CN103387404B - 用于模具的材料、模具及制备模具方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于模具的材料、模具及制备模具方法。其中，用于模具的材料由陶瓷、石膏以及水泥中的至少一种构成。利用本发明的用于模具的材料，不仅可以有效地制备模具，而且具有价格便宜、生产周期短等优点，从而可以解决现有技术中模具制备材料单一、制备价格高、制作周期较长等问题，有利于超塑成型技术的发展和应用。

Description

用于模具的材料、模具及制备模具方法

技术领域

本发明涉及模具技术领域，具体而言，涉及一种用于模具的材料、模具及制备模具方法。

背景技术

自上世纪六十年代开始，超塑成型技术已经欧美等发达国家流行，并获得大量学者关注和研究。但是现有技术中，超塑成型的模具的制作材料一般采用的钢材，价格较高，模具的制作周期较长，并且在某些极端例子下会出现一套模具生产一件产品就报废的情况，造成极大的浪费，而模具需求数量越大，投入也必定随之变大，严重影响了超塑成型技术的发展和应用。

因此，目前的模具技术有待进一步改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种用于模具的材料，本发明的一个目的在于提出一种模具及其制备方法。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种用于模具的材料。根据本发明实施例，所述材料由陶瓷、石膏以及水泥中的至少一种构成。

利用根据本发明实施例的用于模具的材料，不仅可以有效地制备模具，而且具有价格便宜、生产周期短等优点，从而可以解决现有技术中模具制备材料单一、制备价格高、制作周期较长等问题，有利于超塑成型技术的发展和应用。

根据本发明的一些实施例，上述用于模具的材料还可以具有下列附加技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述陶瓷由矿物质基底、粘结剂及纤维中的至少一种构成。由此，制备原料容易从市场上购得，有利于降低生产成本。另外，陶瓷不会与金属产生粘结，粘模情况比现有技术中的钢制模具相比大大减少，取件容易，表面不会留下伤痕。

根据本发明的一个实施例，所述陶瓷中矿物质基底占50～98重量%、粘结剂占1～5重量%、纤维占1～49重量%。由此，模具可以具备耐高温、高抗拉及抗压强度、抗震等好处，而且造价相宜。

根据本发明的一个实施例，所述矿物质基底为黑碳化硅、氧化铝及石墨中至少一种。由此，所制备模具的强度、导热性及耐高温性能得到大大的提高。

根据本发明的一个实施例，以重量计算，所述矿物质基底中黑碳化硅占40～50%。由此，使模具的耐火性能更好，能够成型的产品的种类更加丰富。

根据本发明的一个实施例，所述粘结剂由氧化铝、粉煤灰、二氧化硅、水泥、硼砂以及硼酸中的至少一种制备而成。由此，粘结剂有效地提高了原料之间的粘结强度，防止粉末偏析，使模具的强度的到显着提高。

根据本发明的实施例，以重量计算，所述粘结剂中氧化铝占50%～65%。

根据本发明的实施例，所述纤维为玻璃纤维和钢纤维的至少一种。由此，可以显着提高模具的抗拉强度、抗压强度及还有防震的性能，使模具的适用范围更广。

在本发明的另外一个方面，本发明提出了一种模具。根据本发明的实施例，该模具包括：模套；以及模芯，所述模芯内置于所述模套中，所述模芯设有预定形状的模腔，所述模芯由以上实施例所述的材料制备而成。

根据本发明实施例的模具，具有价格便宜、生产周期短、机械强度高、耐高温性能好、适用范围广等优点，从而有利于超塑成型技术的推广和应用。另外，前面针对用于模具的材料所描述的特征和优点，也当然地适用该模具，不再赘述。

在本发明的又一个方面，本发明提出了一种制备模具的方法。根据本发明的实施例，所述模具为以上实施例所述的模具，所述制备模具的方法包括：混合原料；倒模，将混合原料倒进钢模中；硬化，倒模后用压机以10～20吨压力压实，保压3～10分钟后脱模，生成毛坯。让毛坯在空气中固定1～3小时。然后在真空烧结炉内以2150～2250摄氏度进行1～2小时无压烧结，令之硬化；加工，运用计算机辅助工程程序进行设计，建立三维数模，根据三维数模对模具进行加工；抛光，使用抛光工具及机器进行表面抛光处理，得到模芯；安装，将模芯安装在模套中，制得模具。

