CN103753145A - 一种制作微小模具的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制作微小模具的方法，制作待加工模具的模型并分层切割得到具有相应截面形状的模型分层；再将小铝块固定在工作平台上；然后利用光纤激光打标机在铝块上按各个模型分层的截面形状依次进行打标烧蚀，每一模型分层打标烧蚀前使激光打标机的物镜的焦点处于铝块待打标烧蚀的平面，加工时始终用气流对准铝块的工作面；最后对模具进行抛光处理。本发明采用铝块作为模具材料，铝块熔点低，硬度适中，在制作模具过程中能更快成型，耗时短；并采用高速打标且打标线条细腻的光纤激光打标机来制作模具，整个流程操作简单，模具成型时间短，精度高，克服传统制作微小模具，尤其是微小不规则模具制作难度大，成本高的缺点。

Description

一种制作微小模具的方法
技术领域
本发明涉及模具制作领域，尤其是一种制作微小模具的方法。
背景技术
随着模具制作工艺的发展，目前一般都采用激光加工机等机器来制作模具，但对于微小模具和非球面不规则模型模具的制作，这些机器虽然也可实现，但难以达到所需的精度，且打标速度较慢、耗时长，操作流程也较繁琐，导致实际应用中难以实现快速高效地制作微小模具，成本耗费高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种操作流程简单且高效准确的制作微小模具的方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种制作微小模具的方法，通过如下步骤实现：
（1）通过光纤激光打标机的打标软件制作待加工模具的模型，并将待加工模具的模型按每层0.02mm的厚度进行分层切割，得到具有相应截面形状的模型分层；
（2）将尺寸小于10cm*10cm*1cm的铝块固定在工作平台上；
（3）根据各模型分层的水平切平面图设置打标参数，在打标软件程序的控制下，利用光纤激光打标机输出的扫描激光束在铝块上对应各模型分层的截面形状依次进行打标烧蚀；每一模型分层打标烧蚀前先调整激光打标机的物镜焦距使其焦点处于铝块待打标烧蚀的平面；烧蚀过程中始终用气流对准铝块的工作面以吹散烧蚀时铝块上产生的粉末；
（4）最后对激光打标加工好的模具进行抛光处理。
所述铝板为一立方体状基块。
上述步骤（3）中的气流由电吹风产生。
模具制作完毕后用细砂纸对所得模具进行反复擦拭直至模具表面光滑，再抛光。
采用上述方案后，本发明制作微小模具的方法，采用铝块作为模具材料，铝块熔点低，硬度适中，在制作模具过程中能更快成型，耗时短；并采用高速打标且打标线条细腻的光纤激光打标机来制作模具，制作时，只需通过打标软件将待加工模具的模型进行分层切割，得到相应截面形状的模型分层，再根据各模型分层的水平切平面图设置打标参数，即可快速精确地制作出所需模型的模具。整个流程操作简单，模具成型时间短，精度高，克服传统制作微小模具，尤其是微小不规则模具制作难度大，成本高的缺点。
附图说明
图1为本发明的工艺流程示意图；
图2为实施例中的LED投射器模具的轴向剖示图；
图3为实施例中的LED投射器模具的立体图；
图4为实施例中的LED投射器模具的另一角度的立体图。
具体实施方式
本发明中，所用的光纤激光打标机采用进口激光器，配备高速振镜扫描系统（打标速度≥8000mm/s）与专业激光打标软件，其打标速度远远快于其他激光打标机的速度。所述光纤激光器采用的是模块化设计，集成风冷装置，所以光纤激光打标机相对于其他的激光打标机来说体积更小，且所述光纤激光器相对于其他几种激光器来说光电转化效率更高，光束质量更好，聚焦能量集中，单脉冲能量高，所以光纤激光打标机打出来的线条也更加的精细。所述光纤激光打标机适合在各类金属与非金属材料上打标，应用场合广。
激光打标机制作模具的过程是激光对所选取的材料作用产生热量，使制作模具的材料温度升高，随着所述材料温度的升高，材料开始气化并挥发。当光纤激光打标机的焦点在所选材料的打标平面上时，导入所要制作模型的具有相应截面形状的所有水平切平面图，再通过设置打标软件的打标参数，即可实现模具的制作。
