汽车快速模具制造及应用

1、毕业设计（论文）题目：汽车制造磨具的研究班 级：06秋市场营销班学 号：067554404姓 名：摘要汽车的开发、生产离不开模具，尤其是铸造、锻压、注塑等工艺所需的模具。 传统模具是制约汽车开发与生产的瓶颈，新型快速模具不但能显著缩短制作周 期、降低成本，还能提高制件的品质与生产效率，其中最适合汽车研发的是硅橡 胶模。本文介绍了快速模具的类型、应用状况，以及制作大型、复杂.精密硅橡 胶模的关键技术。关键词汽车；模具；快速成形；快速制造；硅橡胶目录1快速模具制造及其应用的重要性12快速模具制造的新概念33快速模具制造及其应用的现状43.1制作周期短83. 2成本低83.3弹性好，工件易于脱模83

2、.4复印性能好83.5能用于在室温下浇注高性能的聚氨酯塑料件。8参考文献13汽车快速模具制造及应用1传统模具应用和缺点1快速模具制造及其应用的重要性随着社会的进步与经济的发展，市场竞争愈来愈剧烈，迫使制造业在不断改善 产品的性能与品质的前提下，最大限度地缩短新产品的开发周期、降低成本，以 便快速响应用户最新的需求。这种趋势在汽车、摩托车、电子产品、家电产品、 玩具等制造业显得尤其突出。例如，电子产品的开发周期已降至不到一年，在玩 具制造业，常常是第一季度开发，第三季度大批量生产，第四季度销售。著名的 HP(惠普)公司80%以上的利润来源于年龄不满2年的产品。所以,快速、高效地 开发新产品是竞争

3、取胜的一个关键因素。实现新产品的快速、高效开发涉及多种 领域的先进技术，例如，计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助工程(CAE)、计算机 辅助制造(CAM)、新材料，以及产品与相应工艺装备的快速成形、制造等，其中 特别是有关模具的设计与制作技术。汽车是最复杂、最有影响的一种消费品，山于用户与竞争者的压力，迫使汽车工 业必须优化其产品开发过程，迅速地提高产品的品质并将其推向市场，还要最大 限度地满足用户的要求。10年前，开发一辆新汽车的时间大约为60个月，而 现在仅18个月。众所周知，汽车的开发、生产离不开模具，尤其是铸造、锻压、 注塑等工艺所需的模具。试制原型件常常需要模具，汽车的生产更需要模

4、具。然 而，模具的开发、制作时间与成本，乂往往是整个汽车开发时间与成本的主要部 分，既费时乂费钱。通常，25%的汽车开发时间与大部分的成本用于原型与模具 的制作。例如，一付大型、复杂的模具的开发一般需要6个月以上的时间与儿 十万至儿百万元以上的费用，一付小型、中等复杂的模具的开发一般也需3个 月以上的时间与儿万元至儿十万元以上的的费用。根据美国汽车工业统讣，其平 均67%以上的投资与模具有关。在我国，由于试制新车的能力比较差，因此，在 试制阶段不得不高价从国外进口试制件，以进口装饰件为例，60利U每种13件) 就需300多万元。因此，模具是制约汽车开发与生产的瓶颈，要缩短汽车的开发与生产周期、

5、降低 成本，必须首先缩短模具的开发与生产周期，降低模具的成本，使模具更结实、耐用。通常，模具山锻造钢坯或铝坯经传统机械加工而成，砂型铸造模型虽然可用木材 制作，但仍需机械加工。山于模具上常常有一些复朵的特征与自山表面，精度与 光洁度要求比较高，所以加工周期长，成本高。应该指岀的是，由于计算机数控（CC）加工机床、加工中心、柔性系统，以及高 速切削等先进技术的发展，能使模具加工的周期缩短，但是至今为止，每道工疗; 的工艺并无重大改变，仍然存在调整时间长、复杂刀具轨迹的自动生成困难、成 本高等大问题。当产品的生产批量较小时，模具的制作工时与成本分摊在每件产 品上的数额更大，上述问题尤为突出。传统机

6、加工模具的另一个问题是，这种模 具的柔性比较差，一旦设计有些改变，原有模具难于修改，儿乎不得不重新制作。 所以，必须寻求快速模具制造的新方法。2快速模具制造的新概念在现代先进制造技术中，有一项称为Rapid Prototyping & Manufacturing （快速成形与快速制造，简称RP&M）的支柱技术，应用这种技术能 快速制作工件，并使其材质特性接近或儿乎与期望的产品特性相符。其中，Rapid Prototyping （快速成形，简称RP）指的是一种新工艺,它能 根据工件的CAD三维模型，快速制作工件的实体原型，而无需任何附加的传统 模具或机械加工:Rapid Manufacturin

