1、畢業設計（論文）題目：汽車制造磨具的研究班 級：06秋市場營銷班學 號：1 姓摘要汽車的開發、生產離不開模具，尤其是鑄造、鍛壓、注塑等工藝所需的模具。傳統模具是制約汽車開發與生產的瓶頸，新型快速模具不但能顯著縮短制作周期、降低成本，還能提高制件的品質與生產效率，其中最適合汽車研發的是硅橡膠模。本文介紹了快速模具的類型、應用狀況，以及制作大型、復雜、精密硅橡膠模的關鍵技術。關鍵詞汽車；模具；快速成形；快速制造；硅橡膠目錄1快速模具制造及其應用的重要性12快速模具制造的新概念33快速模具制造及其應用的現狀 43.1制作周期短 83.2成本低83.3彈性好，工件易于脫模83.4復印性能好83.5能用

2、于在室溫下澆注高性能的聚氨酯塑料件。8參考文獻13汽車快速模具制造及應用1傳統模具應用和缺點1 快速模具制造及其應用的重要性隨著社會的進步與經濟的發展，市場競爭愈來愈劇烈，迫使制造業在不斷改善產品的性能與品質的前提下，最大限度地縮短新產品的開發周期、降低成本，以便快速響應用戶最新的需求。這種趨勢在汽車、摩托車、電子產品、家電產品、玩具等制造業顯得尤其突出。例如，電子產品的開發周期已降至不到一年，在玩具制造業，常常是第一季度開發，第三季度大批量生產，第四季度銷售。著名的HP(惠普)公司80%以上的利潤來源于年齡不滿2 年的產品。所以，快速、高效地開發新產品是競爭取勝的一個關鍵因素。實現新產品的快

3、速、高效開發涉及多種領域的先進技術，例如，計算機輔助設計(CAD)、計算機輔助工程(CAE)、計算機輔助制造(CAM)、新材料，以及產品與相應工藝裝備的快速成形、制造等，其中特別是有關模具的設計與制作技術。汽車是最復雜、最有影響的一種消費品，由于用戶與競爭者的壓力，迫使汽車工業必須優化其產品開發過程，迅速地提高產品的品質并將其推向市場，還要最大限度地滿足用戶的要求。10 年前，開發一輛新汽車的時間大約為60 個月，而現在僅18 個月。眾所周知，汽車的開發、生產離不開模具，尤其是鑄造、鍛壓、注塑等工藝所需的模具。試制原型件常常需要模具，汽車的生產更需要模具。然而，模具的開發、制作時間與成本，又往

4、往是整個汽車開發時間與成本的主要部分，既費時又費錢。通常，25%的汽車開發時間與大部分的成本用于原型與模具的制作。例如，一付大型、復雜的模具的開發一般需要6 個月以上的時間與幾十萬至幾百萬元以上的費用，一付小型、中等復雜的模具的開發一般也需3 個月以上的時間與幾萬元至幾十萬元以上的的費用。根據美國汽車工業統計，其平均67%以上的投資與模具有關。在我國，由于試制新車的能力比較差，因此，在試制階段不得不高價從國外進口試制件，以進口裝飾件為例，60 種（每種15 件）就需300 多萬元。因此，模具是制約汽車開發與生產的瓶頸，要縮短汽車的開發與生產周期、降低成本，必須首先縮短模具的開發與生產周期，降低

5、模具的成本，使模具更結實、 4耐用。通常，模具由鍛造鋼坯或鋁坯經傳統機械加工而成，砂型鑄造模型雖然可用木材制作，但仍需機械加工。由于模具上常常有一些復雜的特征與自由表面，精度與光潔度要求比較高，所以加工周期長，成本高。應該指出的是，由于計算機數控(CNC)加工機床、加工中心、柔性系統，以及高速切削等先進技術的發展，能使模具加工的周期縮短，但是至今為止，每道工序的工藝并無重大改變，仍然存在調整時間長、復雜刀具軌跡的自動生成困難、成本高等大問題。當產品的生產批量較小時，模具的制作工時與成本分攤在每件產品上的數額更大，上述問題尤為突出。傳統機加工模具的另一個問題是，這種模具的柔性比較差，一旦設計有些

6、改變，原有模具難于修改，幾乎不得不重新制作。所以，必須尋求快速模具制造的新方法。2 快速模具制造的新概念在現代先進制造技術中，有一項稱為Rapid Prototyping & Manufacturing(快速成形與快速制造，簡稱RP&M)的支柱技術，應用這種技術能快速制作工件，并使其材質特性接近或幾乎與期望的產品特性相符。其中，Rapid Prototyping (快速成形，簡稱RP)指的是一種新工藝，它能根據工件的CAD 三維模型， 快速制作工件的實體原型，而無需任何附加的傳統模具或機械加工; Rapid Manufacturing(快速制造，簡稱 RM) 主要指的是Rapi

