快速制模技术的应用研究
摘要
快速模具制造技术(Rapid Tooling简称RT)是以快速原型技术(Rapid、Prototyping，简称RP)为技术支撑的现代模具制造技术。RP技术是将计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机数字控制(CNC)、精密伺服驱动，激光技术及材料科学等先进技术集于一体的现代制造技术。由快速模具制造技术(RT)制造的模具可分为：软模、半软模和硬模(钢模)，它们可以作为注塑模、冲压模和铸造消失模使用。因此RT技术广泛应用于汽车、摩托车、家电、玩具和旅游品等行业。
目前我国技术的应用研究也取得了一些进展，但在RT技术的研究开发水平以及RT技术应用推广的广度和深度上与国外相比，差距还是很大的。随着我国加入世界贸易组织和全球经济的发展使模具制造业市场竞争日益激烈，开发低成本、短周期、高质量的新型快速模具产品并将其迅速推向市场已成为企业在激烈的市场竞争中立于不败之地的关键。因此进行RT技术的应用研究对我国整个工业生产具有重要的意义。
本论文结合实际，根据RT技术的工艺路线对RT技术进行了研究探讨。通过鞋底模型的建立，探讨了RT技术中计算机建模的一般过程，以及在建模过程中进行建模方式、建模软件选择的一般原则和模型设计时遵循的一般原则；通过牛虎铜案的硅橡胶模具的制作实例，探讨了RT技术中硅橡胶模具与传统模具相比具有的优越性和硅橡胶模具在旅游品方面的应用前景；通过采用RT技术完成宝塔从计算机建模的数据输入到由快速成型机实物输出的过程，探讨了RT技术中直接制模的四种方法：SLA、LOM、SLS、FDM；根据目前利用RT技术制作的快速原型仅仅适于中、小批量生产的现实，探讨了利用电火花加工与RT技术的集成进行硬模的制作，使之满足大批量生产的需求。
本论文通过对RT技术中的计算机建模问题、硅橡胶模具的制备、RT
技术中的四种直接制模技术以及 RT技术与电火花加工集成工艺的应用研
究，得出了如下结论：RT技术具有制造方法简单、工艺范围广，设计生
产周期短、质量高和便于实现远程服务等。
本论文虽然对RT技术的应用作了一定的研究工作，但山于现有条件
和本人水平有限，所做的研究工作还不够深入。今后还需进一步研究探
讨的问题有：在RT技术中需对汽车、摩托车等大型覆盖件的模具制造作
进 步的研究：在m技术中硅橡胶模具的研制部分，还需对圆雕硅橡胶
模具的制备作进一步的研究探讨：在RT技术中直接制模部分，需进－步
探讨硬模的直接制备。通过这些研究工作，使盯技术能史广泛地应用于
我囚厂业生产的各个领域。
综卜所述，在我国进行RT技术的应用研究，不仅对模具行业有重大
的现实意义，同时将对我国的汽车、摩托车、家电、玩具和旅游品等行
业进行低风险开发新产品和实现产品快速更新换代发挥重要的作用，产
生可观的经济效益。
Rapid Tooling (RT) is an advanced technology that integrate Computer Aided Design(CAD), Computer Aided Manufacture(CAM), Computer Numerical Control(CNC), exact servo, laser technology and material science. It slices the geometry model built by CAD system, gets the outline of each layer. Based on these layers, it uses growth shaping method, like SLA, LOM, SLS or FDM to manufacture the product. It would be widely used in automobile industry, home electric implement manufacturing, toy manufacturing and some other fields.
At present, the research on the application of RT has been got some Progress in China. But compared to developed countries, there are lots of problems waiting us to solve.
In this thesis, the craft process of RT is researched. On the basic of bui Id ing of tread model, the commonly process of modeling is discussed, so does the method of modeling, the selection of software, etc. On the basic of manufacture of silica gel mould of the copper sculpture named 'bull and tiger' .
Discuss the advantage of silica gel mould and the foreground of its application in keepsake manufacturing. Based on the process of building the CAD model of the tower and export it to rapid prototyping machine, four major method of making mould directly in RT is discussed. On the basic of the realism that rapid prototyping technology could not follow the request of volume-produce, the possibility of hard mould making by integrate
ill
EDM and RT is also discussed.
