利用傳統(tǒng)方法設計注塑模，主要特點是憑借設計人員的經驗，從最初的產品結構分析到模具的布局設計、型腔設計、模架設計、標準件設計等環(huán)節(jié)都需要進行大量計算，翻閱技術手冊，選定技術參數，最后手工繪制出模具的二維零件圖和總裝圖，整個過程交互性差，不利于各環(huán)節(jié)技術人員的交流溝通，導致設計過程中模具修改頻繁，延長了設計周期和增加了設計費用。

本課題采用改進的數字化設計方法，利用計算機技術來輔助注塑模的結構設計。在三維造型軟件（U G /ProE）平臺下，由設計人員輸入一些參數后直接形成注塑模的三維模型，為所見即所得的設計模式。

以本課題組自主開發(fā)的滴灌用新型渦流灌水器為例，滴灌產品關鍵功能部位的特征尺寸只有1 m m 左右，成型精度高達± 0.01mm，屬于精密注塑范疇。為了保證滴灌產品注塑件的成型精度，提高模具設計與制造的一次成功率，采用的注塑模具數字化設計路線具體過程為：首先，根據產品的CAD 模型，利用注塑模具計算機輔助設計系統(tǒng)完成灌水器的注塑模具結構的設計，這里采用了一模八腔的非自然平衡流道的設計，利用這種所見即所得的方法設計注塑模，所需工作量只有2～3人/天，提高了模具設計的效率。在完成注塑模設計之后，如果直接進行制造往往還存在一定的風險，可能帶來很大的經濟和時間損失。為此，有必要利用計算機模擬技術，利用已設計好的模具進行注射過程模擬，預測可能產生的缺陷，如充型不充分、各型腔注射進程不一致等問題。本課題利用華中科技大學材料成形與模具技術國家重點實驗室自主開發(fā)的華塑CAE 系統(tǒng)，對上述新型渦流灌水器進行了注射模擬。充型結果顯示，從各時間點的流道前沿可以看出各型腔的沖型進程基本一致，模具設計合理。

本文主要介紹本課題組研究的可用于模具快速制造的3種SLS金屬零件的間接制造工藝，并簡要介紹本課題組正在研究的選擇性激光熔化（Selective Laser Melting, SLM）技術。

1 SLS 成型/ 燒結/ 浸漬

利用華中科技大學自行研發(fā)的SLS 設備，采用如下的工藝路線制造致密金屬零件:

（1）利用SLS 燒結鐵粉與高聚物的混合物，成型任意復雜形狀的低強度型坯;
（2）對型坯進行脫脂處理，去除高聚物，形成多孔型坯;
（3）進行二次燒結，提高型坯強度;
（4）浸漬銅/ 樹脂，形成致密零件。從純鐵SLS 燒結、滲銅后的微觀組織可以看出，純鐵顆粒中出現了Fe-Cu 共析組織，促進了合金元素的擴散，從而改善了型坯的機械性能。除了處理滲金屬外，從純鐵SLS燒結后浸漬樹脂的微觀形貌可以看出，浸漬前型坯內有許多孔隙，導致型坯強度較低，而浸漬樹脂后孔隙被樹脂填充，且樹脂與金屬顆粒緊密粘結，形成密實的網絡結構，強度大幅提高。本課題組利用該工藝成功制造出高性能的金屬零件，其中以復雜結構小葉輪為典型代表。
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SLS 燒結金屬覆膜金屬粉末工藝路線

SLS 燒結后滲銅合金的部分機械性能

2 SLS成型覆膜金屬粉末

該工藝具有制造速度快、成本低的特點，所制造的金屬零件熱導性和力學性能優(yōu)良，其步驟如下：

（1）由尼龍12 粒料、Cu 粉制備尼龍12 覆膜Cu 粉的復合粉末材料；
（2）利用SLS 燒結尼龍12 覆膜Cu 粉復合粉末材料，成型任意復雜形狀的零件型坯；
（3）浸滲低粘度、耐高溫環(huán)氧樹脂，密封型坯的表面孔隙，提高其強度和耐熱性。

3 SLS成型與冷等靜壓(Cold Isostatic Pressing,CIP)/ 熱等靜壓（Hot Isostatic Pressing, HIP)復合工藝

利用華中科技大學自行研發(fā)的SLS 設備，采用如下的工藝路線制造致密金屬零件:（1）利用SLS 技術燒結金屬粉末與高聚物的混合物，成型具有復雜結構的低強度型坯;（2）進行脫脂，去除高聚物，形成多孔型坯;（3 ）進行CIP/HIP，形成高性能的致密零件。SLS 型坯經過CIP后，型坯粉末顆粒間形成的燒結頸被破壞，粉末顆?？緾IP過程的壓力作用“冷焊合”在一起，沒有達到冶金結合，所以CIP 后需進行燒結處理，其機械性能可得到進一步提高。從SLS 成型的齒輪零件經CIP 處理前后的形狀對比可看出，其體積變小15%～20％，沒有發(fā)生變形。SLS 型坯經過C I P處理后，零件致密度達到80％以上，但還難以滿足模具的性能要求，于是提出了SLS 與HIP 的結合工藝，本課題組正在進行相關研究，初步表明HIP 后各項性能均有提高。
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SLS 燒結+CIP/HIP 工藝路線

SLS 燒結型坯浸滲樹脂前后的部分機械性能對比

4 SLM 直接成型制造

上述３種工藝均是建立在S L S技術的基礎之上，實現任意復雜結構金屬零件的間接制造技術。為了克服SLS技術成型零件時面臨的工藝繁瑣和零件致密度低的問題，我們提出并自主研發(fā)了選擇性激光熔化(Selective Laser Melting, SLM)裝備，并初步研究了利用SLM 法直接制造致密金屬零件。通過分析SLS 與SLM成型的FeCuC 合金材料的金相組織微觀S E M 形貌可知，SLS/ 滲銅后的金相組織為珠光體和a-Cu，SLM 制件的金相組織為針狀馬氏體和殘余奧氏體。經顯微硬度測試，S L M 制件的顯微硬度達到HB350，與SLS 間接法制件的硬度相比有明顯提高。在本課題組利用SLM制造的試驗樣件中，復雜網狀結構樣件的外形尺寸為20mm× 20mm × 10mm，內含孔直徑僅有2 m m ，細微結構清晰，具有較高的成型精度。

上述的數字化設計與多種快速制造技術為模具的快速制造提供了成套的解決方案。以SLS燒結/浸漬工藝為例，具體介紹本課題組研制成功的具有隨形冷卻水道的注塑模的應用實例。