7、g （快速制造，简称RM）主要指的是Rapid Tooling （快速模具制造，简称RT）用快速成形工艺及相应的后续加工来快 速制作模具。RT是不同于传统机加工模具的一种新方法、新工艺，也不是过去 的简易模”，它涉及以下两方面的功能：1）快速开发用于传统制造工艺的模具，如快速制作注塑模与铸造模型。2）减少用模具成形工件所需的时间，缩短成形的循环周期，提高模具的生产效 率，改善工件的品质。当然，并非各种RT方法都具有第二种功能。快速模具制造（RT）与快速成形（RP）有密切的关系。RT方法的出现与发展，在很 大程度上取决于RP技术与新材料的发展，采用RP技术能直接或间接快速制作 模具，而RT技术又

8、能促进、扩大RP的推广应用。虽然，RT工艺仍处于开发阶段，还不十分成熟、完善，但是，它已经能和传统 的CNC机加工相竟争，并因此促进各自的发展。最新的进展表明，已经能用一 些替代技术制作大批量生产用模具，它们在缩短产品的开发周期、降低成本、提 高生产率与改善产品品质等方面，都很有成效。3快速模具制造及其应用的现状近年来，在快速成形技术与新材料（特别是高分子材料）的推动下，快速模具制 造技术取得了重大的突破。据不完全统讣，在国外，商品化并相当广泛应用的快 速模具制造方法已有20儿种（如图1图3所示），按照模具所能成形的工件 数量，模具可分为：试制用模具、正式批量生产模具，以及介于两者之间的过渡

9、模具（Bridge tooling）。应用的领域不仅遍及汽车、家电、玩具等许多制造行 业，而且还深入到医疗领域。图1商品化的快速试制用模SLA成形的樹肪壳.铝填充环乱树脂背衬橫快谨过渡模电弧金厲/等蔑子喷镀一背衬欖.维打印渔钢（PtoM眈1）模纤油帘强聚f F物压制讹Tg戚图2商品化的快速过渡模用快速成形件直接作直接烧结树脂砂型电铸加铜売-陶瓷背衬（NCC）吒相沉积镇亮-背村H弁共形捨却适的电蒔編-刑浇-背甘怏速妣生产模饶结工具钢/碳化镯-潅铜（3D直接佥国熾克液相啟D1LS）模熔模铸造佥属模冇接仝脚话泗CDMD、蔽用快速成形母模研觀电铸血 直接烧结金属电极图3商品化的快速批量生产模国外的制造

10、业十分重视快速模具制造，其应用的50%以上在汽车与消费品的制造 业，已用于小批量（儿口件）、中批量（儿千件）与大批量（儿万件以上）的生 产，模具的尺寸精度可达0.0250. 127mm,硬度可达HRC 2570,寿命可达 10, 000500, 000,因此不仅能与H-13模具钢比美，而且还能比传统模具提高 生产率35%40%。例如：1）在Ford公司的开发部，装备了各种各样的快速成形机，他们用RT技术制 作了注塑模、冲模、中空成形模、铸模与圧铸模等，能在6天内完成从母模至 快速压机模的制作，例如对于成形旋转叶片的压机模，模具费用节省75% 80%,模具寿命达到750 000件。2）Toyot

11、a公司的实践表明，对于右侧镜壳体，采用RP技术后，山于不必制 作原型的模具，节省模具费200 000美元；对于门把手，用快速成形母模，可 节省模具费用300 000美元；仅仅FDM快速成形机就为汽车试制节省了 2白万 美元。3）Volkswagen AG公司的实践表明，对于气缸头、曲轴箱、缸头盖与涡轮充电 器壳体的铸造而言，与传统方法制作模具与铸件相比，为获得5个工件，RP/RT可缩短时间80%89%。4) FIAT公司的实践表明，RT至少缩短制作时间47%,降低成本55%63%。5) 在韩国的汽车工业的4家公司中，拥有8台快速成形机，它们主要用于汽 车内、外装饰件的设计与成形，以及发动机零件

12、的铸造。例如在Hyundai公司， 20%用于成形模具的母模，35%用于装配试验。他们的快速模具用于真空铸造、中空成形与离心铸造。Kir公司用真空铸造与熔 模铸造成形金属件，以便对样车进行测试。对于发动机支架，他们将SLA快速 成形件替代蜡模，然后进行熔模铸造，全过程仅需14天，比传统制作方法缩短 9天(即缩短时间40%) o对于后组合灯支架，用SLA快速成形件作真空铸造 的母模，能节省65%的成本与75%的时间。在我国，近儿年来，快速成形机的研发与生产有很大的发展，一些汽车制造公司 也购置了多种形式的快速成形机，但是多数仅用于制作原型，快速模具制造还是 一种鲜为人知的技术，应用十分有限。据初

