1前言面对不断变化的市场，传统的大批量生产模式对市场的响应显得越来越被动，快速响应市场需求，已成为制造业发展的重要走向。在这种背景下，一批新的制造技术和制造模式应运而生，其中，作为提升企业竞争力的重大先进制造技术之一的快速成形技术RPM），近年来得到迅速发展。目前，RPM技术已成功地实现了原型与零件的自动柔性快速制造，从而大大缩短了新产品开发周期。但要由新产品设计迅速形成批量生产并抢占市场，模具，尤其是金属模具的快速制造是关键，因此，快速成形技术正由快速原型与零件试制向快速金属模具制造方向迅速发展。
2快速模具制造当前，快速模具制造有直接制造与间接复制两大类方法，有以下几种形式的应用：用快速成形机制作的工件直接制作模具如用SLA的方法直接制作掺有铝粉的树脂软模，可用于上百件模具的注塑成形；用SLS方法快基金项目：教育部留学回国人员重点基金项目（1998679），湖北省重点科技项目20002P201）速制作成形体，经烧结、渗金属处理，可制作金属模；还有其他正在开发的方法，如美国Sandia国家实验室开发的LENSLaserEngineeringNetShape）工艺等。
用快速成形件作母模，复制软模具用快速成形件作母模，可制作硅橡胶、环氧树脂、聚氨酯及其与金属粉末混合材质的软模具。可用作试制用注塑模，其模具寿命在100件以内，仅用于新产品试制。
用快速成形件作母模，复制金属模具用快速成形件作母模，或用其复制软模具，再采用铸造、熔射等方法制造金属硬模具如各种铸造模、注塑模、拉延模等），从而批量生产塑料件或金属件。这种模具有良好的机械加工性能，可进行局部切削加工，以获得更高的精度，或嵌入镶块、冷却系统、浇注系统等，其模具寿命可达1000至数万件。
上述快速制模方法中，基于快速成形原理的直接制模法在表面及尺寸精度、力学性能等方面尚难以满足高精度、高寿命模具制造的要求，且成本高、尺寸规格受限制。以快速原型和熔射、铸造等技术相结合的间接制模法在直接制模法尚不成熟的情况下，能生产出表面质量、尺寸精度和力学性能较高的金属模具，实用化方面占有优势。因此，国内外这方面的研究非常活跃，目前已有许多应用实例，如3DSYSTEM公司的基于SLA原型的粉末成形+浸渗快9朱祖昌，李培耀，俞少罗。相变硬化激光热处理的数值解及组织性能的预测。金属学报，19961）105-111. 10管一弘，等。激光淬火温度场及材料性能的数值模拟。中国激光，13管一弘，等。激光淬火热致残余应力的数值模拟。激光技术。1998 14张珊，胡清江，李宝林。模具激光热处理。光电子激光，1990 16王国强，编著。实用工程数值模拟技术及其在ANSYS上的实践。
西安：西北工业大学出版社，1999-08.速复制工艺Keltool）、CEMCOM公司的镀镍+陶瓷复合NCC）工艺、华中科技大学的熔射快速制造金属模具法1RST）等。
华中科技大学开发的等离子熔射制造金属硬模技术，是以耐磨耐腐蚀的硬质合金为熔射材料，制造可用于中大批量生产的注塑模具、板材成形模具。这一方法由快速原型或天然素材原型通过复制得到耐热的被熔射原型，在该原型表面形成熔射层后以金属铸造对熔射层进行补强，最后去除被熔射原型即可得到模具。该方法速度快，成本低，所制造的模具具有精度高、寿命长、模具材料和尺寸不受限制等优点。因此，在汽车、摩托车、家电、建筑装饰、日用轻工、玩具等行业的模具制造尤其是市场急需的汽车内外饰件和覆盖件模具）方面有广阔的应用前景。
本文就等离子熔射高熔点合金快速制造金属注塑硬模技术方法，以及试制花纹注塑模具的注塑试验作一介绍。
3等离子熔射制造金属注塑硬模的工艺方法该工艺是在耐热的被熔射原型上，用等离子熔射方法形成一层高熔点的硬质耐磨耐腐蚀的金属熔射层，再在该熔射层背面浇注背衬金属补强材料，去除原型后即得模具型腔）。
2P原型或实物主模型橡胶模被熔射原型熔射一金属材料补强一离型金属型腔熔射制模工艺路线模具制作过程的各个环节和工艺参数对模具的质量都有不同程度的影响，下面对其中的主要影响因素进行分析。
3.1原型制作所用的原型可以是RP原型、传统加工的木材或塑料原型、天然素材原型、已有产品原型等。由于RP原型所用的材料多为光敏树脂、纸等，无法承受高熔点材料熔射时的高温热变形，因此需要用复制的方法制作耐熔射高温的被熔射原型。
被熔射原型应具有较好的强度、热传导性、高温化学稳定性和尺寸稳定性，且能够与熔射材料相润湿。此外，原型的制造工艺应简单，成本低，并且在补强工序后容易去除。基于此，我们采用了陶瓷粉末制作被熔射原型。
3.2等离子熔射过程等离子弧由于受热收缩效应、磁收缩效应和机械压缩作用的影响，能量高度集中，可将高熔点材料瞬时熔融并高速喷打在被熔射原型上，形成高质量的熔射层，以此制作的模具型腔表面性能优良。
