汽車接角密封件樣品快速制造技術(shù)的研究

1、汽車接角密封件樣品快速制造技術(shù)的研究陳雪芳作者簡介：陳雪芳（1963-），女，江蘇武進(jìn)人，工學(xué)碩士，副教授，研究方向：機(jī)械CAD/CAM摘 要：本文運用快速原型和快速模具制造技術(shù)，對汽車接角密封件樣品制作的工藝過程進(jìn)行了研究，提出了樣品制作過程的關(guān)鍵技術(shù)，能有效地保證樣件的形狀尺寸和表面質(zhì)量。關(guān)鍵詞：密封件；快速原型；快速模具1 引言汽車密封系統(tǒng)是汽車產(chǎn)品尤其是轎車中非常重要的組成部分，不僅需要具有優(yōu)良的密封性，其舒適性和美觀性對整個車身的外觀也有重要的影響。目前，我國汽車密封件產(chǎn)品的研究和開發(fā)已經(jīng)達(dá)到了自主設(shè)計和生產(chǎn)水平，直條狀密封件的設(shè)計可以直接投入生產(chǎn)，接角密封件樣品的制作仍舊是一個難點

2、。汽車密封條是由導(dǎo)航直條與邊角連接條組成，以邊角連接條的設(shè)計制造最為復(fù)雜。邊角連接密封條稱為接角密封件。由于接角密封件空間形狀復(fù)雜，必須在批量生產(chǎn)之前制作1：1的實樣，在產(chǎn)品開發(fā)前期對實樣進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計評價、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)功能測試，整車可裝配性檢驗，驗證合格之后，進(jìn)行大批量的生產(chǎn)。因此，應(yīng)用快速原型快速模具制造技術(shù),制作汽車接角密封件樣品，可以大大提高產(chǎn)品開發(fā)的一次成功率，能夠使汽車密封件配套企業(yè)縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期，降低新產(chǎn)品開發(fā)成本，提高企業(yè)的競爭力和快速響應(yīng)市場的能力。圖1 密封條外形與截面圖圖1是某汽車上150°接角處橡膠密封條，該密封條外表面是變截面的自由曲面，兩端的結(jié)構(gòu)及截面的形狀

3、均不同。接角密封件通常安裝于車體等的轉(zhuǎn)角部位，一般除要與車體密切配合接觸外，還必須與相鄰直密封條中槽、溝、中空封閉孔、棱邊、凸臺等結(jié)構(gòu)連續(xù)光順過渡。由于密封條為橡膠材料，樣品快速制造過程為快速原型、硅橡膠的模具制作、樣件澆注。2 密封件快速原型制造工藝快速成型的過程是首先建立零件的三維CAD模型，然后將其轉(zhuǎn)換成RP系統(tǒng)可接收的STL數(shù)據(jù)模型進(jìn)行分層處理，得到零件沿某一方向的一系列二維截面數(shù)據(jù)，然后根據(jù)每一層的截面數(shù)據(jù)，以特定的方法(如SLA、FDM、LOM、SLS等)生成與該層截面形狀一直的薄片，這一過程反復(fù)進(jìn)行逐層累加直至“生長”出零件的完整實體原形。這一過程可用圖2所示的流程來表示。圖2

4、快速成型制造的基本流程針對連接密封條得結(jié)構(gòu)和工藝特點，在進(jìn)行其原型件制造時，具體工藝過程可分為以下幾步：（1）CAD模型的剖切圖3 剖切后的CAD 模型由于接角密封條內(nèi)部結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，快速原型件制作完成后即面臨以下困難：首先，原型件的內(nèi)部支撐很難取出；其次，密封件原型的內(nèi)表面無法進(jìn)行后處理打磨。分割面的建立不僅要考慮密封條內(nèi)腔的主結(jié)構(gòu)，同時還要兼顧其它孔、槽，使之在制造的各階段能方便地進(jìn)行后處理、打磨、脫模等。所以分割面往往不是一個平面，而是一個曲面或是由多個平面組成的轉(zhuǎn)折面，圖1所示的CAD模形剖切后如圖3所示。（2）CAD模型格式轉(zhuǎn)換在一般情況下CAD模型為UG、Pro/E、SolidWor

