一種基於積層粉末壓製成型工藝的模具及其製造方法與流程

2023-06-23 17:52:31 1

本發明有關一種模具及其製作工藝，特別是指一種使用積層粉末壓製成型技術來製造內藏複雜隨形冷卻水路的模具及其製造方法。

背景技術：

許多模具在使用過程中會處於高溫環境，例如模具用於壓鑄、注塑和吹塑等高溫環境，因此有必要藉助冷卻系統把熔化材料的熱量帶走。設計一個合適的冷卻系統不僅可以延長模具壽命，也可提高生產效率及縮短產品成型周期時間。傳統製造冷卻水路依靠鑽孔的方法，然而，這種方法只可製作直線水路，並不能製造貼近模具表面輪廓的複雜隨形冷卻水路。且鑽長水路時會弄斷鑽頭，使得整個模具無法使用。此外，由於沿著模具壁和冷卻水路之間的距離不一，導致冷卻時間長、形成內部應力和成品翹曲。

目前有一種冷卻水路設計稱為隨形冷卻系統，它被定義為冷卻水路的形狀能夠貼合模具表面的輪廓。這種方式下，成型產品能夠迅速而均勻地冷卻下來。相比傳統的冷卻系統，隨形冷卻系統可以縮短30-60％的產品成型周期時間。這種時間的節省是與產品幾何相關的。縮短產品成型周期時間可以提高整體生產能力、減少復模及生產車間開支。此外，相比使用傳統冷卻系統的模具，內置隨形冷卻系統的模具壽命較長。隨形冷卻系統可以通過傳統的加工工藝(如銑、鑽、電火花等)在兩個模具板面製造，然後通過擴散焊接把分別在兩個模具板的冷卻水路接合在一起。這種做法只能製作出相對簡單幾何的隨形冷卻水路，因為擴散焊接只能接合平面。複雜幾何形狀的隨形冷卻水路可以通過直接金屬雷射燒結（dmls）技術來製造，但是上述兩種工藝需要投入昂貴的設備，成本較高。

技術實現要素：

有鑑於此，本發明的主要目的在於提供一種基於積層粉末壓製成型工藝的內藏隨形冷卻水路的模具及其製造方法。

為達到上述目的，本發明提供一種基於積層粉末壓製成型工藝的模具製作方法，其包括有如下步驟：

步驟一、在模腔內填充一層金屬粉末；

步驟二、對模腔內的金屬粉末壓製成型；

步驟三、利用銑削加工工藝在金屬粉末上製作水路；

步驟四、利用低熔點物料填充製作的上述水路；

步驟五、重複步驟一至步驟四，直到製作出所需的水路結構；

步驟六、將填充有低熔點物料的半製成品模具加溫，使內部低熔點物料流出；

步驟七、將該半製成品模具進行高溫燒結；

步驟八、通過傳統加工工藝獲得精準的外形尺寸，完成內藏複雜隨形冷卻水路的模具。

在所述步驟一中進一步包括：在所述模腔內的金屬粉末下方設置一個下衝頭，該下衝頭與模腔的內壁緊密配合併抵頂該金屬粉末的底部。

所述步驟二具體為：在所述金屬粉末上方設置一個上衝頭，將上衝頭往下壓，在上衝頭與所述下衝頭的擠壓下，金屬粉末受高壓而成型。

所述步驟三中是利用銑削刀具製作水路。

所述低熔點物料為石蠟，或用於失蠟工藝中的蠟材。

本發明還提供一種基於積層粉末壓製成型工藝的模具，該模具包括由金屬粉末壓製成型的本體，該本體內形成中空的冷卻水路。

所述冷卻水路為三維隨形冷卻水路。

所述金屬粉末為鋼、鐵、銅、鋁純金屬粉末材料及其合金或碳化鎢。

本發明適用於製造壓鑄、注塑成型、吹塑成型等需要冷卻系統的金屬模具。高效能的冷卻系統不僅可提高模具的壽命，而且可通過減少產品成型周期時間來提高生產效率，同時利用本發明的方法可降低生產成本。

附圖說明

圖1為本發明中金屬粉末填充模腔的示意圖；

圖2為本發明中金屬粉末壓製成型過程的示意圖；

圖3為本發明中銑削加工製造水路的示意圖；

圖4為本發明中用低熔點物料填充水路的示意圖；

圖5為本發明中不斷重複填粉、壓制、銑削及用低熔點物料填充水路的工序後可製作的半成品模具結構示意圖；

圖6為本發明中將內部低熔點物料流走後的模具結構示意圖；

圖7為本發明模具的製作方法的工藝流程圖。

具體實施方式

為便於對本發明的方法及達到的效果有進一步的了解，現結合附圖詳細說明如下。

圖1顯示本發明中金屬粉末填充模腔的示意圖。首先在模腔1內填充一層金屬粉末2，在模腔1內的金屬粉末2下方是一個固定的下衝頭3，該下衝頭3與模腔1的內壁緊密配合併抵頂該金屬粉末的底部。圖2顯示本發明金屬粉末壓製成型過程的示意圖。在金屬粉末2上方設置一個上衝頭4，將上衝頭4往下壓，在上衝頭4與下衝頭3的擠壓下，金屬粉末2受高壓而成型。圖3顯示銑削加工製造水路的示意圖。將上衝頭4取走，在壓製成型後的金屬粉末2上利用銑削刀具5加工製造水路6。圖4顯示用低熔點物料填充水路的示意圖。用低熔點物料7（例如石蠟或其它用於失蠟工藝中的蠟材）填充之前銑出的水路6。重複上述的填粉、壓制、銑削及用低熔點物料填充水路的工序，一層一層地製作出所需的水路結構。圖5顯示可製作的內設隨形水路的模具的半製成品結構示意圖。將模腔1及下衝頭3取走，把整個半製成品模具加溫，使內部低熔點物料7流出，形成如圖6所示的內藏複雜隨形冷卻水路的半製成品模具，經上述工序便可獲得空心的冷卻水路8。該半製成品模具再進行高溫燒結，模具最後準確的外形尺寸可以通過傳統的加工工藝(如銑、電火花、打磨拋光加工等)獲得。

在本發明中，利用積層金屬粉末壓製成型所制的模具內藏複雜冷卻水路，如圖6所示，本發明製作的模具具有由金屬粉末2壓製成型的本體，該本體內形成中空的冷卻水路8，該冷卻水路8為三維隨形冷卻水路，並根據需求設置成與本體外形相同形狀的走向。模具內的熱量可穿過冷卻水路壁傳至冷卻液然後被帶走。本發明適用於製造壓鑄、注塑成型、吹塑成型等需要冷卻系統的金屬模具。高效能的冷卻系統不僅可提高模具的壽命，而且可通過減少產品成型周期時間來提高生產效率。本發明模具的金屬粉末可為鋼、鐵、銅、鋁純金屬粉末材料及其合金或碳化鎢等。

對比基於擴散焊接和dmls的方法，本發明僅利用積層粉末壓製成型及其它輔助設備，具有相對較低的投資成本。此外，模具的大小沒有任何限制。冷卻水路可通過需求進行銑削來製造，複雜的三維隨形冷卻水路結構便能容易實現，大大增加了設計空間。通過本發明的方法製作內藏複雜冷卻水路的模具，比用其它現有方法的交貨時間為短，使用戶獲得更多的經濟收益。

以上所述的具體實施方式，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施方式而已，並不用於限定本發明的保護範圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。