影响等离子熔射质量的因素有：①电功率输入。功率一般要按熔射粉末的成分、粒度、熔点而定。具体选用原则是：对于熔点高、粒子大、导热性差的粉末，应选大功率；当送粉量大，或粉末在等离子焰停留时间短时，也应选大功率。
工作气体的种类和流量。工作气体有氩气、氮气、混合气。气种对等离子弧温度和热焓有显著影响，氮弧的热焓比氩弧的高，因此氮弧的温度比氩弧高，但氩弧引弧容易，弧压低，且具保护气性质。
气体流量对弧压、焰流速度和焓值影响也较大。
若流量合适，等离子弧燃烧稳定，粒子熔化好，则熔射层质量好。
粉末性质。细粉喷涂效率低，但涂层致密，复制性良好。如果太细则易蒸发，且易在喷嘴口形成滴珠而堵枪；太粗则熔化不良。粉末颗粒的形状一般应呈球形、水滴形，粒度一般为200目以上。
送粉量及送粉方式。在一定的电功率下，送粉量必须均匀合适。送粉量太大，则大量粉末未熔化，影响涂层的强度；送粉量太小，不仅沉积率低，而且粉末粒子过烧。此外，送粉量的均匀性、送粉气的种类、流量对熔射层质量也有很大的影响。
送粉方式有枪外送粉和枪内送粉两种。枪外送粉，粒子在等离子弧中停留时间短，不容易过烧，不会出现堵塞、滴珠，但粉末飞散较大，利用率低；枪内送粉，粒子的加热较枪外送粉好，粉末利用率高。
被熔射型的预热温度。等离子熔射法制作模具型腔与等离子喷涂不同，它不需要熔射层和被熔射型牢固结合，而要求熔射层和基体之间有一定的结合力，但又不能结合得太牢，否则不易分开。为此，被熔射型应与熔融喷涂粒子有良好的润湿性，而经预热的被熔射型能提高这种润湿性。此外，作为模具工作层，熔射层还须有一定的厚度和强度。
操作条件。熔射距离影响粒子的飞行时间。熔射距离过小，等离子弧对被熔射型加热而温升过高，使熔射层过热，内应力增大，导致熔射层脱落、开裂；熔射距离过大，粒子在空中急冷，动量下降大，导致熔射层与基体结合力小，沉积率低，气孔多。因此，熔射距离的选取要合适。
熔射枪与基体的角度较小时，因遮蔽效应“，熔射层孔隙率增大，熔射层硬度较低；当角度增大时，熔射层硬度升高。一般应尽量使熔射枪垂直于被喷涂面。喷枪扫描速度低时，单位时间到达某处的粉末粒子多，可制得较厚的熔射层，但容易引起熔射层过热，形成较大的热应力。
上述各种因素相互关联、相互影响，所以，熔射条件需根据不同的基体和熔射材料来具体确定。本实验使用LU-600等离子熔射机，781喷枪，在选取合适的熔射工艺参数后如熔射功率、送粉量、熔射距离、熔射角度及熔射枪移动速度等），对被熔射原型实施熔射，形成一层高质量耐磨耐腐蚀的不锈钢熔射层。由于实际应用涂层的厚度一般要1mm以上，因此在熔射过程中，需进行熔射层热应力的控制，防止熔射层在熔射过程中由于热应力引起的开裂和剥离。
3.3背衬补强用等离子熔射层可以把被熔射型表面形貌复制下来，但由于熔射层薄，熔射层的强度有限，所以不能直接用作模具型腔，必须进行背衬处理，填充补强材料，以提高强度，满足使用性能。常用的补强材料有环氧树脂、低熔点合金以及含有金属粉末的树脂基复合材料。若模具型腔在使用时要进行加热或冷却，可在背衬时将加热管或冷却管埋入其中。因此，用这种方法制作的注塑模易于设置加热或冷却系统。3.4脱模方法脱模可采用破坏性脱模或非破坏性脱模。破坏性脱模是用机械、化学溶解等方法把被熔射原型破坏而与熔射层分离，非破坏性脱模是不破坏原型而与熔射层分离。
是表面光滑的覆盖件快速原型，是经熔射、背衬补强后制得的模具型腔。
4注塑实验为了检验熔射法制造的型腔的注塑效果及模具寿命，我们进行了注塑试验。试验模具如，为一带花纹的压盖，型腔模面材料为不锈钢粉末涂层，背衬材料为锌合金，铸造补强时预埋了环状冷却水管，模具导热性良好。在生产条件下，生产了各100件左右的PP、PE、ABS材质的塑料件产品，塑料件上的花纹生动栩实，立体感强）。带花纹的型腔在承受40、50、60、70、80、100MPa注塑压力下，没有产生任何破损。
5结论本文进行了等离子熔射快速制造金属注塑硬模工艺研究，并对试制的花纹熔射型腔进行了注塑实验，取得了如下结果：（）该工艺所制金属注塑模能制得花纹逼真、立体感强的塑料件，可用于汽车、摩托车、家电、轻工、玩具等行业塑料模具及产品的试制和批量生产。）用铁铬合金制得的模具型面，表面平均硬度可达6+0相当于689+），型面耐磨、耐久、耐腐蚀。补强的锌合金硬度为67904+0，能承受一定的注塑压力，热传导性好，能满足正常生产条件的需要。
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