1、 本科 毕业 设计 (论文 ) （二零 届） 硅橡胶模具设计制作 所在学院 专业班级 机械设计制造及自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I 摘 要 快速模具制造技术是一种全新的制造技术，硅橡胶模具的制作是快速模具制造技术中间接制模方法的一种，随着社会经济不断发展， 当今产品更新速度 不断加快的时代下 ,快速模具技术具有广阔的应用价值。论文通过对快速成型技术和快速模具制造技术特点的分析，以制作遥控板为例设计分析了硅橡胶模具的制作工艺流程。硅橡胶模具其制作过程和成形工艺简单，制作周期短，制造成本低，弹性好，易脱模等特点使其在产品开发和小批量生产中广泛应用。 关键词： 快速模具
2、制造技术，硅橡胶模具，快速成型技术 II Design and making of silicone rubber mold Abstract Rapid tooling technology is a new manufacturing technologies, silicon rubber mold making is an indirect rapid tooling technology as a modeling method, with the continuous development of social economy, the accelerating pace of p
3、roduct updates in todays era of rapid die technology has broad application. Articles by rapid prototyping technology and rapid analysis of the characteristics of mold manufacturing technology to produce the design of remote control device as an example the production of silicon rubber mold process.
4、Silicon rubber mold and the forming process of its production process is simple, short production cycle, low cost, flexible, easy mold release and other characteristics that make the product development and is widely used in small batch production. Keywords: Rapid mould manufacturing technology， sil
5、icone rubber mold ， Rapid prototyping technology III 目录 摘 要 . I Abstract . II 1 绪论 . 1 1.1课题的来源 . 1 1.2课题的意义 . 1 1.3硅橡胶模具的国内外发展现状及应用 . 2 1.4课题研究的主要内容 . 4 2 快速成型与快速模具制造技术 . 5 2.1快速成型技术 . 5 2.1.1 快速成型技术的原理及特点 . 5 2.1.2 典型的快速成型技术工艺 . .6 2.2快速模具制造技术 . 8 3 硅橡胶模具设计制作 . 10 3.1建模软件的选择 . 10 3.2 RP原型的制作 .10 3
6、.3硅橡胶的选择 . 10 3.4遥控板的硅橡胶模具设计制作 . 11 3.5经济型硅橡胶模具的设计 .16 结论 . 18 参考文献 . 19 致谢 . 21 附录 . 22 附录图 1 . 22 附录图 2 . 22 附录图 3 . 23 硅橡胶模具设计制作 1 1 绪论 1.1 课题的来源 模具工业在国民经济中具有极为重要的作用，机器零件粗加工和精加工很大部分是依靠模具来完成的，因此模具工业也被称为“工业之母”。但是产品在实际制造和最终成品检测前，是很难保证产品成型过程中每一个阶段的性能符合预期、最终产品能够达到要求，这就需要模具设计工程师有深厚的专业知识和足够的设计经验 ，否则容易产生
7、废品，浪费人力物力。同时模具设计与制造是一个多环节和多反复的过程，设计和制造出一副适用的模具往往需要经过由设计、制造到试模、修模的多次反复，导致模具制作的周期长、成本高，甚至可能造成模具的报废。面对现代激烈的市场竞争，这种传统的生产方式难以适应企业的快速发展，客观上需要一种快速设计、快速制模和校模的新技术。 在 20 世纪 60 年代研制成功的液体硅橡胶材料具有优异的仿真性、脱模性和极低的收缩率，并具有加工成型方便以及耐热老化等特点，因此成为一种优良的模具材料。许多加工成型工艺纷纷采用液体硅橡胶材料来 制造工作模具，以代替金属或其它材料制造的模具。日前硅橡胶模具己广泛应用于高频压花制革制鞋、文
