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四工藝過程：1.鋪粉裝置將一層金屬粉末（不銹鋼粉末）鋪在成形臺板或前一層粉末上面。2.然后，在三維CAD模型的二維切片數(shù)據(jù)驅(qū)動下，通過噴頭在不銹鋼粉末上噴射一層液態(tài)聚合物（光固化樹脂黏結(jié)劑），燈光迅速固化不銹鋼粉上的黏結(jié)劑。第19頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四3.工作臺下降，涂覆另一層不銹鋼粉末，重復(fù)（1）、（2）步驟，直至完成層層堆積得到半成品；4.把半成品放入加熱爐內(nèi)，燒去黏結(jié)劑，然后進行二次燒結(jié)與滲銅，最終形成60%鋼和40%銅的金屬模具。第20頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四結(jié)果就是近網(wǎng)狀的部件，強度、可壓縮性與硬度（約30Rc）都接近P20號鋼。最大尺寸是800mm×800mm×600mm。模具的基本公差小至±0.005，在部件整個長度上的變化率是0.002。該模具可以被切削、鉆孔、打磨、