复杂型面的快速原型、快速模具制造的工艺的研究.doc

汽车接角密封件样品快速制造技术的研究 陈雪芳 摘 要：本文运用快速原型和快速模具制造技术，对汽车接角密封件样品制作的工艺过程进行了研究，提出了样品制作过程的关键技术，能有效地保证样件的形状尺寸和表面质量。 关键词：密封件；快速原型；快速模具 1 引言 汽车密封系统是汽车产品尤其是轿车中非常重要的组成部分，不仅需要具有优良的密封性，其舒适性和美观性对整个车身的外观也有重要的影响。目前，我国汽车密封件产品的研究和开发已经达到了自主设计和生产水平，直条状密封件的设计可以直接投入生产，接角密封件样品的制作仍旧是一个难点。汽车密封条是由导航直条与边角连接条组成，以边角连接条的设计制造最为复杂。边角连接密封条称为接角密封件。由于接角密封件空间形状复杂，必须在批量生产之前制作1：1的实样，在产品开发前期对实样进行产品设计评价、产品结构功能测试，整车可装配性检验，验证合格之后，进行大批量的生产。因此，应用快速原型快速模具制造技术,制作汽车接角密封件样品，可以大大提高产品开发的一次成功率，能够使汽车密封件配套企业缩短新产品开发周期，降低新产品开发成本，提高企业的竞争力和快速响应市场的能力。 图1 密封条外形与截面图 图1是某汽车上150°接角处橡胶密封条，该密封条外表面是变截面的自由曲面，两端的结构及截面的形状均不同。接角密封件通常安装于车体等的转角部位，一般除要与车体密切配合接触外，还必须与相邻直密封条中槽、沟、中空封闭孔、棱边、凸台等结构连续光顺过渡。由于密封条为橡胶材料，样品快速制造过程为快速原型、硅橡胶的模具制作、样件浇注。 2 密封件快速原型制造工艺 快速成型的过程是首先建立零件的三维CAD模型，然后将其转换成RP系统可接收的STL数据模型进行分层处理，得到零件沿某一方向的一系列二维截面数据，然后根据每一层的截面数据，以特定的方法(如SLA、FDM、LOM、SLS等)生成与该层截面形状一直的薄片，这一过程反复进行逐层累加直至“生长”出零件的完整实体原形。这一过程可用图2所示的流程来表示。 针对连接密封条得结构和工艺特点，在进行其原型件制造时，具体工艺过程可分为以下几步： （1）CAD模型的剖切 由于接角密封条内部结构较复杂，快速原型件制作完成后即面临以下困难：首先，原型件的内部支撑很难取出；其次，密封件原型的内表面无法进行后处理打磨。分割面的建立不仅要考虑密封条内腔的主结构，同时还要兼顾其它孔、槽，使之在制造的各阶段能方便地进行后处理、打磨、脱模等。所以分割面往往不是一个平面，而是一个曲面或是由多个平面组成的转折面，图1所示的CAD模形剖切后如图3所示。 （2）CAD模型格式转换 在一般情况下CAD模型为UG、Pro/E、SolidWorks、SolidEdge等软件环境下制作的三维数字化模型，快速原型制造设备接受的格式通常是STL格式。CAD软件一般都提供了STL格式的转换功能，在UG中转换时，为了得到较高精度的STL文档，其“三角公差”取值在0.03～0.05mm， （3）FDM 快速原型制作 FDM采用热熔喷头,使热熔性材料（ABS、尼龙或蜡）按CAD分层切片得到各层截面轮廓: a.尽可能多的垂直面; b.尽可能多的向上水平面; c.尽可能使孔的轴线Z轴方向; d.斜面越少越好; e.悬臂结构越少越好; 切层与加工路径生成 首先要选择一个恰当的切层厚度，对于很小的零件，或者零件的曲面精度要求很高，那么应当选取较小的切层厚度（0.178mm），而对于较大的零件或者零件的表面比较平坦，则可选取较大的切层厚度以减少制作时间和费用。 后处理 后处理好，那么硅胶模的质量好，浇注产品质量高。由于快速成型采用分层叠加制造方式，会在表面形成许多细小的台阶，当用快速原型制成硅胶模时，这些台阶会转移到硅胶模具的型腔表面，影响浇注的零件表面质量，另外这些细小的台阶会增加快速原型与硅胶模之间的脱模难度，所以在制作硅胶模具前必须对密封件原型表面处理。但由于FDM所用的材料为ABS工程塑料，制作的原型件虽然具有很好的强度，但表面光洁度是最差的，加之由于丝状堆积带来的基体材质的“各向异性”，所以原型件几乎不能直接打磨、抛光等表面处理。所以，须先对FDM原型件的机体增强处理，再对原型件的表面涂覆及抛光。 （5）原型拼装与修整 原型件打磨烤干后即可进行拼装。粘合时力求平整，但不要求粘合很牢固，因为在脱模时还要在粘合处重新掰开。 3 硅橡胶的模具制作 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。能够制作结构复杂、花纹精细、无拔模斜度甚至具有倒拔模斜度以及具有深凹槽类的零件，用它来制作模具时, 可以先不分上、下模, 整体浇注出软模后, 再沿预定的分模面将其切开, 取出原型