汽车制造专业论文|汽车研发关键技术--快速模具制造及其应用

图1 商品化的快速试制用模

图2 商品化的快速过渡模

图3 商品化的快速批量生产模

国外的制造业十分重视快速模具制造，其应用的50%以上在汽车与消费品的制造业，已用于小批量（几百件）、中批量（几千件）与大批量（几万件以上）的生产，模具的尺寸精度可达0.025～0.127mm，硬度可达HRC 25～70，寿命可达10,000～500,000，因此不仅能与H-13 模具钢比美，而且还能比传统模具提高生产率35％～40％。例如：

1） 在Ford 公司的开发部，装备了各种各样的快速成形机，他们用RT 技术制作了注塑模、冲模、中空成形模、铸模与压铸模等，能在6 天内完成从母模至快速压机模的制作，例如对于成形旋转叶片的压机模，模具费用节省75％～80％，模具寿命达到750 000 件。

2） Toyota 公司的实践表明， 对于右侧镜壳体，采用RP 技术后，由于不必制作原型的模具，节省模具费200 000 美元；对于门把手，用快速成形母模，可节省模具费用300 000 美元；仅仅FDM 快速成形机就为汽车试制节省了2 百万美元。

3） Volkswagen AG 公司的实践表明，对于气缸头、曲轴箱、缸头盖与涡轮充电器壳体的铸造而言，与传统方法制作模具与铸件相比，为获得5 个工件，RP/RT 可缩短时间80％～89％。

4） FIAT 公司的实践表明，RT 至少缩短制作时间47％，降低成本55％～65％。

5） 在韩国的汽车工业的4 家公司中，拥有8 台快速成形机，它们主要用于汽车内、外装饰件的设计与成形，以及发动机零件的铸造。例如在Hyundai 公司，20%用于成形模具的母模，35%用于装配试验。

他们的快速模具用于真空铸造、中空成形与离心铸造。Kir 公司用真空铸造与熔模铸造成形金属件，以便对样车进行测试。对于发动机支架，他们将SLA 快速成形件替代蜡模，然后进行熔模铸造，全过程仅需14 天，比传统制作方法缩短9 天（即缩短时间40％）。对于后组合灯支架，用SLA 快速成形件作真空铸造的母模，能节省65%的成本与75％的时间。

在我国，近几年来，快速成形机的研发与生产有很大的发展，一些汽车制造公司也购置了多种形式的快速成形机，但是多数仅用于制作原型，快速模具制造还是一种鲜为人知的技术，应用十分有限。据初步统计，目前我国具有快速模具制造能力的主要单位有20 几家，其中，绝大多数单位制作的快速模与国外商品化快速模相比，有以下明显差距：

1） 品种不到10 种，远远少于国外已商品化的20 几种，特别是尚未开展高档快速模的研发、生产。
2） 由于能制作的快速模的品种有限，因此，对于具体的客户要求而言，往往缺乏灵活性与适应性。
3） 不具备大型、复杂、精密快速模具的生产能力。

4 大型、复杂、精密硅橡胶模—快速成形汽车塑料试制件的关键

软模(soft tooling)是一种常用的试制模具，也可用于制作快速过渡模或快速批量生产模，其中，最常见的是硅橡胶模，它的优点是：

(1) 制作周期短

通常，根据工件的CAD 文件，能在几天内提供硅橡胶软模，以及用软模成形的聚氨酯塑料件。与传统金属模注塑原型工件相比，用硅橡胶模真空浇注聚氨酯原型，能缩短开发周期高达90%。用快速成形的母模通过硅橡胶模制作铸造用聚氨酯芯盒，与制作传统的金属芯盒相比，只需1/5 的时间。

(2) 成本低

与CNC 机加工的金属模相比，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