金属和复合材料模具选择标准(金属与复材之间的权衡)

在选择加工基板时,任何制造商面前都有很多选择。模具选项可能与零件本身一样复杂。选择高度依赖于所需部件的性能特征。有效选择或选择有很多细节……有多少部分?零件的尺寸公差有多复杂或有多严格?固化温度?模具的CTE……名单还在继续。幸运的是,有一些非常简单的方法可以缩小为给定模具选择正确基材的搜索范围。

金属和复合材料模具选择标准(金属与复材之间的权衡)

选择金属或复合材料模具的因素:

1、将制造多少个零件?

工业实践包括一些复杂的计算方法或选择是否使用复合材料或金属模具。金属模具通常比大多数复合材料选项贵得多。如果少于40个零件,金属模具可能不会有太大优势。金属模具的优势在于可以制造大量零件并快速有效地转动模具以制造更多零件。如果保养得当,金属模具的生命周期通常会更长。对于刚开始复合材料制造甚至一些轻型生产工作的人来说,复合材料模具可能是最佳选择。

2、对于未来零件的固化参数,模具将承受的温度是多少?

确保模具材料系统能够吸收热量并在此过程中保持尺寸稳定性。将零件的热特性与模具的热特性配对是复合模具的最佳实践。研究用于比较热变形温度、最大使用温度和与零件密切匹配的CTE的技术数据。这有助于确保最终零件满足所需的尺寸特征并延长模具的使用寿命。模具材料最重要的特征之一是其CTE。(热膨胀系数)此特性显示给定材料如何随着温度升高而膨胀。CTE对固化层压板的尺寸稳定性和质量具有重大影响。将零件的CTE与模具材料CTE紧密匹配是选择模具材料的最佳实践。对于复杂的表面尤其如此,因为不匹配的CTE将对零件的尺寸稳定性产生负面影响,并可能导致零件翘曲。平板和其他简单的层压板表面可能不符合相同的标准。例如,如果最终部件没有升高的固化温度,铝将是一个很好的模具。但是,如果将其加热到350F,则该零件的尺寸稳定性将超出预期。

复合模具

复合模具通常是通过铺设在准备好的插头表面上来创建的。首先铺设良好的模具凝胶/树脂底涂层以符合插头的范围表面,然后应用织物和树脂基质的分层堆积。复合模具比金属模具具有优势,因为它的制造成本通常要低得多。它们不需要CAD图纸、CNC加工($),并且可以在许多DIY制造商习惯的车库/车间类型环境中制造。复合模具也更轻,更易于操作,易于铺设,并且通常更容易修复和修改其他铺设方法。复合材料模具的选择始于为工作选择树脂系统或预浸料。环氧树脂、聚酯树脂和预浸料是复合材料模具的流行选择。由于所选择的树脂,模具的性能存在显着差异。模具可以使用一般的叠层树脂;然而,大多数模具树脂被开发为比一般层压树脂“更硬”。这提高了提供刚性、可重复制造层压部件所需的刚度。在传统的叠层模具制造选项中,能生产出更坚固且重量更轻的模具,就像层压部件一样。生产成本通常会高一些,并且应该注意在选择模具时可能计划从模具中获得多少零件,而不是标准凝胶涂层、短切原丝、聚酯基模具。复合材料模具也可由模具特定的预浸材料制成,根据模具的需要,可以选择碳纤维的厚度和一致性。在模具制造中使用预浸料具有与常规部件相同的优势,提高了铺层的效率并有助于提供最高的模具质量。毕竟,完美的模具可能会创造出完美的零件。应该注意的是,无论使用何种树脂或织物类型,所有模具选项都可以产生非常好的表面光洁度。

  • 聚酯/胶衣/CSM模具:便宜、有效、适用于多个零件;
  • 环氧树脂和CF模具:更刚性的选项,用于更高的尺寸稳定性;
  • 预浸料模具:提高制造和铺层效率,是可重复性和刚性复合模具的最佳选择,成本更高。

金属模具

在制造许多零件(如数百甚至数千个)时,金属模具是最好的基材。金属模具的生命周期很长,它们不太容易受到复合模具的磨损。如上所述,选择金属基板高度依赖于CTE。由于制造给定零件的通常复杂表面所需的材料成本、设计、加工和焊接工艺,金属加工基板的成本较高。然而,大多数金属模具都可以制造得非常精确,提供可重复的零件和快速周转。它们是在制造环境中使铺层过程高度标准化的一部分。选项包括但不限于因瓦合金、碳钢、镍、铝。

  • Invar(因瓦合金):非常适合在高温下固化的碳纤维层压板。缺点是成本高,而且很重。模具通常不易用手移动。Invar是高产预浸料叠层中常用的模具材料,固化温度升高>350F。
  • 碳钢和镍:促进良好的表面光洁度,这些模具必须尽快准备好,因为即使在高湿度的情况下碳钢也会生锈。与铝相比,CTE与一般层压材料的匹配度更高。通常提供与所需表面的紧密匹配。
  • 铝:主要用于装配模具,是金属模具的轻量级选择,但它是一种较软的金属。叠层的预期寿命不如殷钢或碳钢高。鉴于铝的CTE高,铝在高固化温度下的复杂形状也不好。

模具保养

预期寿命高度依赖于上层模具在上层和存储过程中得到的照顾。当适当注意使用给定的脱模剂进行适当准备时,模具将持续更长时间,模具不用作切割表面,储存包裹或覆盖在气泡包装中(至少是铺层表面)。确保不要碰到或掉落模具。这似乎是常识,但这些被忽视的事故通常是任何类型模具中最常见的故障。有各种不同的模具选项,金属与复合模具会划伤表面,通常是最受欢迎的选项。然而,3D打印塑料模具越来越受欢迎,特别是在一次性生产或原型制作中。表面有鳍鱼可能会留下一些不足之处,但可以解决。泡沫覆盖的复合模具也是可以提供多用途模具的另一种选择。可以说,如果价格合适并且温度与膨胀相匹配,则模具选项可以达到想象。

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