铝块的熔点在580℃～650℃，钢度71.7Gpa，与熔点在1500℃左右，钢度为207Gpa的钢块和熔点在1080℃左右，钢度为119Gpa的铜相比，铝块熔点低，硬度适中，在制作模具过程中能更快成型，耗时短；所需提供的功率低，所述铝块的价格低，因此更适合用于光纤激光打标机中进行模具制作。
本发明一种制作微小模具的方法，如图1所示，通过如下步骤实现：
（1）通过光纤激光打标机的打标软件制作待加工模具的模型，并将待加工模具的模型按每层0.02mm的厚度进行分层切割，得到具有相应截面形状的模型分层；
（2）将尺寸小于10cm*10cm*1cm的立方体状铝块固定在工作平台上；
（3）根据各模型分层的水平切平面图设置打标参数，在打标软件程序的控制下，利用光纤激光打标机输出的扫描激光束在铝块上对应各模型分层的截面形状依次进行打标烧蚀；每一模型分层打标烧蚀前先调整激光打标机的物镜焦距使其焦点处于铝块待打标烧蚀的平面，使其能量最高；激光打标机物镜焦距可通过调节激光打标机手轮实现，所述激光打标机手轮逆时针旋转90°，物镜焦距就降低1mm。烧蚀过程中始终用电风吹的气流对准铝块的工作面以吹散烧蚀时铝块上产生的粉末；并用细砂纸擦拭，除去覆盖在铝块表层的残余粉末，确保模具的清洁和精准性。
首次打标前调焦过程步骤如下：将激光打标机功率降低到30%，在打标软件中绘制半径为10mm的空心圆，让激光连续出光，打标速度设置为500，打标次数设置为1000次，点击打标。戴上光学防护眼镜，通过调节激光打标机光学镜片的垂直高度，找寻亮点，当出现整圈实心圆亮点轮廓时，光学镜片垂直高度即为就是打标机与铝块最高平面的初始间距，该圈亮点即为打标机在该铝块上的初始焦点。再将功率提高到90%，打标速度设为1000，打标次数设为1000，点击打标。微调激光打标机光学镜片的垂直高度，使其打标亮度达最强，声音最响的位置即为光纤激光打标机在所述铝块打标平面的焦点。后续调焦则通过调节激光打标机手轮实现，所述激光打标机手轮逆时针旋转90°，物镜焦距相应降低1mm。而每组的打标厚度为0.02mm，只需逆时针旋转激光打标机手轮18°。
（4）模具制作完毕后用细砂纸对所得模具进行反复擦拭直至模具表面光滑，再进行抛光处理。
本发明利用高速打标且打标线条细腻的光纤激光打标机来制作微小模具，只需通过打标软件将待加工模具的模型进行分层切割，得到相应截面形状的模型分层，再根据各模型分层的水平切平面图设置打标参数，即可快速精确地制作出所需模型的模具。制作过程利用电吹风提供气流及时吹散烧蚀铝块上覆于表面的粉末，并用细砂纸擦拭，使所述打标材料时刻保持洁净平滑面，更确保了所制作模具的精确度。采用铝制模具熔点低，硬度适中，在制作模具过程中能更快成型，耗时短；所需提供的功率低，且铝块的价格低。整个操作流程简单，模具成型时间短，精度高，克服了传统制作微小模具，尤其是微小不规则模具的制作难度大，成本高的缺点。
实施例：
本实施例以制作LED投射器模具的为例。
如图2-4所示，LED投射器模具包括自由曲面投射器1和柱面透镜列阵2。
自由曲面投射器1为碗状的掠射式结构，具有自由曲面全反射旋转面11和自由曲面折射旋转面12，自由曲面全反射旋转面11包覆着自由曲面折射旋转面12，所述自由曲面全反射旋转面11的出射端和出射面即所述自由曲面投射器1的出射端和出射面，所述柱面透镜列阵位2于所述自由曲面投射器1的出射端，贴着所述自由曲面投射器1的出射面14平行紧密排列。
以自由曲面全反射旋转面11的出射端为上、入射端为下；自由曲面投射器1的下端面对应于自由曲面折射旋转面12设有圆柱状凹孔13，LED安装于凹孔13中。
自由曲面折射旋转面12的底部至所述自由曲面投射器1上端面（出射面）14之间的距离为6mm。
自由曲面投射器1的下端至自由曲面折射旋转面12以下的部分的横截面为两个同心圆的差集，此两个同心圆的其中一个为所述凹孔13横截所得，半径为3mm，另一个圆为自由曲面全反射旋转面11横截所得，半径介于4mm-5.069mm。
自由曲面投射器1对应于自由曲面折射旋转面12的部分的横截面具有三个同心圆，最里面的圆为自由曲面折射旋转面12横截所得，半径介于0.13mm-2.72mm，中间的圆为所述凹孔13横截所得，半径为3mm，最外面的圆为自由曲面全反射旋转面11横截所得，半径介于5.069mm-6.688mm。