根据本发明实施例的制备模具的方法，具有制备周期短、生产成本低等优点，另外，所制备的模具的机械强度高、耐高温性能好、适用范围广等优点，从而有利于超塑成型技术的推广和应用。另外，前面针对用于模具的材料和模具所描述的特征和优点，也当然地适用该方法，不再赘述。

根据本发明的实施例的用于模具的材料可以实现下列优点至少之一：

1、根据本发明的实施例的用于模具的材料，材料的价格比绝大部分热作钢材便宜，利用本发明的用于模具的材料来制备模具，生产周期更短，操作工艺更简单，从而更加适用于大批量和规模化的工业生产；

2、根据本发明的实施例的用于模具的材料，更加容易实现差异化模具生产，可以根据不同的需求，例如不同的资金、模具生产周期、成形条件、工件的表面精度和尺寸以及模具性能等要求，选择相对应的、合适的模具制备材料，有利于超塑成型技术的发展和应用，从而使本发明的用于模具的材料具有更大的推广价值；

3、根据本发明的实施例的用于模具的材料，由于材料比钢材软，加工成本和难度均较低,，甚至可以大幅度的用人手作后期加工，如直接雕刻，对艺术品或工艺品类的超塑成形模具制作非常有利，但另一方面，本发明的模具强度在正确的烧结及硬化处理后绝对足够应付在超塑成形上的使用；

4、根据本发明的实施例的用于模具的材料，在利用根据本发明的实施例的用于模具的材料所制备的模具进行成型时，由于使用陶瓷材料，不与金属产生粘结，粘模情况比钢制模具大大减少，取件容易，表面不会留下伤痕，更加耐用耐磨；

5、根据本发明的实施例的用于模具的材料，根据本发明的实施例的用于模具的材料所制备的模具可以抵受1000摄氏度高温，而且工作温度上升也不会导致模具生产成本增加，因此可以应用在例如锌合金、铝合金、镁合金、钛合金等超塑温度在250～900摄氏度之间的多种材料的超塑成形，而现有技术中，超塑成形所用的钢制模具选材会因工作温度提升而变得越加昂贵；

6、根据本发明的实施例的用于模具的材料，利用本发明的实施例的用于模具的材料所制备的模具生成的模具可以承受约5MPa的成形气压，能够满足绝大部分超塑气胀成型的应用要求。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的利用本发明的用于模具的材料制备的一种模具的下模的结构示意图；

图2是根据本发明另外一个实施例的利用本发明的用于模具的材料制备的另外一种模具的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的组件或具有相同或类似功能的组件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“厚度”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个组件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提出了一种用于模具的材料、模具及制备模具方法。在现有技术中，模具的制备材料一般是钢材料，而本发明采用的材料包括陶瓷、石膏以及水泥，例如实施例3和实施例4所示的是两种不同的制备模具材料，其中，陶瓷可以选用矿物质基底、粘结剂及纤维的一种或一种以上组成，矿物质基底可选择材料包括黑碳化硅、氧化铝及石墨，粘结剂可选择材料包括氧化铝、粉煤灰、二氧化硅、水泥、硼砂以及硼酸，纤维可选择材料包括碳纤维、玻璃纤维以及钢纤维。在本发明中，采用上述材料时，制备模具的的技术手段不受特别限制，例如相关技术人员可以通过不同的配方，选择不同种类和不同含量的材料来制备模具，以期制备具有不同性能的模具。另外，本发明的制备模具的方法以及所制备模具的结构也不受特别限制，例如图1和图2的所示的是两种不同的模具结构，而实施例3和实施例4所示的是两种不同的制备模具方法。当然，本发明的用于模具的材料不仅可以用来制备模具或模芯，以及应用于超塑成型或气胀超塑成型技术领域，相关技术人员也可以将其扩展应用于其它技术领域，例如一般的模具技术领域等，在此不再赘述，这些均落在本发明的技术保护范围以内。