13、步统讣，U前我国具有快速模具制造 能力的主要单位有20儿家，其中，绝大多数单位制作的快速模与国外商品化快 速模相比，有以下明显差距：1) 品种不到10种，远远少于国外已商品化的20儿种，特别是尚未开展高档 快速模的研发、生产。2) 山于能制作的快速模的品种有限，因此，对于具体的客户要求而言，往往缺 乏灵活性与适应性。3) 不具备大型、复杂、精密快速模具的生产能力。4大型、复杂、精密硅橡胶模一快速成形汽车塑料试制件的关键软模(soft tooling)是一种常用的试制模具，也可用于制作快速过渡模或快速批 量生产模，其中，最常见的是硅橡胶模，它的优点是：(1)制作周期短通常，根据工件的CAD文件，

14、能在儿天内提供硅橡胶软模，以及用软模成形 的聚氨酯塑料件。与传统金属模注塑原型匸件相比，用硅橡胶模真空浇注聚氨酯 原型，能缩短开发周期舟达90亂用快速成形的母模通过硅橡胶模制作铸造用聚 氨酯芯盒，与制作传统的金属芯盒相比，只需1/5的时间。(2)成本低与CNC机加工的金属模相比，软模的制作费用低得多，一般只有金属模的儿分之一。(3)弹性好，工件易于脱模在传统的金属模中，通常需要设置脱模斜度，以便使工件成形后顺利脱模。 用硅橡胶模成形工件时，山于模具有足够的弹性，使得往往不必添加脱模斜度, 工件就能脱模，从而可大大简化模具的设计。(4)复印性能好硅橡胶有优良的复印性能，可良好地再现母模上的细小特

15、征，基本不会损失 尺寸精度。(5)能用于在室温下浇注高性能的聚氨酯塑料件。山于双组分热固性聚氨酯的新进展，已经能替代工程塑料。此外，浇注成形 的聚氨酯工件的表面光洁度也很好，还有能获得高透明度工件的聚氨酯树脂，在 真空浇注机(vacuum casting machine)中，用硅橡胶模可以浇注出高性能的聚氨 酯塑料制品。制作大型、复杂、精密的硅橡胶模，并用其成形汽车塑料试制件的关键在于:(1) 尽可能减少硅橡胶材料的用量，降低制作成本制作中型、大型硅橡胶模需要儿十公斤至儿白公斤的硅橡胶，一般硅橡胶的 价格约200元/公斤，因此，硅橡胶材料费高达儿千元至儿万元，显然，这是成 本的最主要部分。(2

16、) 提高硅橡胶模的加热效率用硅橡胶模浇注聚氨酯塑料件时，一般要求模具温度达到70。C左右，因 此须预先加热硅橡胶模，然而，山于硅橡胶的导热性很差，加热效率非常低，对 于中型、大型硅橡胶模常常需要加热儿小时，甚至近十小时，而且难于使整个模 具的温度均匀，导致相、“I低的生产效率与塑料件较大的翘曲变形。(3) 恰当选择聚氨酯的牌号，使浇注的塑料件的性能接近工件所需材料的性能汽车上需要的丄件常常是ABS等类别的高性能丄程塑料件，因此，必须使 所选的双组份聚氨酯的性能与其相接近，特别是强度、硬度与弹性，并且应有良 好的流动性，以及足够的可操作时间。(4)正确设计浇注工艺与选择硅橡胶、聚氨酯的性能，使之

17、 能成形形状复杂的精细件汽车塑料件上常常有精细、复杂的小特征，硅橡胶模的相应部分易损坏，并 且浇注双组份材料时不易充满，所以必须采用恰、“I的浇注方向与浇道设计，以及 高撕裂强度的硅橡胶和高流动性的双组份材料。如果不能妥善地处理上述关键问题，根本无法经济、快速地生产合格的塑料 件。瑞鼎机电科技有限公司聚积了一批来自国内外的高级技术人员，他们长期从 事快速成形、快速模具制造的研发与生产，积累了丰富的经验。公司拥有面积近 一千平方米的快速模具制造车间，装备了国内最大、最先进的德国MKV II-XL型 真空浇注机，在充分吸取国外先进技术的基础上，通过长期的试验、研究，从材 料改性与模具结构设计等方面着手，创造了一套独特的工艺方法，因此，为汽车、 家电等行业提供了许多大型、复杂、精密的快速模具及其制件(如图4图7), 例如汽车保险杠、水箱面罩、车门内饰板、仪表板、车灯灯罩、音响系统面板、 手机壳等零件的高精度母模、硅橡胶模，以及小批量塑料试制件，能在相半短的 时间内，满足客户试制新产品的要求，从而使过去不得不进口的试制件改山瑞鼎 机电科技有限公司供应，并可显著地