本文探討了對快速模具電弧噴涂LOM的原型工藝流程的相關內容。

　　主要介紹了LOM原型的制造過程、基于LOM原型等不耐熱母模的快速模具制造工藝流程、模具填充材料的配制過程。針對LOM原型等不耐熱母模進行實驗，得出了電弧噴涂材料的選擇依據及各種材料的噴涂工藝參數，并指出了在快速模具制造過程中應注意的若干問題。

　　為了快速、低成本地制造出模具產品，近年來，基于LOM的快速模具制造技術已成為國外LOM應用研究開發的重點，并演化出一整套快速模具制造技術(Rapid Tools，簡稱RT)，采用該技術，能在幾天，甚至24 h內完成復雜零部件從圖紙到模具制造的全過程。

　　目前，RT技術主要用于生產注塑模、壓鑄模等，這些模具一般具有復雜的型芯、型腔結構，用傳統機電加工相當困難。但若用LOM原型或樣件作母模，可以非常容易地用金屬噴涂技術復制出模具，這種模具有良好的機械加工性能，可進行局部切削獲得更高的模具精度，并可以批量、低成本地生產塑料零件。

　　1 LOM原型的制作

　　疊層制造技術(LOM技術)是國外在20世紀80年代后期至90年代初期發展起來的一項新的先進制造技術，它是機械、材料、NC,CAD、激光、化工等多學科相互交叉滲透而形成的一個新學科，盡管它的發展時間不長，但發展速度非常迅速，而且它對制造業的重要性和對當今制造業的推動作用越來越受到人們的關注。

　　LOM原型的制作過程為：(1)模型剖分。對于尺寸大于快速成形設備臺面空間的零件，根據其特點，將其剖分成小尺寸的零件。(2)基底制作。為了保證原型的尺寸精度高、形狀完整、沒有錯位，要在工作臺上根據原型的大小制作一定厚度的基底，使原型與工作臺可靠連接。(3)原型制作。根據制作過程的實際情況，選擇合適的激光切割速度、加熱溫度、加熱輥速度及壓力、送紙速度、激光能量系數等參數，開始原型制作。(4)余料、廢料去除。用適當的工具從制作完的疊層塊料中去除廢料，將原型剝離出來。(5)后置處理。為提高原型表面質量或滿足進一步翻制模具的需要，要對原型進行后置處理，如防水、防潮、加固和使其表面光滑等。圖1為處理后的LOM原型。

　　2 快速模具制造技術

　　金屬噴涂有電弧噴涂、火焰噴涂、等離子噴涂等幾種方式，其中電弧噴涂與其他噴涂方式相比具有涂層強度高、使用成本低、生產效率高、質量穩定等優點。另外，火焰噴涂及等離子噴涂的工件受到火焰的直接加熱，無法用來噴涂不耐熱的基體(如塑料、木材、紙張等);而電弧噴涂的工件受的熱只來自粒子所攜帶的熱能，傳送粒子的高速壓縮空氣流還可對基體進行冷卻，工件受熱輕，變形小，熱應力小，因而可以在不耐熱的LOM原型上進行噴涂。正是電弧噴涂的這些優點，使其成為近年模具噴涂工藝研究的熱點。

　　2.1 噴涂金屬絲材的選擇

　　用于電弧噴涂工藝的金屬絲材根據熔點的高低可分為低熔點材料、中熔點材料和高熔點材料。在用電弧噴涂技術制造快速模具時，型腔金屬殼體的厚度要在3mm以上，中、高熔點的熔融金屬顆粒沉積到母模上后會釋放出較多熱量，使母模發生熱變形，降低了模具型腔的復制精度，并可能導致金屬涂層在尚未達到要求厚度時就發生翹曲或開裂;低熔點金屬或合金絲材對母模的熱影響小，可減輕熔融金屬顆粒對母模的影響，減少母模熱變形，提高模具的精度，因而鋅、巴氏合金等低熔點材料較多地用于快速模具的制作。但這種低熔點材料的模具壽命較低，只能用于小批量試生產，若要提高噴涂模具的壽命，可以先在母模上噴一層低熔點材料以增強母模的耐熱性，然后再噴鋼或其他強度較高的合金，以增強模具的強度，從而提高模具的壽命。