自由曲面投射器1对应于自由曲面折射旋转面12以上的部分的横截面为圆面，圆面的半径介于6.688mm-9.429mm。
柱面透镜列阵2由多个相同的半圆柱体状的单体21构成，各单体21的平切面紧密排列于自由曲面投射器的出射面，各单体21的圆柱面形成凸部。柱面透镜阵列1的厚度不超过3mm。
实施例的具体的步骤如下；
（1）通过光纤激光打标机的打标软件制作LED投射器模具的模型，将LED投射器模具的模型分为自由曲面投射器1和柱面透镜列阵2两个制作过程，分别将自由曲面投射器1和柱面透镜列阵2按每层0.02mm的厚度进行分层切割，得到具有相应截面形状的模型分层。其中，自由曲面投射器1打标过程分为三个阶段，此三个阶段分别对应于自由曲面投射器1的下端至自由曲面折射旋转面12以下的部分，自由曲面投射器1对应于自由曲面折射旋转面12的部分，以及自由曲面投射器1对应于自由曲面折射旋转面12以上的部分。
（2）将尺寸小于10cm*10cm*1cm的立方体状铝块固定在工作平台上；
（3）根据各模型分层的水平切平面图设置打标参数，在打标软件程序的控制下，利用光纤激光打标机输出的扫描激光束在铝块上对应各模型分层的截面形状依次进行打标烧蚀；每一模型分层打标烧蚀前先调整激光打标机的物镜焦距使其焦点处于铝块待打标烧蚀的平面，使其能量最高；激光打标机物镜焦距可通过调节激光打标机手轮实现，所述激光打标机手轮逆时针旋转90°，物镜焦距就降低1mm。烧蚀过程中始终用电风吹的气流对准铝块的工作面以吹散烧蚀时铝块上产生的粉末；并用细砂纸擦拭，除去覆盖在铝块表层的残余粉末，确保模具的清洁和精准性。
首次打标前调焦过程步骤如下：将激光打标机功率降低到30%，在打标软件中绘制半径为10mm的空心圆，让激光连续出光，打标速度设置为500，打标次数设置为1000次，点击打标。戴上光学防护眼镜，通过调节激光打标机光学镜片的垂直高度，找寻亮点，当出现整圈实心圆亮点轮廓时，光学镜片垂直高度即为就是打标机与铝块最高平面的初始间距，该圈亮点即为打标机在该铝块上的初始焦点。再将功率提高到90%，打标速度设为1000，打标次数设为1000，点击打标。微调激光打标机光学镜片的垂直高度，使其打标亮度达最强，声音最响的位置即为光纤激光打标机在所述铝块打标平面的焦点。后续调焦则通过调节激光打标机手轮实现，所述激光打标机手轮逆时针旋转90°，物镜焦距相应降低1mm。而每组的打标厚度为0.02mm，只需逆时针旋转激光打标机手轮18°。
（4）模具制作完毕后用细砂纸对所得模具进行反复擦拭直至模具表面光滑，再进行抛光处理。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (4)

1.一种制作微小模具的方法，其特征在于：通过如下步骤实现：
（1）通过光纤激光打标机的打标软件制作待加工模具的模型，并将待加工模具的模型按每层0.02mm的厚度进行分层切割，得到具有相应截面形状的模型分层；按各个模型分层的截面形状依次进行打标烧蚀，
（2）将尺寸小于10cm*10cm*1cm的铝块固定在工作平台上；
（3）根据各模型分层的水平切平面图设置打标参数，在打标软件程序的控制下，利用光纤激光打标机输出的扫描激光束在铝块上对应各模型分层的截面形状依次进行打标烧蚀；每一模型分层打标烧蚀前先调整激光打标机的物镜焦距使其焦点处于铝块待打标烧蚀的平面；烧蚀过程中始终用气流对准铝块的工作面以吹散烧蚀时铝块上产生的粉末；
（4）最后对激光打标加工好的模具进行抛光处理。
2.根据权利要求1所述的一种制作微小模具的方法，其特征在于：所述铝板为一立方体状基块。
3.根据权利要求1所述的一种制作微小模具的方法，其特征在于：上述步骤（3）中的气流由电吹风产生。
4.根据权利要求1所述的一种制作微小模具的方法，其特征在于：模具制作完毕后用细砂纸对所得模具进行反复擦拭直至模具表面光滑，再抛光。
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