7、d Tooling (快速模具制造，簡稱RT)用快速成形工藝及相應的后續加工來快速制作模具。RT 是不同于傳統機加工模具的一種新方法、新工藝，也不是過去的“簡易模”，它涉及以下兩方面的功能：1) 快速開發用于傳統制造工藝的模具，如快速制作注塑模與鑄造模型。2) 減少用模具成形工件所需的時間，縮短成形的循環周期，提高模具的生產效率，改善工件的品質。當然，并非各種RT方法都具有第二種功能。快速模具制造(RT)與快速成形(RP)有密切的關系。RT 方法的出現與發展，在很大程度上取決于RP 技術與新材料的發展，采用RP 技術能直接或間接快速制作模具，而RT 技術又能促進、擴大RP 的推廣應用。雖然，R

8、T 工藝仍處于開發階段，還不十分成熟、完善，但是，它已經能和傳統的CNC 機加工相竟爭，并因此促進各自的發展。最新的進展表明，已經能用一些替代技術制作大批量生產用模具，它們在縮短產品的開發周期、降低成本、提高生產率與改善產品品質等方面，都很有成效。3 快速模具制造及其應用的現狀近年來，在快速成形技術與新材料（特別是高分子材料）的推動下，快速模具制造技術取得了重大的突破。據不完全統計，在國外，商品化并相當廣泛應用的快速模具制造方法已有20 幾種（如圖1圖3 所示），按照模具所能成形的工件數量，模具可分為：試制用模具、正式批量生產模具，以及介于兩者之間的過渡模具(Bridge tooling) 。

9、應用的領域不僅遍及汽車、家電、玩具等許多制造行業，而且還深入到醫療領域。圖1 商品化的快速試制用模圖2 商品化的快速過渡模圖3 商品化的快速批量生產模國外的制造業十分重視快速模具制造，其應用的50%以上在汽車與消費品的制造業，已用于小批量（幾百件）、中批量（幾千件）與大批量（幾萬件以上）的生產，模具的尺寸精度可達0.0250.127mm，硬度可達HRC 2570，壽命可達10,000500,000，因此不僅能與H-13 模具鋼比美，而且還能比傳統模具提高生產率3540。例如：1） 在Ford 公司的開發部，裝備了各種各樣的快速成形機，他們用RT 技術制作了注塑模、沖模、中空成形模、鑄模與壓鑄模

10、等，能在6 天內完成從母模至快速壓機模的制作，例如對于成形旋轉葉片的壓機模，模具費用節省7580，模具壽命達到750 000 件。2） Toyota 公司的實踐表明， 對于右側鏡殼體，采用RP 技術后，由于不必制作原型的模具，節省模具費200 000 美元；對于門把手，用快速成形母模，可節省模具費用300 000 美元；僅僅FDM 快速成形機就為汽車試制節省了2 百萬美元。3） Volkswagen AG 公司的實踐表明，對于氣缸頭、曲軸箱、缸頭蓋與渦輪充電器殼體的鑄造而言，與傳統方法制作模具與鑄件相比，為獲得5 個工件，RP/RT可縮短時間8089。4） FIAT 公司的實踐表明，RT 至少

11、縮短制作時間47，降低成本5565。5） 在韓國的汽車工業的4 家公司中，擁有8 臺快速成形機，它們主要用于汽車內、外裝飾件的設計與成形，以及發動機零件的鑄造。例如在Hyundai 公司，20%用于成形模具的母模，35%用于裝配試驗。他們的快速模具用于真空鑄造、中空成形與離心鑄造。Kir 公司用真空鑄造與熔模鑄造成形金屬件，以便對樣車進行測試。對于發動機支架，他們將SLA 快速成形件替代蠟模，然后進行熔模鑄造，全過程僅需14 天，比傳統制作方法縮短9 天（即縮短時間40）。對于后組合燈支架，用SLA 快速成形件作真空鑄造的母模，能節省65%的成本與75的時間。在我國，近幾年來，快速成形機的研發

12、與生產有很大的發展，一些汽車制造公司也購置了多種形式的快速成形機，但是多數僅用于制作原型，快速模具制造還是一種鮮為人知的技術，應用十分有限。據初步統計，目前我國具有快速模具制造能力的主要單位有20 幾家，其中，絕大多數單位制作的快速模與國外商品化快速模相比，有以下明顯差距：1） 品種不到10 種，遠遠少于國外已商品化的20 幾種，特別是尚未開展高檔快速模的研發、生產。2） 由于能制作的快速模的品種有限，因此，對于具體的客戶要求而言，往往缺乏靈活性與適應性。3） 不具備大型、復雜、精密快速模具的生產能力。4 大型、復雜、精密硅橡膠模快速成形汽車塑料試制件的關鍵軟模(soft tooling)是一

