本文探討了對快速模具電弧噴涂LOM的原型工藝流程的相關內(nèi)容。

　　主要介紹了LOM原型的制造過程、基于LOM原型等不耐熱母模的快速模具制造工藝流程、模具填充材料的配制過程。針對LOM原型等不耐熱母模進行實驗，得出了電弧噴涂材料的選擇依據(jù)及各種材料的噴涂工藝參數(shù)，并指出了在快速模具制造過程中應注意的若干問題。

　　為了快速、低成本地制造出模具產(chǎn)品，近年來，基于LOM的快速模具制造技術已成為國外LOM應用研究開發(fā)的重點，并演化出一整套快速模具制造技術(Rapid Tools，簡稱RT)，采用該技術，能在幾天，甚至24 h內(nèi)完成復雜零部件從圖紙到模具制造的全過程。

　　目前，RT技術主要用于生產(chǎn)注塑模、壓鑄模等，這些模具一般具有復雜的型芯、型腔結構，用傳統(tǒng)機電加工相當困難。但若用LOM原型或樣件作母模，可以非常容易地用金屬噴涂技術復制出模具，這種模具有良好的機械加工性能，可進行局部切削獲得更高的模具精度，并可以批量、低成本地生產(chǎn)塑料零件。

　　1 LOM原型的制作

　　疊層制造技術(LOM技術)是國外在20世紀80年代后期至90年代初期發(fā)展起來的一項新的先進制造技術，它是機械、材料、NC,CAD、激光、化工等多學科相互交叉滲透而形成的一個新學科，盡管它的發(fā)展時間不長，但發(fā)展速度非常迅速，而且它對制造業(yè)的重要性和對當今制造業(yè)的推動作用越來越受到人們的關注。

　　LOM原型的制作過程為：(1)模型剖分。對于尺寸大于快速成形設備臺面空間的零件，根據(jù)其特點，將其剖分成小尺寸的零件。(2)基底制作。為了保證原型的尺寸精度高、形狀完整、沒有錯位，要在工作臺上根據(jù)原型的大小制作一定厚度的基底，使原型與工作臺可靠連接。(3)原型制作。根據(jù)制作過程的實際情況，選擇合適的激光切割速度、加熱溫度、加熱輥速度及壓力、送紙速度、激光能量系數(shù)等參數(shù)，開始原型制作。(4)余料、廢料去除。用適當?shù)墓ぞ邚闹谱魍甑寞B層塊料中去除廢料，將原型剝離出來。(5)后置處理。為提高原型表面質(zhì)量或滿足進一步翻制模具的需要，要對原型進行后置處理，如防水、防潮、加固和使其表面光滑等。圖1為處理后的LOM原型。

　　2 快速模具制造技術

　　金屬噴涂有電弧噴涂、火焰噴涂、等離子噴涂等幾種方式，其中電弧噴涂與其他噴涂方式相比具有涂層強度高、使用成本低、生產(chǎn)效率高、質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點。另外，火焰噴涂及等離子噴涂的工件受到火焰的直接加熱，無法用來噴涂不耐熱的基體(如塑料、木材、紙張等);而電弧噴涂的工件受的熱只來自粒子所攜帶的熱能，傳送粒子的高速壓縮空氣流還可對基體進行冷卻，工件受熱輕，變形小，熱應力小，因而可以在不耐熱的LOM原型上進行噴涂。正是電弧噴涂的這些優(yōu)點，使其成為近年模具噴涂工藝研究的熱點。

　　2.1 噴涂金屬絲材的選擇

　　用于電弧噴涂工藝的金屬絲材根據(jù)熔點的高低可分為低熔點材料、中熔點材料和高熔點材料。在用電弧噴涂技術制造快速模具時，型腔金屬殼體的厚度要在3mm以上，中、高熔點的熔融金屬顆粒沉積到母模上后會釋放出較多熱量，使母模發(fā)生熱變形，降低了模具型腔的復制精度，并可能導致金屬涂層在尚未達到要求厚度時就發(fā)生翹曲或開裂;低熔點金屬或合金絲材對母模的熱影響小，可減輕熔融金屬顆粒對母模的影響，減少母模熱變形，提高模具的精度，因而鋅、巴氏合金等低熔點材料較多地用于快速模具的制作。但這種低熔點材料的模具壽命較低，只能用于小批量試生產(chǎn)，若要提高噴涂模具的壽命，可以先在母模上噴一層低熔點材料以增強母模的耐熱性，然后再噴鋼或其他強度較高的合金，以增強模具的強度，從而提高模具的壽命。

