CN104001914A - 一种带有随形冷却管道的注塑模具制造装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有随形冷却管道的注塑模具制造装置及方法，首先，采用基于分层制造原理的SLM技术加工出模具型腔的一部分实体，然后在模具型腔实体内部恰当的位置加工出安置随形冷却管道的半圆凹槽，在清理出凹槽中的金属粉末后，把随形冷却管道放入凹槽中，最后通过SLM技术将管道上半部分的金属粉末熔化，使随形冷却管道埋入模具型腔实体中，最后根据模具型腔的深度，重复上述方法，可在模具型腔实体中分层埋入若干层的随形冷却管道。本发明能够克服直接采用SLM技术制造模具随形冷却管道的缺陷，能制造出直径小于6mm的冷却管道，同时能保证管道的内壁光滑能有效地提高模具的冷却能力和注塑制品的冷却均匀性。

Description

一种带有随形冷却管道的注塑模具制造装置及方法

技术领域

本发明涉及模具制造技术领域，尤其涉及一种带有随形冷却管道的注塑模具制造装置及方法。

背景技术

二十世纪九十年代，选择性激光熔化（Selective Laser Melting，简称SLM）技术作为一种基于分层制造原理的新型快速成型（Rapid Prototyping，简称RP）技术出现。它以各种金属粉末材料为原料，采用较大功率的激光器选择性地熔化金属粉末后，结合快速冷却凝固技术，可以获得非平衡态、过饱和固溶体及均匀细小的金相组织，其成型零件的相对致密度可达到99%以上，机械性能与锻造零件相当甚至更好。由于采用这种技术可以制造出传统方法难以制造的复杂金属零件等特点，因此，日益受到国内外专家及企业的高度重视，已成为目前最具发展前景的一种快速成型（又称增材制造）技术。选择性激光熔化技术除具备快速成型技术的一般特点外，还具有以下特点：

（1）工艺简单，可直接制造终端金属产品，省掉制件后续处理环节；

（2）成型金属零件具有高的尺寸精度（可达±0.lmm）和好的表面粗糙度（Ra为30~50μm）；

（3）成型金属零件的相对致密度几乎能达到100%，机械性能优良；

（4）材料选择广泛，且利用率高；

（5）可以方便快捷地制造出传统方法难以制造甚至无法制造的复杂金属零件。

虽然，SLM技术具有上述这些优点，但当制造注塑模具的随形冷却管道时，如果管道排布复杂且直径较小，容易造成金属粉末堵塞，致使清粉困难，同时管道内壁较为粗糙，容易影响冷却水的有效流动，从而会降低冷却效果。

为了能较好地解决上述问题，本发明采用选择性激光熔化技术和埋管法相结合的办法，制造带有光滑管道内壁、随形冷却管道呈分层排布的注塑模具。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种带有随形冷却管道的注塑模具制造装置及方法，在采用基于分层制造原理的SLM技术成型出模具的同时，将预先成型的随形冷却管道埋入模具型腔实体中，有效解决现有方案中当管道排布复杂且直径较小时容易造成金属粉末堵塞，致使清粉困难，同时管道内壁较为粗糙，容易影响冷却水的有效流动，从而会降低冷却效果的问题。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一方面，本发明提供一种带有随形冷却管道的注塑模具制造装置，包括选择性激光熔化设备， 所述择性激光熔化设备包括激光扫描系统、送粉机构、成型工作腔4、升降台5、柔性铺粉与刮平装置1，所述升降台5设置于成型工作腔4内且可上下移动，所述柔性铺粉与刮平装置1活动设置于成型工作腔4上方且可沿水平及垂直方向移动，所述送粉机构向成型工作腔4内输送金属粉末2。

进一步地，所述激光扫描系统的激光功率150 W ~200W，扫描间距0.08 mm ~0.1mm，扫描速率500 mm/s ~1000mm/s。

另一方面，本发明提供一种带有随形冷却管道的注塑模具制造方法，包括步骤：

步骤1、通过基于分层制造原理的选择性激光熔化技术控制激光扫描系统的激光束作用于待成型区域内的金属粉末逐层成型出部分的模具型腔实体；

步骤2、通过基于分层制造原理的选择性激光熔化技术在模具型腔实体内部的适度高度位置加工出用于埋入随形冷却管道的半圆凹槽，然后清理出凹槽中的金属粉末，再把依据模具型腔截面轮廓绕成所需形状的随形冷却管道放入半圆凹槽中；

