玻璃器皿是日常生活中廣泛使用的生活及裝飾用品，玻璃器皿傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法離不開玻璃模具。目前我國(guó)的玻璃器皿生產(chǎn)廠家很多，玻璃模具的需求量很大，由于玻璃器皿造型日趨個(gè)性化的需要，將具有更大的模具市場(chǎng)。
 

以往在生產(chǎn)玻璃模具毛坯時(shí)，多是利用木模或是客戶提供的樣品來造型，對(duì)于復(fù)雜曲面形狀的玻璃模具來說，生產(chǎn)周期較長(zhǎng)，而且不便于鑄造生產(chǎn)。針對(duì)這種情況，本文在西安交通大學(xué)生產(chǎn)的快速成型機(jī)的基礎(chǔ)上 ，開發(fā)了一種基于快速成型的玻璃模具毛坯的快速制造工藝，該工藝?yán)肞ro／E軟件進(jìn)行空間—維造型，可以快速得到玻璃器皿的樹脂原型，還可以方便地進(jìn)行玻璃器皿外形尺寸的修改，在此基礎(chǔ)上可以快速鑄造玻璃模具的毛坯，而且可使模具毛坯的內(nèi)腔尺寸精確到零點(diǎn)幾毫米級(jí)，便于選用電火花加工方法加?？h，縮短模具的加工周期，降低模具的制造成本，尤其適于復(fù)雜曲面而形狀的玻璃模具的制造。該技術(shù)的開發(fā)可以滿足玻璃器皿生產(chǎn)廠家對(duì)玻璃模具的需求，解決長(zhǎng)期困擾玻璃器皿生產(chǎn)企業(yè)的模具制造問題，有著廣泛的應(yīng)用前景。
 

1 .激光快速成型技術(shù)(RP技術(shù))
激光快速成型技術(shù)由Charles Hull發(fā)明并在1986年獲得專利。它的工作原理如圖1所示。

激光束在計(jì)算機(jī)控制的掃描棱鏡的反射下有選擇地連續(xù)掃描液體光敏樹脂表面，利用液體光敏樹脂遇紫外光凝固的機(jī)理，一層一層地同化光敏聚合物，每層固化后，工件升降臺(tái)下移一段精確距離，掃描下一層，如此反復(fù)，直到制造出一個(gè)完整的物體。最后，工件升降機(jī)構(gòu)七升離開液面，取出零件，去除支撐結(jié)構(gòu)，進(jìn)行后處理，這樣就獲得所需零件。用激光快速成型技術(shù)制成一個(gè)零件的具體步驟包括原型設(shè)計(jì)、原型分層、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、原型制作和后處理。
 

1．1 原型設(shè)計(jì)
用RP技術(shù)制造原型的第一步是在三維CAD系統(tǒng)上進(jìn)行零件的CAD 設(shè)計(jì)，CAD圖形可由實(shí)體原型構(gòu)成，也可以用外壁和內(nèi)腔表示的平面原型。由于RP造型中，原型是從平面表層開始～層一層地構(gòu)造出來的，所以，原型懸臂處需要一個(gè)用十字網(wǎng)狀物制成的支撐結(jié)構(gòu)，原型制成后，支撐結(jié)構(gòu)還應(yīng)全部取走或切除。
 

1．2 原型分層和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備及原型制造
原型設(shè)計(jì)完成后，此原型應(yīng)被傳送到激光快速成型機(jī)的控制計(jì)算機(jī)中，由分層軟件把原型分割成一層一層的薄層，單層厚度由精度要求所決定，在精度允許的范圍內(nèi)盡量使單層厚度薄一些。計(jì)算機(jī)將每一層都變成矢量光標(biāo)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)以后將用來控制激光束的掃描方向和速度。原型制造過程如前所述(參見圖1)。
 

2.玻璃器皿原型的制作

玻璃模具一般的制作過程是由用戶提供玻璃器皿的樣品，或是提供設(shè)計(jì)尺寸開始的，所以玻璃器IⅢ的CAD造型尺寸的獲得可以通過兩個(gè)渠道：一個(gè)是將提供的樣品用三坐標(biāo)測(cè)量／掃描機(jī)來掃描測(cè)量得到；另一個(gè)是利用提供的設(shè)計(jì)尺寸來造型。本文選擇一種玻璃杯為研究對(duì)象，玻璃杯的外觀。如圖2所示

將玻璃杯在ARES10-7-5型 坐標(biāo)測(cè)量／掃描機(jī)上測(cè)量出CAD的造型尺寸，利用Pro／E軟件根據(jù)測(cè)得的造型尺寸進(jìn)行三維造型，在造型過程中將測(cè)得的造捌尺寸中的玻璃杯的高度沿杯口方向延長(zhǎng)15mm，尺寸取與杯口尺寸相同的圓柱型，這是生產(chǎn)工藝要求的，以備玻璃成型以后將其切除。造型后所得到的三維CAD圖像如圖3所示。

將得到的 維CAD圖像模型傳送到激光快速成型機(jī)的控制計(jì)算機(jī)中，由分層軟件把模型分割成一層層的薄層，然后由快速成型機(jī)制得樹脂原型如圖4所示。