8、物复制、塑料成型、精密铸造、机械测绘以及石膏、蜡、低熔点合金的成型等领域，并取得了明显的技术经济效果 1。 1.2 课题的意义 硅橡胶模具制造工艺是一种比较普及的快速模具制造方法。由于硅橡胶模具具有良好的柔性和弹性，能制造结构复杂、花纹精细、无拔模斜度，甚至倒拔模斜度以及具有深凹槽类的零件，制造周期短，制件质量高而备受关注。 硅橡胶模具是快速模具中一种最常见的快速模具，它可以作为试制用模具，也可以用于制作快速过渡模或 快速、少批量生产塑料件的用模，它具有如下优点 2 3： （ 1）制作周期短。利用快速成形件或零件原型，在几天内能提供硅橡胶模和软模成形的双组份聚氨脂塑料件。与传统金属模注塑原型工
9、艺相比，用硅橡胶模真空浇注聚氨脂原型，能缩短 90%的开发周期。 （ 2）制造成本低。与 CNC机加工的金属模相比，硅胶软模的制作费用低得多，一般只有金属模的几分之一。 （ 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，对于有小凹槽的工件还必须设置活块，以便工件成形后顺利脱模。用硅胶模成形工件时，由于硅橡模具有足够的弹性 ，模具制作时，不必考虑脱模斜度和为硅橡胶模具设计制作 2 一些小凹槽而设置的活块，从而大大简化模具的设计与制造。 （ 4）复印性能好。硅橡胶具有良好的复印性能，能很好地再现母模上的细微特征，基本不会损失尺寸精度。 （ 5）在真空注形机中室温条件下可以浇注高
10、性能的聚氨脂塑料件。 1.3 硅橡胶模具国内外发展现状及应用 哥伦比亚的兰德有限公司在熔模铸造生产中是第一家不用金属模具制作蜡模的工业公司。该公司用硅橡胶模具只花费两天时间即可产生出皮箱、手提包配用的实心铜件扣环和金属附件，每幅模具成本通常只需 5-30美元，而金属模具的加工成本通常在 1000-10000美元。 具有 50多年历史的美国菲内特铸造公司，多年来一直在首饰业中使用硅橡胶型制造蜡模，再制道饰。该公司已经按 63.5m 88.9mm 的规格把小零件铸型尺寸标准化，制作的零件最大达 50.8mm 25.4mm 12.7mm，零件的最小壁厚为3.2mm。 美国纽约州特克卡斯特工业有限公司
11、把硅橡胶模的制造与离心铸造与离心铸造相结合，大大地提高了离心铸造的生产能力，零件的材质可为蜡、塑料乃至低熔点合金。 近年来，我国应用 RTV在模具制造和古代青铜器的复制等方面有很大进展，如湖南省机械研究所复制 了商代的象尊、猪尊、人面鼎，春秋时期的提梁卤，宋朝的铜铡等，达到了以假乱真的效果。武汉机械工艺研究所复制了曾侯乙扁钟，使千年古钟的音容重现。另外，上海市皮革工业研究所用 RTV 作模具进行高频模塑，是我国近年来在制鞋、制作业发展起来的一项新工艺 4。 硅胶模由于具有制作周期短、复制精度高、运行成本低等优点 ,在汽车、航空航天、电子和工艺品等诸多领域的产品开发过程中有广泛的应用。德国MCP
12、2HEK 公司 1987 年就开始发展 MCP 真空铸造技术 ,在设计及提供快速模具技术方面有超过 50 年的经验 ,是目前硅胶模应用领域的技术 领导者。其客户群体包括 Ford、 GM、 VW、 BMW、 Bosch、 Daimler Chrysler、 Siemens、 Adidas、 Nike、3 D Systems等众多世界著名企业 5。 1）在汽车工业 硅胶模在汽车、摩托车的内饰件、发动机、汽缸头等零部件的研发制造方面具有一定的应用 ,带来了较大的经济效益。如在汽车发动机的进气歧管、座椅、车灯等的开发研制中 ,大大缩短了研发周期。 2）在航空航天工业 航空航天工业中 ,一些具有特殊外
13、形要求的零部件很难用传统的方法来机加工。此时 ,常采用基于堆积成形原理的快速成形技 术来制造快速模具。如某新硅橡胶模具设计制作 3 型火箭发动机泵壳原型件的制造 ,采用快速成形法为该产品制做塑料样件 ,作为模具母模用于翻制硅胶模。利用硅胶模进行浇注、喷砂 ,一件合格的泵壳铸件可在 2 个月内制造出来 ,经过必要的机加工 ,即可装机运行。整个试制周期比传统方法缩短了 2/3,费用节约 3/4。 3） 在电子行业 为了满足不断变化的市场需求 ,电子产品的寿命周期越来越短 ,新产品的更新速度正不断加快 ,尤其是手机、相机等数码产品。在这种情况下 ,为了缩短新产品的研发周期 ,快速制模技术的应用就显得
14、尤其重要。由于硅胶模浇注壳类零部件具有很好的效果 ,因此 ,硅胶模在电子产品的外壳研发试制中具有广泛的应用。 4） 在医学领域 人体的骨骼和内部器官具有极其复杂的内部组织结构。要真实地复制人体内部的器官构造 ,反映病变特征 ,快速原型几乎是唯一的方法。以医学 CT影像数据为基础 ,利用 RP 和 RT 技术制作人体器官模型有极大的应用价值 ,医疗专家组利用可视模型 ,进行模拟手术 ,对特殊病变部分进行修补 (颅骨损伤、耳损伤等 )。此外 ,利用快速成型机制取原型 ,再用硅胶模翻制熔模 ,然后熔模铸造的方法 ,现在广泛应用于口腔下颌骨及牙假体、骨科关节假体、人工骨盆等的个体化制作 ,且技术成熟