目前我国技术的应用研究也取得了一些进展，但在RT技术的研究开发水平以及RT技术应用推广的广度和深度上与国外相比，差距还是很大的。随着我国加入世界贸易组织和全球经济的发展使模具制造业市场竞争日益激烈，开发低成本、短周期、高质量的新型快速模具产品并将其迅速推向市场已成为企业在激烈的市场竞争中立于不败之地的关键。因此进行RT技术的应用研究对我国整个工业生产具有重要的意义。
本论文结合实际，根据RT技术的工艺路线对RT技术进行了研究探讨。通过鞋底模型的建立，探讨了RT技术中计算机建模的一般过程，以及在建模过程中进行建模方式、建模软件选择的一般原则和模型设计时遵循的一般原则；通过牛虎铜案的硅橡胶模具的制作实例，探讨了RT技术中硅橡胶模具与传统模具相比具有的优越性和硅橡胶模具在旅游品方面的应用前景；通过采用RT技术完成宝塔从计算机建模的数据输入到由快速成型机实物输出的过程，探讨了RT技术中直接制模的四种方法：SLA、LOM、SLS、FDM；根据目前利用RT技术制作的快速原型仅仅适于中、小批量生产的现实，探讨了利用电火花加工与RT技术的集成进行硬模的制作，使之满足大批量生产的需求。
本论文通过对RT技术中的计算机建模问题、硅橡胶模具的制备、RT
技术中的四种直接制模技术以及 RT技术与电火花加工集成工艺的应用研
究，得出了如下结论：RT技术具有制造方法简单、工艺范围广，设计生
产周期短、质量高和便于实现远程服务等。
本论文虽然对RT技术的应用作了一定的研究工作，但山于现有条件
和本人水平有限，所做的研究工作还不够深入。今后还需进一步研究探
讨的问题有：在RT技术中需对汽车、摩托车等大型覆盖件的模具制造作
进 步的研究：在m技术中硅橡胶模具的研制部分，还需对圆雕硅橡胶
模具的制备作进一步的研究探讨：在RT技术中直接制模部分，需进－步
探讨硬模的直接制备。通过这些研究工作，使盯技术能史广泛地应用于
我囚厂业生产的各个领域。
综卜所述，在我国进行RT技术的应用研究，不仅对模具行业有重大
的现实意义，同时将对我国的汽车、摩托车、家电、玩具和旅游品等行
业进行低风险开发新产品和实现产品快速更新换代发挥重要的作用，产
生可观的经济效益。
Rapid Tooling (RT) is an advanced technology that integrate Computer Aided Design(CAD), Computer Aided Manufacture(CAM), Computer Numerical Control(CNC), exact servo, laser technology and material science. It slices the geometry model built by CAD system, gets the outline of each layer. Based on these layers, it uses growth shaping method, like SLA, LOM, SLS or FDM to manufacture the product. It would be widely used in automobile industry, home electric implement manufacturing, toy manufacturing and some other fields.
At present, the research on the application of RT has been got some Progress in China. But compared to developed countries, there are lots of problems waiting us to solve.
In this thesis, the craft process of RT is researched. On the basic of bui Id ing of tread model, the commonly process of modeling is discussed, so does the method of modeling, the selection of software, etc. On the basic of manufacture of silica gel mould of the copper sculpture named 'bull and tiger' .
Discuss the advantage of silica gel mould and the foreground of its application in keepsake manufacturing. Based on the process of building the CAD model of the tower and export it to rapid prototyping machine, four major method of making mould directly in RT is discussed. On the basic of the realism that rapid prototyping technology could not follow the request of volume-produce, the possibility of hard mould making by integrate
ill
EDM and RT is also discussed.