　　用于電弧噴涂的部分材料力學與物理性能如表1所示。

　　2.2 電孤噴涂工藝流程

　　用電弧噴涂工藝制造注塑模、壓鑄模等模具的凹模、凸模的工藝流程如下：

　　(1)根據母模的尺寸，確定噴涂底板的尺寸和模具模框的尺寸;

　　(2)將母模固定在噴涂底板上，并在母模和噴涂底板上涂刷脫模劑;

　　(3)脫模劑涼干后，用低熔點材料進行第一次噴涂，將殼體厚度控制在0.5-1mm;然后再用高熔點材料繼續噴涂，并使金屬噴涂層達到3-5mm，這樣，模具的凹模型腔殼體制作便告完成;

　　(4)將噴涂殼體裝入凹模模框(裝有冷卻銅管)，并填充模具基體材料，固化10h以上;

　　(5)將凹模模框翻轉過來，去掉噴涂底板，在分模面和母模的另一面涂刷脫模劑;

　　(6)脫模劑干燥后，重復第3步的噴涂工藝，進行第2次噴涂，形成凸模殼體;

　　(7)安裝凸模模框，裝入凸模冷卻銅管，將填充材料澆入模框中，固化10 h以上;

　　(8)固定好導向和定位裝置，將凹模、凸模分離，取出LOM原型，完成模具凹模、凸模的制作。在制作金屬噴涂模具過程中，噴涂參數的調整是整個工藝過程的關鍵，在XDP一5電弧噴涂設備上對各種絲材進行試驗，最終得到的幾種絲材的噴涂參數如表2所示。用電弧噴涂工藝所形成的凹模型腔如圖2所示。

　　2.3　金屬噴涂模具的填充材料制作

　　用電弧噴涂技術制造出注塑模具的凸、凹模殼體后，在搭建好的型框內填充強化材料，并加入澆注系統及冷卻系統，此系統連同模架便可構成注塑模具。最常用的快速模具填充材料是環氧樹脂和鋁粉的混合物，在環氧樹脂中加入鋁粉后可起到填料改性的作用，可改善環氧樹脂的機械性能、熱性能和工藝性能。

　　填充材料的制備過程為：

　　(1)將秤好的環氧樹脂放在容器內，加入鋁粉慢慢攪拌，若需要加入大量鋁粉作為填充物，可以用機械式攪拌器攪拌。為減少夾帶空氣的風險，攪拌器的速度宜慢不宜快，一般不要超過500r/min.

　　(2)經攪拌后的混合物，應靜置一段時間，讓鋁填充物完全濕透，并使夾雜的空氣完全跑掉。

　　(3)將冷卻銅管安裝在模框上，在環氧樹脂及鋁粉混合物中添加硬化劑，并保證混合均勻，靜置10-15min，即可注入模框中，將噴涂殼體和模框完全填滿。

　　3　結論

　　(1) LOM原型的質量直接影響快速模具及產品的質量，因而控制LOM原型的質量是產品/模具快速設計與制造技術的關鍵之一。

　　(2)在電弧噴涂過程中，要根據所用金屬材料調整噴涂參數，并使用油水分離器除去壓縮空氣中的水蒸氣，保證噴涂顆粒的均勻度及噴涂表面的粗糙度。

　　(3)由于環氧樹脂及與其相配的固化劑的種類很多，在固化的時間和固化的效果上有很大不同，因而要根據實際情況確定制造中的工藝參數，必要時可加入稀釋劑進行稀釋改性。

　　(4)將混合容器中沉淀的殘余鋁粉均勻地倒進模框里，保證鋁粉完全進入混合物。這一過程要快，因為澆注混合物在20-40min內將發生固化反應。