15、,像德国 Link公司、中国台湾联合公司已经商业化运作。 5）在艺术品制作领域 艺术品熔模铸造是无法用机械加工制造出浇注蜡模用模具的。由于硅橡胶的流动性极好 ,具有优良的复印性 ,即使原模上有很细微的纹饰 ,亦能清晰地在硅橡胶模上反映出来。因此 ,在铸造各类艺术铸品时 ,必须应用硅橡胶模 ,因此制作硅橡胶模是艺术铸品的基础工艺之一。 6）应用发展趋势 在国外 ,对硅胶模的应用研究趋向于大型制造和微制造两个方面。在大型件方面 ,德国 MCP2H E K 公司的真空铸型设备可以用于制造较大覆盖件的硅胶模和真空铸件。微制造方面 ,国外一些 学者对利用硅胶模制造微型件 (如微齿轮、微流道等 )进行了实
16、验研究 ,结果证明 ,硅胶模对微型件的快速制造有一定的适用价值6 7。 1.4 课题研究的主要内容 在市场竞争激烈的今天，人们对产品的样式和 质量追求越来越高，这就要求制造者有快速响应能力，用最短的时间完成从 研发、试制到生产的全过程， 并迅速将产品投放市场。基于快速原型技术的快 速模具制造技术很好的解决了这个问题。本文介绍了快速原型技术和快速模具制 造技术及其优点，并以遥控板的硅硅橡胶模具设计制作 4 橡胶模具制作为例分析了其设计制作过程 ，其中主要从硅胶的确定、工艺流程和与之 相关的技术要领，在技术要领里面，主要详细的分析了型框的确定准则，分型面的确定原则，浇道位置和方向的确定原则，并研究
17、了提高硅橡胶的利用率，节约成本提高经济效益的方法。 硅橡胶模具设计制作 5 2 快速成型与快速模具制造技术 2.1 快速成型技术 快速成形技术又称快速原型制造 (Rapid Prototyping Manufacturing，简称 RPM)技术，诞生于 20世纪 80年代后期，是基于材料堆积法的一种高新制造技术，被认为是近 20 年来制造领域的一个重大成果。它集机械工程、 CAD、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学、激 光技术于一身，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种高效低成本的实现手段
18、。即，快速成形技术就是利用三维 CAD 的数据，通过快速成型机，将一层层的材料堆积成实体原型 。 2.1.1 快速成型技术的原理及特点 快速成形技术 (简称 RP)是由 CAD模型直接驱动的快速制造任意复杂形状三维物实体的技术总称，其基本过程是：首先设计出所需零件的计算机三维模型 (数字模型、 CAD模型 )，然后根据工艺要求，按照一定的规律将该模型离散为一系列有序 的单元，通常在 z向将其按一定厚度进行离散 (习惯称为分层 )，把原来的三维 CAD模型变成一系列的层片；再根据每个层片的轮廓信息，输入加工参数，自动生成数控代码；最后由成形系统成形一系列层片并自动将它们联接起来，得到一个三维物理
19、实体 8。 图 2.1 快速成型原理 为了对 RP的基本工作原理有所了解，此处仅以激光实体平版印刷术为例来说明。设计人员通过 CAD系统，将所设计的零件的三维实体造型数据，经过以太网，传送给控制设备用的计算机。这台控制计算机能将送来的三维实体图形，像如今的层析式 X光的原理一样，沿 z轴切出一 系列极薄的横截面层：同时它还控制着万硅橡胶模具设计制作 6 向反射镜，使紫外激光射线束经万向反射镜而能按薄层横截面的形状。在一槽中盛有光敏树脂溶液的表面进行扫描。凡溶液表面经紫外激光射线束扫描照射过的地方便立即固化，从而生成与该横截面层形状相一致的固化薄片。一般是从三维实体最底部的横截面层作起。这时生成
20、的是第一个固化薄片，它是固化在支撑构件上。接着升降台便下降一个薄片厚度，使第一个固化薄片立即被光敏树脂溶液所淹没。然后重复上述紫外激光射线束扫描和固化的过程，如此逐层重复进行，直至获得一层又一层、彼此牢固粘结的固化薄片所构成的实体样 件为止。这时样件还沉浸在溶液液面下。为要取出样件，必须将升降台向上升起，使样件完全脱离液面。取下样件后，首先应将样件表面粘附的溶液冲洗干净，再将样件放入紫外线烘干设备中进行最后的烘干和固化，经过如此处理后的样件才称为成品。其制造过程的主要特点是 9： (1)新的加工概念。 RPM采用材料累加的概念，让材料生长而非去除，因此，加工过程无需刀具、模具和工装夹具，且材料
21、利用率极高。 (2)突破了零件几何形状复杂程度的限制，成形迅速，制造出的零件或模型是具有一定功能的三维实体。 (3)越过了 CAPP(Computer Aided Process Planning)过程，实现了 CAD CAM的无缝连接。 (4)高度柔性。若要生产不同形状的零件模型，只需改变 CAD模型，重新调整和设置参数即可。 (5)制造费用低。其制造周期一般为传统的数控切削方法的 1 3 l 2，而成本仅为其 1 5 1 3，模具的几何复杂程度愈高，这种效益愈显著。 2.1.2 典型的快速成型技术工艺 快速成形技术按原型的成形方式分为：立体印届 U(SLA)、选择性激光烧结(SLS)、叠层实体制造 (LOM)、融积成形 (FDM)、三维印届 U(3DP)等 10。 SLA是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作的，这种液态材料在一定波长和强度的紫外光的照射下能迅速发生光聚合反应，分子量急剧增大，材料也就从液态转变成固态。SLA工作原理图如图 2.2所示。