为了进一步详细阐述本发明的技术方案，下面通过具体的实施例对本发明进行说明，需要说明的是这些实施例仅仅是为了说明目的，而不能以任何方式解释成对本发明的限制。另外，在下列实施例中如果没有特别说明，则所采用的设备和材料均为市售可得的。

实施例1

图1所示的是利用本发明的用于模具的材料制备的一种模具的下模的结构示意图，在图中，模芯2内置安装在模套1中，模芯2上设有预定形状的模腔3，模腔3用于容纳原料并将原料成型。

实施例2

图2所示的是利用本发明的用于模具的材料制备的另外一种模具的结构示意图，在图中，模具的结构为八瓣，1为压板，2为加热器，3为模芯，4为模端旋盖，5为模端压盖，6为原料，7为进气口，8为外套，9为加热套，10为底座，其中，八瓣模被外套8管死，形成模腔，该模具可以采用气胀超塑成型技术。工作时，加热器2加热模芯3后放进原料6即可开始进行成型，成形完成后将外套8松开，将八瓣模分开，即可将成型好的工件取出。

实施例1和实施例2所示模具的模芯的制备材料可以是陶瓷、石膏以及水泥中的至少一种，另外，在成型时还可以采用一切现有的可用技术手段，比如成形时可以使用水剂氮化硼作润滑剂。

实施例3

先将所有材料过筛隔出颗粒，再按照下列配方配出矿物质基底及粘结剂：

以1:1的比例（比例按重量计算，下同）混合黑碳化硅及其他成份（包括44.9重量%的氧化铝和0.1重量%的石墨）生成矿物质基底；以60:15:10:5:6:1:3的比例混合氧化铝、水、粉煤灰、二氧化硅、水硬性水泥、硼酸和硼砂生成粘结剂（必须先加水，每种成份再逐一添加，并不断小心搅拌）；再以56:4:40的比例混合矿物质基底、粘结剂和钢纤维，混合完成后倒进钢模，倒模时要防止气泡产生。倒模后用压机以10吨压力压实，保压5分钟后脱模，生成毛坯。让毛坯在空气中固定2小时。然后在真空烧结炉内以2200摄氏度度进行1小时无压烧结，令之硬化。配合预先设计好的三维数模，对模具进行加工。加工完成后进行表面抛光处理。最后安装到尺寸合适的钢模套中，即可得到模具。

实施例4

先将石膏粉和玻璃纤维以19:1的重量比例混合，再混合水加以搅拌，生成半流体状的石膏，再小心缓慢地进行倒模。等候风干及固定，利用熟手雕刻工将模具上的花纹雕刻出来，并以机加工将模具外围加工至与模套完全配合，加工完成后进行表面抛光处理，最后安装到尺寸合适的钢模套中，即可得到模具。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (5)

1.一种用于模具的材料，其特征在于，所述材料为陶瓷；

所述陶瓷中矿物质基底占50～98重量％、粘结剂占1～5重量％、纤维占1～49重量％；

所述粘结剂是以60:15:10:5:6:1:3的重量比例混合氧化铝、水、粉煤灰、二氧化硅、水硬性水泥、硼酸和硼砂生成；

所述矿物质基底为黑碳化硅、氧化铝及石墨中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，以重量计算，所述矿物质基底中黑碳化硅占40～50％。

3.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述纤维为碳纤维、玻璃纤维以及钢纤维中的至少一种。

4.一种模具，其特征在于，所述模具包括：

模套；以及

模芯，所述模芯内置于所述模套中，所述模芯设有预定形状的模腔，所述模芯由权利要求1～3中任一项所述的材料制备而成。

5.一种制备模具的方法，其特征在于，所述模具为权利要求4所述的模具，所述制备模具的方法包括：

混合原料；

倒模，将混合原料倒进钢模中；

硬化，倒模后用压机以10～20吨压力压实，保压3～10分钟后脱模，生成毛坯，让毛坯在空气中固定1～3小时，然后在真空烧结炉内以2150～2250摄氏度进行1～2小时无压烧结，令之硬化；

加工，运用计算机辅助工程程序进行设计，建立三维数模，根据三维数模对模具进行加工；

抛光，使用抛光工具及机器进行表面抛光处理，得到模芯；以及

安装，将模芯安装在钢模套中，制得模具。