引文
[1] 《现代模具技术》委员会编．模具CAD/CAM．北京：国防工业出版社，1995，104-147
[2] 杜志俊．现代模具技术综述．机械工程师，1999，(6)：3-5
[3] 邓泽英．汽车快速制模技术的发展和特点．汽车与配件，1998，(15)：20-21
[4] 郭九生等．基于激光快速成型技术的快速模具CAD．机械科学与技术，1999，(1)：158-159
[5] 张金梅．提高合金压铸模寿命的试验和应用．四川兵器热处理新技术，新工艺学术交流会，1995，(11)
[6] 郭九生，李宝明等．基于激光快速成形技术的快速工/模具制造．金属成形工艺，1998，(3)：22-23
[7] 周雄辉，刑渊，阮雪榆．集成化快速模具制造技术．RP技术与快速模具制造，陕西科学技术出版社，1999，238-240
[8] 高瞻，陈向峰，任晓键，刘琦．快速原型制造技术在工业产品开发中的应用．RP技术与快速模具制造，陕西科学技术出版社，1999：448-450
[9] 吴春苗 艺术铸造欣赏[M]．华南理工大学出版社，1998：32～35
[10] 杨晓平，徐远跃．工艺品软模具的研制和应用．辽宁工学院学报，1994，(3)：45～47
[11] 王春华，傅延生，丁万里．基于光固化原型的硅橡胶制摸技术．模具技术，1999，(6)：69～71
[12] 王树杰，快速制模工艺的新进展．DIE and Mould Technology 1998，(1)：40～48
[13] 李晓蓓，安桂华．快速原型制造(RPM)技术应用案例浅析．RP技术与快速模具制造，陕西科学技术出版社，1998：219-223
[14] 罗新华，花国然等．国内外RPM技术的应用及新进展．RP技术与快速模具制造，陕西科学技术出版社，1998：210-212
[15] 陈衍祥，张海鸥等．快速成形及其在快速制模中的应用．机电工程，1999，(5)：152-155
[16] 朱东波，李涤尘、覃正，卢秉恒．基于快速成型技术的大型模具制造新途径．RP技术与快速模具制造，陕西科学技术出版社，1999：56-58
[17] 张连洪等．基于快速原型制造的快速模具技术．机械设计，1999，(9)：36-38
[18] 张训纯，孙军强，王川竹．快速制模技术的现状与发展．制造业设计技术，2000，(3)：25-26
[19] 王隆太，陆宗仪．当前快速成型技术研究和应用的热点问题，机械设计与制造工程，1999，(5)：5-8
[20] 杨来侠，洪军，李涤尘，卢秉恒．整体电极成形法．中国机械工程，2000，8(5)：27-29
[21] 唐一平，周宏志，洪军，卢秉恒．以RP为技术支撑的快速模具制造，制造业设计技术，2000，(3)：22-25
[22] 邓朝晖，刘建宁，孙宗禹．RPM中CAD系统选择及CAD数据处理的研究．RP技术与快速模具制造，陕西科学技术出版社，1998，478-481
[23] 杨安国，韩志刚，司育进，单家根．快速成型及快速制模技术．叉车技术，1999，(3)：11-15
[24] 蒋玮，徐志祥，赵福令．快速成形制造系统中的数据格式．中国机械工程，2000，(11)：44-46
[25] 许发樾．模具设计制造的技术进步与合理化．制造业设计技术，2000，(3)：7-8
[26] 樊自田，黄乃瑜，李焰．快速成型中材料的研究及发展．RP技术与快速模具制造，陕西科学技术出版社，1998，119-123
[27] 唐一平，王平，丁浩．基于RP法的快速模具制造．RP技术及快速模具制造，陕西科学技术出版社，1998，204-207
[28] 张连洪，崔国起，钟宏辉等．基于快速原型制造的快速模具技术．机械设计，1999，(9)：36-38
[29] 刘洁，王从军，林柳兰，黄树槐．LOM技术在快速制模中的应用．中国机械工程，2000，(10)：123-124
[30] 樊自田，叶升平，宋象军，黄乃瑜．基于LOM原型的金属模具快速铸造．RP技术与快速模具制造，陕西科学技术出版社，1998，219-223
[31] 马天，邢建东，方亮，王恩泽．基于快速原型技术的精密模具铸造．21世纪新产品快速开发技术，230-236
[32] 刘洪军，樊自田，黄乃瑜．基于LOM原型的锌合金注塑模具快速精密铸造．中国机械工程，2000，(10)：85-87
[33] 陈耀武．快速原型技术的推广应用．中国机械工程，2000，(10)：125-127
[34] 马雷，孙琨，卢秉恒．一种快速制造冲压模具及产品的方法．RP技术与快速模具制造，陕西科学技术出版社，1998，229-232
[35] 邓乾旺，邓朝辉，于德介，刘小燕．RPM技术及其应用的新进展．制造业设计技术，2000，(4)：39-41
[36] 张申林，张接信，杜志俊．模具制造CIM的NCP系统开发策略．RP技术及快速模具制造，陕西科学技术出版社，1998，242-245
[37] 罗成明，汪俊文，汪法根等．基于瓦片光固化快速原型的快速模具制造．RP技术及快速模具制造，陕西科学技术出版社，1998，265-268