3.模具毛坯型芯及木模的制作
3．1 利用石膏模制備模具毛坯的型芯
選取一長(zhǎng)方形的砂箱，將制得的樹脂原型橫著放人砂箱的刑砂中，并使樹脂原型的巾軸面位于砂箱的分型面的上方2mm處，為的是留下加工余量，如圖5所示。在樹脂原型的表面刷上一層脫模劑，同時(shí)在砂箱型砂的表面墊上一層塑料布。接著合上砂箱的上箱，將配制好的石膏漿澆人上箱中，緊實(shí)均勻后等待石膏凝固。待石膏充分凝固以后，打開上箱，得到具有原型尺寸的空腔。再將上箱朝上放置，合上下箱，填滿型砂后緊實(shí)，然后打開下箱，得到含有型芯的下箱．這個(gè)下箱將形成模具的內(nèi)腔。

3．2 模具毛坯木模的制作
根據(jù)玻璃器皿的外型，設(shè)計(jì)模具為兩個(gè)對(duì)開模，分別稱為毛坯1和毛坯2，為便于定位，分別在兩個(gè)毛坯上設(shè)計(jì)了定位銷結(jié)構(gòu)。另外，為了開模方便還設(shè)計(jì)了兩個(gè)臺(tái)子，為以后在模具上鉆孑L和攻絲放置開模的金屬桿。設(shè)計(jì)得到的模具毛坯結(jié)構(gòu)如圖6所示。根據(jù)設(shè)計(jì)的模具毛坯的結(jié)構(gòu)，制得對(duì)開模具的木模，木模的中間制成空腔，尺寸足以放下型芯 ，通過木模的兩端實(shí)現(xiàn)與型芯之間的定位。

將木模放置于已經(jīng)作好的含有型芯的下箱中，合上上箱，澆道選擇在杯口位置，然后放人型砂緊實(shí)，開箱，將上箱中的模樣脫模，并在杯口位置開出內(nèi)澆道，然后在上下箱的表面刷上鉛粉涂料，放人烘窯中烘干。之后，上下箱從烘窯中取出，然后合箱、澆注，待鑄件冷卻后，打箱、清除掉沙子和澆道，得到模具的毛坯。這只是一半模具的毛坯，另一半毛坯可以由重復(fù)上述步驟而得到。本文制得的模具的毛坯如圖7所示圖7

4.模具毛坯的造型及澆注
4．1 快速成型技術(shù)是本鑄造工藝的基礎(chǔ)
利用快速成型技術(shù)可以方便地得到玻璃器皿樣品的原型，而且尺寸精度很高，原型和樣品幾乎完全一樣，誤差只有零點(diǎn)幾毫米，這也是可以得到高精度毛坯的工藝基礎(chǔ)。

4．2 毛坯加工余量的選擇
本文選取模具毛坯內(nèi)腔的尺寸和樣品的尺寸一樣，原因是從經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)知道，樣品在生產(chǎn)過程中有1mm的收縮量，這可以由電火花加工時(shí)的電極尺寸來保證，可以將電極的尺寸加大1mm就可以通過電火花加工得到比樣品外徑尺寸大1mm的模具型腔，以滿足生產(chǎn)的需要，而將模具毛坯內(nèi)腔的尺寸和樣品的尺寸取為一樣，也就是留下了1mm的電火花加工余量，這對(duì)零點(diǎn)幾毫米誤差的模具毛坯內(nèi)腔來說是足夠滿足加工要求的，而且由于加工余量小了，加工的時(shí)問縮短了，也就縮短了模具的加工周期。
 

4．3 采用中空木模的工藝優(yōu)點(diǎn)
本工藝在造型時(shí)由于木模和型芯是復(fù)合在一起的，型芯是被木模蓋住的，所以木模的內(nèi)腔尺寸是以能夠容納下型芯為標(biāo)準(zhǔn)，沒有嚴(yán)格的尺寸要求，而且內(nèi)腔的形狀不限，可以選擇為容易制作的圓柱體，這樣與以前要制作出復(fù)雜形狀的木模的鑄造工藝相比，可以簡(jiǎn)化模具木模的制作，節(jié)省制作時(shí)間。

通過中空木模的兩端與型芯的兩端來實(shí)現(xiàn)定位，可以保證模具毛坯的內(nèi)腔和外部尺寸之間相對(duì)位置的準(zhǔn)確，也可以保證兩個(gè)對(duì)開模具毛坯之間的相對(duì)位置的準(zhǔn)確。
 

5 結(jié)論

(1)利用快速成型技術(shù)可以快速地得到玻璃器皿樣品的樹脂原型。
(2)利用石膏模和樹脂原型可以方便地翻制出帶有型芯的下模，型芯的尺寸和玻璃器皿樣品的尺寸只有零點(diǎn)幾毫米的誤差。
(3)中空的木模通過與型芯兩端的定位，可以保證得到相對(duì)位置準(zhǔn)確的兩個(gè)對(duì)開的玻璃模具毛坯。
(4)采用本文的鑄造工藝可以實(shí)現(xiàn)玻璃模具毛坯的快速鑄造。