步骤3、所述升降台下降一定距离，所述一定距离与逐层成型的一个层厚相一致，通过送粉机构向成型工作腔内送入金属粉末，调整好垂直高度的柔性铺粉与刮平装置的辊子水平铺展一层厚的金属粉末覆盖于已成型模具实体及随形冷却管道上，通过基于分层制造原理的选择性激光熔化技术控制激光扫描系统的激光束作用于已成型模具实体及随形冷却管道上半部分的金属粉末熔化成型，使随形冷却管道埋入模具型腔实体中，所述柔性铺粉与刮平装置，不仅能实现水平运动，而且能实现垂直运动，保证每层铺设的金属粉末厚度的均匀性；

步骤4、重复步骤3，逐层将已成型模具实体及随形冷却管道上半部分的金属粉末熔化成型，直到随形冷却管道完全埋入模具型腔实体中；

步骤5、根据模具腔体的深度，重复步骤1至4，直到将所有随形冷却管道6逐层埋入模具型腔实体中。

进一步地，一个层厚的金属粉末覆盖厚度为0.05 mm ~0.1mm。

进一步地，所述随形冷却管道为铜管或铍铜合金管，其外形依模具型腔形状而变化，并沿模具高度方向进行分层布置。

本发明的有益效果是：本发明采用选择性激光熔化技术和埋管法相结合的办法，来制造带有光滑管道内壁、随形冷却管道呈分层排布的注塑模具，避免直接采用SLM技术制造带有复杂排布和管径较小的随形冷却管道的注塑模时，容易在管道附近造成金属粉末堵塞，致使清粉困难的问题，使随形冷却管道内表面光滑，致密性好，有效提高冷却介质的有效流动和冷却能力。

附图说明

图1为采用SLM技术分层制造部分模具型腔实体的示意图。

图2为采用SLM技术分层制造出半圆凹槽时的示意图。

图3为放入随形冷却管道示意图。

图4为随形冷却管道已埋入型腔实体中的示意图。

图5为成型的带有随形冷却管道的注塑模具截面示意图。

图6为随形冷却管道分层式排布示意图。

图中：1-柔性铺粉与刮平装置；2-金属粉末；3-模具型腔实体；4-成型工作腔；5-升降台；6-随形冷却管道。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。

实施例一

如图1所示，一种带有随形冷却管道的注塑模具制造装置，包括选择性激光熔化设备，所述择性激光熔化设备包括激光扫描系统、送粉机构、成型工作腔4、升降台5、柔性铺粉与刮平装置1，所述升降台5设置于成型工作腔4内且可上下移动，所述柔性铺粉与刮平装置1活动设置于成型工作腔4上方且可沿水平及垂直方向移动，所述柔性铺粉与刮平装置1在水平铺粉与刮平过程中，与随形冷却管道6的凸出部位相接触时，能自行上抬一定距离，越过随形冷却管道6的凸出部位后，能自行下降至原有高度，保证铺粉与刮平过程的顺利进行；所述送粉机构向成型工作腔4内输送一定量的金属粉末2，满足制造过程中对金属粉末的需求。

所述激光扫描系统的激光功率150 W ~200W，扫描间距0.08 mm ~0.1mm，扫描速率500 mm/s ~1000mm/s。

实施例二

一种带有随形冷却管道的注塑模具制造方法，包括步骤：

步骤1、通过基于分层制造原理的选择性激光熔化技术控制激光扫描系统的激光束作用于待成型区域内的金属粉末逐层成型出部分的模具型腔实体3(见图1)，根据模具型腔实体的物理性能要求，选取合适的金属粉末作为模具制造原材料，如奥氏体不锈钢、镍基合金、钴-铬合金等；

步骤2、通过基于分层制造原理的选择性激光熔化技术在模具型腔实体3内部的适度高度位置加工出用于埋入随形冷却管道6的半圆凹槽，然后清理出凹槽中的金属粉末，再把依据模具型腔截面轮廓绕成所需形状的随形冷却管道6放入半圆凹槽中(见图2)；

步骤3、所述升降台5下降一定距离，所述一定距离与逐层成型的一个层厚相一致，通过送粉机构向成型工作腔4内送入金属粉末，调整好垂直高度的柔性铺粉与刮平装置1的辊子水平铺展一层厚的金属粉末覆盖于已成型模具实体及随形冷却管道6上，通过基于分层制造原理的选择性激光熔化技术控制激光扫描系统的激光束作用于已成型模具实体及随形冷却管道6上半部分的金属粉末熔化成型，使随形冷却管道6埋入模具型腔实体中，所述柔性铺粉与刮平装置，不仅能实现水平运动，而且能实现垂直运动，保证每层铺设的金属粉末厚度的均匀性(见图3)；