5、ks、SolidEdge等軟件環(huán)境下制作的三維數(shù)字化模型，快速原型制造設(shè)備接受的格式通常是STL格式。CAD軟件一般都提供了STL格式的轉(zhuǎn)換功能，在UG中轉(zhuǎn)換時，為了得到較高精度的STL文檔，其“三角公差”取值在0.030.05mm，（3）FDM 快速原型制作FDM采用熱熔噴頭,使熱熔性材料（ABS、尼龍或蠟）按CAD分層切片得到的各層截面輪廓數(shù)據(jù)控制的路徑擠壓并沉積在指定的位置凝固成型，逐層沉淀形成整個原型或零件。當(dāng)零件為空心、有外伸或懸浮狀的部分時，如同切削加工所需的夾具一樣，需要有支撐部分，所以，F(xiàn)DM成型出的實體包含零件和支撐兩部分。密封條原型制作過程中在工藝上解決的關(guān)鍵技術(shù)為：l 成

6、型方向原型的成型方向關(guān)系到制作的精度、制作時間、原型強(qiáng)度、制作過程中需要支撐數(shù)以及最終的制作成本，因此它的選定是一個極其重要的問題。一個原型的成型方向使其應(yīng)該盡可能滿足以下要求: a.盡可能多的垂直面; b.盡可能多的向上水平面; c.盡可能使孔的軸線Z軸方向; d.斜面越少越好; e.懸臂結(jié)構(gòu)越少越好;l 切層與加工路徑生成 首先要選擇一個恰當(dāng)?shù)那袑雍穸?，對于很小的零件，或者零件的曲面精度要求很高，那么?yīng)當(dāng)選取較小的切層厚度（0.178mm），而對于較大的零件或者零件的表面比較平坦，則可選取較大的切層厚度以減少制作時間和費用。l 后處理后處理好，那么硅膠模的質(zhì)量好，澆注產(chǎn)品質(zhì)量高。由于快速成

7、型采用分層疊加制造方式，會在表面形成許多細(xì)小的臺階，當(dāng)用快速原型制成硅膠模時，這些臺階會轉(zhuǎn)移到硅膠模具的型腔表面，影響澆注的零件表面質(zhì)量，另外這些細(xì)小的臺階會增加快速原型與硅膠模之間的脫模難度，所以在制作硅膠模具前必須對密封件原型表面處理。但由于FDM所用的材料為ABS工程塑料，制作的原型件雖然具有很好的強(qiáng)度，但表面光潔度是最差的，加之由于絲狀堆積帶來的基體材質(zhì)的“各向異性”，所以原型件幾乎不能直接打磨、拋光等表面處理。所以，須先對FDM原型件的機(jī)體增強(qiáng)處理，再對原型件的表面涂覆及拋光。（5）原型拼裝與修整原型件打磨烤干后即可進(jìn)行拼裝。粘合時力求平整，但不要求粘合很牢固，因為在脫模時還要在粘合

8、處重新掰開。3 硅橡膠的模具制作硅橡膠模具制造工藝是一種比較普及的快速模具制造方法。由于硅橡膠模具具有良好的柔性和彈性。能夠制作結(jié)構(gòu)復(fù)雜、花紋精細(xì)、無拔模斜度甚至具有倒拔模斜度以及具有深凹槽類的零件，用它來制作模具時, 可以先不分上、下模, 整體澆注出軟模后, 再沿預(yù)定的分模面將其切開, 取出原型, 得到上、下兩個軟模。另外硅橡膠具有良好的仿真性、強(qiáng)度和極低的收縮率。用該材料制造彈性模具具有簡單易行，無需特殊的技術(shù)設(shè)備，制作周期短，制作質(zhì)量高。由于零件的形狀尺寸不同，對硅橡膠模具的強(qiáng)度大小要求也不一樣，因而制模方法也有所不同。1）密封件快速模具制造工藝難點分析由于這類零件的內(nèi)腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其快速

