基于数控加工原型的快速模具制造工艺研究

摘要：本文主要介绍了快速模具技术和数控加工技术，并阐述了开发基于数控加工的

快速模具的可行性以及基于数控原型的快速制模工艺特点。

　　关键词：数控加工

快速模具工艺

　　在快速模具制造的两种方法中，直接法虽然在缩短模具制造周期、降低成本等方面具有
优势而备受关注，但离实际应用还有一定差距。目前发展较快的快速原型技术却因专用激光
成型设备以及原型材料过于昂贵而限制了应用范围。随着计算机和控制技术的发展，数控加
工设各已广泛应用于制造企业，而精密成型技术经过多年的发展，理论和实际操作过程都
已经十分成熟。在此背景下，本课题提出了将数控加工技术与现代精密材料成型技术结合，
以期克服激光快速原型技术在表面及尺寸精度低、机械性能低以及成本高、尺寸规格受限制
等方面的不足，开发一种基于数控加工技术的低成本、高精度快速金属模具制造工艺。

　　一、快速模具技术和数控加工技术

　　快速模具根据不同的制模工艺方法，可以分为直接快速模具和间接快速模具。直接快速
原型模具，以快速原型件直接作为模具，可以用作砂型铸造模具、低熔点合金浇注模、试成
形用注塑模、熔模铸造的蜡型、蜡型的替代品和蜡型的成形模：间接快速模具指以快速原型
件为母模，通过型腔复制制作模具，包括硅橡胶复制、金属冷喷涂、精密铸造、树脂材料性强
复制等。直接法尤其是直接快速制造金属模具方法制造环节简单、能够充分发挥

RP 技术的

优势，特别是与计算机技术紧密结合，能够快速完成模具；对那些需要复杂形状的内流道
冷却的模具与零件，采用直接

RT 法有其他方法不能替代的优势。但是直接法在模具精度和

性能控制方面比较困难，特殊的后处理设备与工艺使成本有较大提高，模具的尺寸也受到
较大的限制。和直接制模法相比，间接铡模法通过快速原型技术与传统的模具翻制技术相结
合来制造模具，由于翻制技术已经十分成熟并具有多样性，可以根据不同的应用要求、使用
不同复杂程度和成本的工艺。

　　数控加工，也称为

NC（Numerical Contr01）加工，是将待加工的零件进行数字化表达，

数控机床按数字控制刀具和零件的运动，从而实现零件加工的过程。数控加工技术经历了半
个世纪的发展已经成为应用于当代各个制造领域的先进制造技术。数控加工的最大特点有以
下两点：一是可以极大地提高精度，包括加工质量精度及加工时间误差精度；二是加工质
量的重复性，可以稳定加工质量，保持加工零件质量的一致性，也就是说加工零件的质量
及加工时间是由数控程序而不是由机床操作人员决定。

　　二、开发基于数控加工的快速模具的可行性

　　世界先进工业化目家的

RPM 技术在经历了模型与零件试制、快速树脂软模制造阶段后，

目前正向快速金属模具制造（

RMT）方向发展，特别是兴起于本世纪 80 年代术期的快速

原型技术，为快速模具制造开辟了很好的途径。目前已经提出众多的

RMT 方法可分为由 RP

系统制作的快速原型复制金属模具的间接法和根据

CAD 数据直接由 RP 系统制造金属模具

的直接法两大类。直接快速模具制造指的是利用不同类型的快速原型技术直接制造出模具本
身，然后进行一些必要的后处理和机加工以获得模具所要求的机械性能、尺寸精度和表面粗
糙度。目前能够直接制造金属模具的

RP 工艺包括激光选区烧结（ SLS）、三维打印

（

3D.P）、形状沉积制造（SDM）和三维焊接（3D—Welding）等。目前数控加工技术在制