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快速造模技术的发展动态和技术瓶颈中0高温线

2022-12-17

快速造模技术的发展动态和技术瓶颈(中)

快速造模技术的发展动态和技术瓶颈(中) 2011年12月10日 来源: POM集团的业务经理Jerry Janson称:“仿形冷却对于我们所有顾客来说并不是万能药,所以我们与许多大客户一起合作来达到成功。我们已经对仿形冷却展开了研究工作,所缩短周期时间的幅度由8%上升到40%。”很多工作因为与顾客的不公开协议而被保密,但Janson引用了具有仿形冷却的模具在汽车中的应用这样一个例子,它将塑件周期时间由54秒缩短至36秒,降幅达三分之一。

不只是用于原型

快速模具技术正在规模生产中证明自己。POM集团建造了直接金属沉积模具,已经生产出50万-100万只塑件。它的模具已被用于PC、TPO和PP纳米复合物的成型。

E OS公司称其“直接金属激光烧结(dmls)”工艺被用于制造带仿形冷却的模具,来生产高尔夫球。四腔模具运行500万次周期、生产2000万只球不会出现问题。直接金属激光烧结也被用于几十万只玻璃填充PBT材料的插座的生产模具当中。

双金属压条法

POM集团的“直接金属沉积技术”生产出金属粉末材料密集度达99.8%的模具部件。该工艺于1998年被商业化,利用了5kw功率的激光与粉末状模具钢(D-2、H-13、P-20、不锈钢或其它许多种类)。为了做出高导热率的模具或零件,第一步就是要由类似Ampco 940铬铜合金的导热性金属做出模芯。然后钢壳通过直接金属沉积方法被沉积在模芯上。

双金属模具将高传导性金属与耐磨模具钢结合在一起

该工艺开始于专门设计的喷嘴,有激光、金属粉末和惰性气体分别所用到的孔,创造出无氧的环境。模具一层又一层地沿着出自CAD文件的模具路径而建造。少量的粉末金属通过喷嘴中的孔被注射到直径1-2mm的地方。当粉末到达底层表面,激光束就同时把金属熔化成一小滩,当激光继续移动时就会迅速冷却下来。建造速度的范围从2到9立方英寸/小时。模壳以0.5-1.25mm的层次被建造成接近网络的形状,0.007-0.010的过度材料必须以传统打磨或电火花加工来弄完。POM公司声称在模芯和模壳之间有着真正冶金学上的结合,这是依靠以金属为基础的“界面”或粘合层来实现的。

POM集团提供五轴直接金属沉积机器,工作面积为1×2×0.75米。根据所用粉末金属合金的不同,直接金属沉积能生产出表面硬度高达62Rc的钢质模壳。因为这样,POM能利用其技术来修理损坏的模具。如果因为塑件设计变化而对模具进行修正,那么只能切削掉有待改变的区域,新的形状被直接以直接金属沉积方法添加到模具中,并被加工成最终的尺寸。不同于传统的重造模具,没必要让整个模具经历热处理来硬化重造部分。而且,直接金属沉积可以被用来将仿形冷却流道加入到老式模具的滑块、嵌件等当中,来缩短周期时间。

美国肯塔基州路易斯维尔大学的快速原型中心拥有一套来自POM的直接金属沉积系统,并对铬铜与H13号钢的双金属模具进行广泛的测试,来评估模具寿命与整体性能。单模腔模具运用PP材料的冷却时间为零,将整体周期由27秒缩短至22秒,同时仍然生产出可接受的塑件。该中心也正在测试直接金属沉积模具用于铝质铸模的能力,其加工环境要苛刻得多。

另一个关于双金属压条法的快速模具工艺是RSP的“工艺”,这是一种金属喷涂沉积方法,可生产99.5%-99.8%完全密集的模芯与模腔。依靠立体平版印刷或其它快速原型工艺,快速凝固工艺使用了陶瓷模型。熔化的钢被注入到喷嘴中,在这里它会与惰性气体的管道流相遇,气体把18”-24”大小的小滴传送到塑件表面。小滴快速地冷却,并当碰到模型时就会立即凝固下来。喷嘴能沉积材料的速度达到500lb/hr。喷涂沉积过程逼真地模仿表面细节。为了形成壳/芯结构,被沉积的钢升温,然后一层铜合金被喷涂在钢的上面。通过停止喷涂过程、放置铜管、装入更多被喷涂的金属,仿形冷却管线就可以被添加到模具中。

对钢层进行喷涂首先使待建造的层面均匀,这将从成型表面均衡地转移热量。纵贯模具的铜层厚度不一样,铜占据了嵌件的整个深度。

钢与铜之间的结合通过粗糙的喷涂技术而形成,所以钢的敞开面极为粗糙。当铜被喷涂在钢上时,它会渗透到隐蔽处和裂缝中,形成坚固的物理性结合,尽管不是一种冶金学上的结合。

可以在几分钟内建造出尺寸公差小于±0.002”的模具零件。塑件可以做成7”×7”×4”的大小,并设计了生产能力更大的机器。

RSP公司的工艺可以用上至少10种不同的模具钢与更软的材料。当使用H13号钢时,模具硬度能超过传统热处理H13号钢的60Rc。这要归因于被喷涂小滴的快速淬火影响着颗料结构与强度。RSP模具也可以被热处理与回火。

RSP正在对具有更高硬度的铬含量高的金属进行评估,也在测试Inconel,一种高温型防腐蚀镍/铬/铁合金。进一步的发展也将在喷涂过程时提供混合不同金属的能力。

快速模具不再只是用于原型了

混合金属表面

“选择性激光烧结(SLS)”是由DTM公司于1996年商业性推出的模具工艺。DTM被三维系统公司所收购。为实现快速模具,该工艺首先用聚合物粘合剂做出了钢粉材料的“绿色”部件。该部件是通过粉末的快速烧结以薄层状建造起来的,作为源自CAD模型的激光跟踪路径。绿色部件被置于脱粘炉当中,在这里粘合剂被烧掉。然后部件中的空间被熔化的铜与钢的渗透所填充。最后的步骤就是加热烧结与最终部件的退火。

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