步骤4、重复步骤3，逐层将已成型模具实体及随形冷却管道6上半部分的金属粉末熔化成型，直到随形冷却管道6完全埋入模具型腔实体中(见图4)；

步骤5、根据模具腔体的深度，重复步骤1至4，直到将所有随形冷却管道6逐层埋入模具型腔实体中(见图5、图6)；

进一步地，所述激光扫描系统的激光功率150 W ~200W，扫描间距0.08 mm ~0.1mm，扫描速率500 mm/s ~1000mm/s。

进一步地，一个层厚的金属粉末覆盖厚度为0.05 mm ~0.1mm。

进一步地，所述随形冷却管道6为铜管或铍铜合金管，本实施例采用铜管，其外形依模具型腔形状而变化，并沿模具高度方向进行分层布置。

所述步骤4中，当随形冷却管道6放入半圆凹槽中后，柔性铺粉与刮平装置1需做垂直运动的铺粉层数N与管道半径R和每层的铺粉厚度t有关，其关系如下：N=R/t，其中：N为铺粉层数；R为管道半径；t为每层的铺粉厚度。

图5为最终所成型的带有随形冷却管道的注塑模具截面示意图，图6为随形冷却管道6的分层式排布示意图，可以看出，每层随形冷却管道6的弯曲形状与该层型腔截面的外轮廓相似。层与层之间的冷却管道可通过模具外的软管连接，使冷却介质在上述随形冷却管道中顺畅流动，从而将塑胶制品上的热量快速均匀地带走，保证塑胶制品的冷却均匀性。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种带有随形冷却管道的注塑模具制造装置，包括选择性激光熔化设备，其特征在于：

所述择性激光熔化设备包括激光扫描系统、送粉机构、成型工作腔(4)、升降台(5)、柔性铺粉与刮平装置(1)，所述升降台(5)设置于成型工作腔(4)内且可上下移动，所述柔性铺粉与刮平装置(1)活动设置于成型工作腔(4)上方且可沿水平及垂直方向移动，所述送粉机构向成型工作腔(4)内输送金属粉末(2)。

2.根据权利要求1所述的带有随形冷却管道的注塑模具制造装置，其特征在于：所述激光扫描系统的激光功率150 W ~200W，扫描间距0.08 mm ~0.1mm，扫描速率500 mm/s ~1000mm/s。

3.一种采用如权利要求1或2所述的装置制造带有随形冷却管道的注塑模具的方法，其特征在于，包括步骤：

步骤1、通过基于分层制造原理的选择性激光熔化技术控制激光扫描系统的激光束作用于待成型区域内的金属粉末(2)逐层成型出部分的模具型腔实体(3)；

步骤2、通过基于分层制造原理的选择性激光熔化技术在模具型腔实体(3)内部的适度高度位置加工出用于埋入随形冷却管道(6)的半圆凹槽，然后清理出凹槽中的金属粉末(2)，再把依据模具型腔截面轮廓绕成所需形状的随形冷却管道(6)放入半圆凹槽中；

步骤3、所述升降台(5)下降一定距离，所述一定距离与逐层成型的一个层厚相一致，通过送粉机构向成型工作腔(4)内送入金属粉末，调整好垂直高度的柔性铺粉与刮平装置(1)的辊子水平铺展一层厚的金属粉末覆盖于已成型模具实体及随形冷却管道(6)上，通过基于分层制造原理的选择性激光熔化技术控制激光扫描系统的激光束作用于已成型的模具型腔实体(3)及随形冷却管道(6)上半部分的金属粉末熔化成型，使随形冷却管道(6)埋入模具型腔实体中；

步骤4、重复步骤3，逐层将已成型模具实体及随形冷却管道(6)上半部分的金属粉末(2)熔化成型，直到随形冷却管道(6)完全埋入模具型腔实体(3)中；

步骤5、根据模具腔体的深度，重复步骤1至4，直到将所有随形冷却管道(6)逐层埋入模具型腔实体(3)中。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：一个层厚的金属粉末(2)覆盖厚度为0.05 mm ~0.1mm。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述随形冷却管道(6)为铜管或铍铜合金管。