13、種常用的試制模具，也可用于制作快速過渡模或快速批量生產模，其中，最常見的是硅橡膠模，它的優點是：(1) 制作周期短通常，根據工件的CAD 文件，能在幾天內提供硅橡膠軟模，以及用軟模成形的聚氨酯塑料件。與傳統金屬模注塑原型工件相比，用硅橡膠模真空澆注聚氨酯原型，能縮短開發周期高達90%。用快速成形的母模通過硅橡膠模制作鑄造用聚氨酯芯盒，與制作傳統的金屬芯盒相比，只需1/5 的時間。(2) 成本低與CNC 機加工的金屬模相比，軟模的制作費用低得多，一般只有金屬模的幾 8分之一。(3) 彈性好，工件易于脫模在傳統的金屬模中，通常需要設置脫模斜度，以便使工件成形后順利脫模。用硅橡膠模成形工件時，由于模

14、具有足夠的彈性，使得往往不必添加脫模斜度，工件就能脫模，從而可大大簡化模具的設計。(4) 復印性能好硅橡膠有優良的復印性能，可良好地再現母模上的細小特征，基本不會損失尺寸精度。(5) 能用于在室溫下澆注高性能的聚氨酯塑料件。由于雙組分熱固性聚氨酯的新進展，已經能替代工程塑料。此外，澆注成形的聚氨酯工件的表面光潔度也很好，還有能獲得高透明度工件的聚氨酯樹脂，在真空澆注機(vacuum casting machine)中，用硅橡膠模可以澆注出高性能的聚氨酯塑料制品。制作大型、復雜、精密的硅橡膠模，并用其成形汽車塑料試制件的關鍵在于：(1) 盡可能減少硅橡膠材料的用量，降低制作成本制作中型、大型硅橡

15、膠模需要幾十公斤至幾百公斤的硅橡膠，一般硅橡膠的價格約200 元/公斤，因此，硅橡膠材料費高達幾千元至幾萬元，顯然，這是成本的最主要部分。(2) 提高硅橡膠模的加熱效率用硅橡膠模澆注聚氨酯塑料件時，一般要求模具溫度達到70°C 左右，因此須預先加熱硅橡膠模，然而，由于硅橡膠的導熱性很差，加熱效率非常低，對于中型、大型硅橡膠模常常需要加熱幾小時，甚至近十小時，而且難于使整個模具的溫度均勻，導致相當低的生產效率與塑料件較大的翹曲變形。(3) 恰當選擇聚氨酯的牌號，使澆注的塑料件的性能接近工件所需材料的性能汽車上需要的工件常常是ABS 等類別的高性能工程塑料件，因此，必須使所選的雙組份聚氨

16、酯的性能與其相接近，特別是強度、硬度與彈性，并且應有良好的流動性，以及足夠的可操作時間。(4) 正確設計澆注工藝與選擇硅橡膠、聚氨酯的性能，使之能成形形狀復雜的精細件汽車塑料件上常常有精細、復雜的小特征，硅橡膠模的相應部分易損壞，并且澆注雙組份材料時不易充滿，所以必須采用恰當的澆注方向與澆道設計，以及高撕裂強度的硅橡膠和高流動性的雙組份材料。如果不能妥善地處理上述關鍵問題，根本無法經濟、快速地生產合格的塑料件。瑞鼎機電科技有限公司聚積了一批來自國內外的高級技術人員，他們長期從事快速成形、快速模具制造的研發與生產，積累了豐富的經驗。公司擁有面積近一千平方米的快速模具制造車間，裝備了國內最大、最先進的德國MKV II-XL 型真空澆注機，在充分吸取國外先進技術的基礎上，通過長期的試驗、研究，從材料改性與模具結構設計等方面著手，創造了一套獨特的工藝方法，因此，為汽車、家電等行業提供了許多大型、復雜、精密的快速模具及其制件（如圖4圖7），例如汽車保險杠、水箱面罩、車門內飾板、儀表板、車燈燈罩、音響系統面板、手機殼等零件的高精度母模、硅橡膠模，以及小批量塑料試制件，能在相當短的時間內，滿足客戶試制新產品的要求，從而使過去不得不進口的試制件改由瑞鼎機電科技有限公司供應，并可顯著地降低成本。圖4 瑞鼎公司制作的水箱面罩的母