[38] 周雄辉，邢渊，阮雪榆．集成化快速模具制造技术．RP技术及快速模具制造，陕西科学技术出版社，1998，238-241
[39] 张广良，董中，任敬心．振动研磨加工超硬模具材料研究．RP技术及快速模具制造，陕西科学技术出版社，1998，322-325
[40] 高瞻，陈向锋，任晓健，刘琦．快速原型技术在工业产品开发中的应用．RP技术及快速模具制造，陕西科学技术出版社，1998，448-452
[41] 刘源，童水光，张人佶，颜永年．RT技术在汽车模具工业中的应用．机械工程师，1999，(6)：1-3
[42] 颜永年，卢清萍，曾光，张人佶．快速成形工艺集成研究．RP及快速模具制造，陕西科学技术出版社，1998，17-23
[43] 张海鸥，罗云华，王桂兰．熔射快速制造汽车、摩托车覆盖件模具．中国机械工程，2000，(11)：105-108
[44] 诸文俊，李涤尘，王素琴，陈浩．光固化成型中固化收缩的尺寸效应．RP技术及快速模具制造，陕西科学技术出版社，1998，464-466
[45] 孙建民，李抚光，薛强．激光粉末烧结技术在新产品开发上的应用．RP技术及快速模具制造，陕西科学技术出版社，1998，143-146
[46] 许宏斌，黄永宣，胡保生．Helisys LOM-1015分层对象制造系统及调试经验．RP技术及快速模具制造，陕西科学技术出版社，1998，453-455
[47] 李彦生，李涤尘，卢秉恒．一种低成本的光固化快速成型系统的研究．RP技术及快速模具制造，陕西科学技术出版社，1998，124-126
[48] 李爱平，马淑梅，陈在礼，张曙．支持产品创新的快速原型制造专有技术联盟．中国机械工程，2000，(11)：14-17
[49] 秦叶，何汉武，陈新，周文超．模具集成技术应用研究．RP技术及快速模具制造，陕西科学技术出版社，1998，269-272
[50] 李日椿．快速成型模具技术的应用开发与展望．模具技术，1995，(6)：125-126
[51] 王树勋，林法禹，魏华光．实用模具设计与制造．国防科技大学出版社，1990
[52] 机械电子工业部编．模具制造工艺和装备．机械工业出版社，1993
[53] F Jacob. Sterolithography and other RP&M technology-from rapid prototyping to rapid tooling. Dearborn, Society of Manufacturing, 1994
[54] Feng Cheng-xue. From Rapid Prototyping to Rapid Tooling Proceeding of the First International Conference on Rapid Prototyping & Manufacturing'98, Beijing, 1998:367-373
[55] Detlef Kochan, Chua Chee-kai, Du Zhao-hui. Rapid prototyping issues in the 21st century. Computers In Industry (39) (1999)3-10
[56] ABDUL WAHEED, Lu Bing-heng. An Intelligent Manufacturing System for Rapid Manufacturing of Quality SL Models. RP技术与快速模具制造，陕西科技出版社，1998：472-477
[57] Kumar, V. & Dutta, D., An Assessment of Data Formats of Layered Manufacturing. Technical Report UM-MEAM-95-22, Department of Mechanical Engineering, University of Michigan, Ann Arbor, November 1995
[58] Ashley, S., Rapid Prototyping Systems. Mech. Engng, April 1991, pp.34-43
[59] Jacobs, Paul F., Rapid Prototyping and Manufacturing Fundamentals of Stereolithography. Society of Manufacturing Engineering, Dearborn,MI, 1992
[60] Jacobs, Paul F., Stereolithography and other RP&M Technologies,from Rapid Prototyping to Rapid Tooling. ASME 1996
[61] 肖之真等．我国模具工业市场需求和发展对策．兵器模具通讯，1996，(3)：11-13
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