9、模具制造工藝難點主要是：（1）型芯與脫模：內(nèi)腔長度大、形狀復(fù)雜、變截面會對脫模造成困難；（2）型芯與定位：內(nèi)腔長度大，模具的型芯長度也會很大，過長的型芯都會因重力下垂，無法準(zhǔn)確定位而造成澆注零件的報廢，硅膠模中柔軟的型芯如何進(jìn)行定位和固定。2）解決方案根據(jù)以上分析可采用如下解決方案：（1）提高型芯表面的光潔度，將原型件進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆指睿@樣不僅解決了原型件內(nèi)表面的后處理打磨問題，而且也很好地解決了原型件的脫模問題，并且也利于后期的模具型腔處理。（2）根據(jù)零件的具體情況確定澆注零件的脫模：如零件主要內(nèi)腔壁上有較大的孔槽，可考慮采用側(cè)向抽芯的方法脫模；如無側(cè)向抽芯的條件，只能考慮在端面抽芯。采用側(cè)向

10、抽芯時，型芯在兩端分割；若采用端面抽芯，則型芯在一端分割；若型芯帶有直角，則將型芯中間分割，兩端抽芯。（3）采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄐ托径ㄎ慌c固定a鋼針固定。用數(shù)枚細(xì)鋼針從不同方向扎入硅膠模和型芯進(jìn)行定位和固定。脫模抽芯時，先將鋼針拔出即可按通常方法脫模。b型芯撐固定。有些細(xì)長的型芯以及壁很薄的地方，用鋼針固定很困難，這時可以采用型芯撐。所謂型芯撐其實就是用澆注零件的材料事先制成的不同厚度的薄片。在需要支撐的地方，墊上一小塊即可。要注意型芯撐的厚度一定要模具間隙一致，否則會留下痕跡；大小也以“點”支撐考慮，絕不可將型芯包裹起來，以免影響澆注材料的流動。由于硅膠模的質(zhì)量直接影響著澆注后樣品的質(zhì)量，硅膠模具

11、制作時要注意以下幾點：（1） 澆口的位置：澆口位置的方向要便于零件的澆注，使?jié)沧r物料能迅速充滿型腔。（2） 澆注狀態(tài)：澆注前后硅橡膠須放入真空注型機(jī)進(jìn)行真空脫泡，以排除在澆注的硅橡膠中混入氣體、在澆注過程摻入硅橡膠中和封閉在型腔中的氣體，避免在硅膠模中產(chǎn)生氣泡，影響硅膠模的質(zhì)量。（3） 刀剖位置及開模方向：開模的方向考慮隨后樣件的澆鑄要求，剖分后便于原型取出。由于硅橡膠表面相互有吸附作用,為了合模時方便對準(zhǔn)，分模時的分型面一般都采用S型分隔面。圖4為接角密封件硅膠模開模后的上下兩部分。圖4 硅膠模4 樣件澆注 對于拐角密封條樣件的澆注，基本工藝流程為：澆注材料、模具的預(yù)處理真空澆注固化脫模成

12、品修整。在工藝上應(yīng)注意以下幾點：（1）采用低壓澆注方法，將硅膠模具放置在真空注型機(jī)內(nèi)澆注，避免樣件內(nèi)部產(chǎn)生氣泡；圖5 密封條樣件（2）由于密封件壁厚不到2mm，重力的作用使硅膠模的型芯下垂，澆注后的樣品表面極易出現(xiàn)破損現(xiàn)象，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)拇胧┕潭ㄐ托颈苊庑托鞠麓?。澆注后的密封條樣件如圖5 所示。5 結(jié)束語通過采用快速成型和快速模具相結(jié)合的工藝，根據(jù)用戶給定的CAD模型，在短時間內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)汽車接角密封件樣品制作的快速響應(yīng)，對企業(yè)自主研究、開發(fā)和試制新產(chǎn)品的能力有了可靠的保證，同時提升了企業(yè)在行業(yè)內(nèi)的競爭力和快速響應(yīng)能力。參考文獻(xiàn)：1 顏永年，張人佶等. 快速模具技術(shù)的最新進(jìn)展及其發(fā)展趨勢.航空技術(shù)y002(4):1722.2 吳向紅，王廣春等. 車燈后蓋產(chǎn)品的快速設(shè)計與快速制造.山東大學(xué)學(xué)報,2002,32(2):136139.The Study of Rapid Manufacturing Technologies for the Prototypes of Automobile Corner SealsChen Xue-fangAbstract: In this paper，some new manufacturing technologies for prototypes of automobile corner seals are studie