　　用于電弧噴涂的部分材料力學與物理性能如表1所示。

　　2.2 電孤噴涂工藝流程

　　用電弧噴涂工藝制造注塑模、壓鑄模等模具的凹模、凸模的工藝流程如下：

　　(1)根據(jù)母模的尺寸，確定噴涂底板的尺寸和模具模框的尺寸;

　　(2)將母模固定在噴涂底板上，并在母模和噴涂底板上涂刷脫模劑;

　　(3)脫模劑涼干后，用低熔點材料進行第一次噴涂，將殼體厚度控制在0.5-1mm;然后再用高熔點材料繼續(xù)噴涂，并使金屬噴涂層達到3-5mm，這樣，模具的凹模型腔殼體制作便告完成;

　　(4)將噴涂殼體裝入凹模模框(裝有冷卻銅管)，并填充模具基體材料，固化10h以上;

　　(5)將凹模模框翻轉(zhuǎn)過來，去掉噴涂底板，在分模面和母模的另一面涂刷脫模劑;

　　(6)脫模劑干燥后，重復第3步的噴涂工藝，進行第2次噴涂，形成凸模殼體;

　　(7)安裝凸模模框，裝入凸模冷卻銅管，將填充材料澆入模框中，固化10 h以上;

　　(8)固定好導向和定位裝置，將凹模、凸模分離，取出LOM原型，完成模具凹模、凸模的制作。在制作金屬噴涂模具過程中，噴涂參數(shù)的調(diào)整是整個工藝過程的關鍵，在XDP一5電弧噴涂設備上對各種絲材進行試驗，最終得到的幾種絲材的噴涂參數(shù)如表2所示。用電弧噴涂工藝所形成的凹模型腔如圖2所示。

　　2.3　金屬噴涂模具的填充材料制作

　　用電弧噴涂技術制造出注塑模具的凸、凹模殼體后，在搭建好的型框內(nèi)填充強化材料，并加入澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)，此系統(tǒng)連同模架便可構成注塑模具。最常用的快速模具填充材料是環(huán)氧樹脂和鋁粉的混合物，在環(huán)氧樹脂中加入鋁粉后可起到填料改性的作用，可改善環(huán)氧樹脂的機械性能、熱性能和工藝性能。

　　填充材料的制備過程為：

　　(1)將秤好的環(huán)氧樹脂放在容器內(nèi)，加入鋁粉慢慢攪拌，若需要加入大量鋁粉作為填充物，可以用機械式攪拌器攪拌。為減少夾帶空氣的風險，攪拌器的速度宜慢不宜快，一般不要超過500r/min.

　　(2)經(jīng)攪拌后的混合物，應靜置一段時間，讓鋁填充物完全濕透，并使夾雜的空氣完全跑掉。

　　(3)將冷卻銅管安裝在模框上，在環(huán)氧樹脂及鋁粉混合物中添加硬化劑，并保證混合均勻，靜置10-15min，即可注入模框中，將噴涂殼體和模框完全填滿。

　　3　結論

　　(1) LOM原型的質(zhì)量直接影響快速模具及產(chǎn)品的質(zhì)量，因而控制LOM原型的質(zhì)量是產(chǎn)品/模具快速設計與制造技術的關鍵之一。

　　(2)在電弧噴涂過程中，要根據(jù)所用金屬材料調(diào)整噴涂參數(shù)，并使用油水分離器除去壓縮空氣中的水蒸氣，保證噴涂顆粒的均勻度及噴涂表面的粗糙度。

　　(3)由于環(huán)氧樹脂及與其相配的固化劑的種類很多，在固化的時間和固化的效果上有很大不同，因而要根據(jù)實際情況確定制造中的工藝參數(shù)，必要時可加入稀釋劑進行稀釋改性。

　　(4)將混合容器中沉淀的殘余鋁粉均勻地倒進模框里，保證鋁粉完全進入混合物。這一過程要快，因為澆注混合物在20-40min內(nèi)將發(fā)生固化反應。