CN104741884A - 一种内部具有随形水路的模具及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内部具有随形水路的模具及其制作方法，该方法包括模仁制作步骤，该模仁制作步骤包括：先将模仁从水路处拆分为上、下模仁和水路三个部分，先制作水路模型和下模仁辅助成型治具；再用金属粉末压制技术，用下模仁辅助成型治具压制出下模仁模型，再将水路模型放置在下模仁模型上，再继续填充金属粉末并压制，最终在成型槽内形成内部嵌有水路模型的模仁模型，对该模仁模型进行烧结脱脂，去除树脂制作的水路模型并且上、下模仁模型一体成型，则制作出内部具有随形水路的模仁，该随形水路呈与型腔形状一致的轨迹分布于型腔外围，能够对型腔进行均匀的冷却。

Description

一种内部具有随形水路的模具及其制作方法

技术领域

本发明涉及模具及其制作工艺领域，尤其涉及一种内部具有随形水路的模具以及该种模具的制作方法。

背景技术

通常，需要在模具上制作水路用于对模具进行加热或冷却，并保持模具温度的恒定，但由于传统制作工艺的局限，通过钻孔打通形成的水路，其轨迹一般只能为直线或平面，曲面或其它复杂形状则无法加工。随着3C电子产品的日益同质化，越来越多的厂家为了实现产品的差异化，使得产品的形状/制作工艺日益复杂，产品不断向轻薄化、曲面化发展，从而对模具和成型工艺也提出了更高的要求。

现有的水路冷却，面对薄壁、大曲面等产品时，由于冷却水路都处于同一平面上，水路到曲面的距离不尽相同导致冷却不均，存在内应力导致产品翘曲/变形，尤其是薄壁产品，变形和翘曲的缺陷则更加明显，给产品的制作生产带来了较大的困难。针对这些问题，传统的解决方法有两种：

方法1：调整成型工艺、设备，例如使用高速注塑设备，成型时利用高速高压将熔体快速填充；

方法2：利用特殊的方法制作随形水路，如选择性激光烧结技术。

但这两种方法都存在一定的局限性。方法1采用高速注塑设备，需要增加投资和生产成本，且还存在产品内部残余应力大、产品易翘曲变形的问题；而方法2制作成本很高，且技术大多为国外所垄断。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种内部具有随形水路的模具的制作方法，以简单的工艺和低成本在模具的模仁内部制作复杂形状的随形水路，以解决现有技术存在的难以制作复杂形状水路以对产品进行均匀冷却而导致的薄壁、大曲面产品翘曲变形、残余应力大、冷却时间长和短射的问题。

一种内部具有随形水路的模具的制作方法，包括模仁制作步骤，以所述随形水路为界将模仁划分为上模仁和下模仁，并且至少使所述下模仁上具有与所述随形水路匹配的水路轨迹，所述模仁制作步骤包括：

S1、制作下模仁辅助成型治具；制作树脂的随形水路模型；

S2、取第一用量的成型粉末倒入成型槽中并用所述下模仁辅助成型治具按压，以压制出下模仁模型，并且所述下模仁模型上具有所述水路轨迹，其中，所述成型粉末包括金属粉末；

S3、在所述下模仁模型的所述水路轨迹上放置所述随形水路模型；

S4、往所述成型槽中倒入第二用量的所述成型粉末以覆盖所述下模仁模型和所述随形水路模型，并按压所述成型粉末，以压制出上模仁模型，形成内部具有所述随形水路模型的模仁模型；

S5、对步骤S4形成的所述模仁模型进行烧结脱脂，以使所述下模仁模型和所述上模仁模型结合为一体并去除所述随形水路模型，形成内部具有所述随形水路的模仁。

现有技术中制作位于模仁内部的水路时，一般是通过钻孔的方式在模仁内部钻孔并贯通，使其成为连通的水路，此种方法得到的水路轨迹由直线组成，并且对于曲面产品，此种水路无法对曲面产品进行均匀的冷却。而本发明提供的上述技术方案，针对复杂形状的内部随形水路，从模仁制作入手，先制作用于压制下模仁的下模仁辅助成型治具，基于金属粉末压制技术，先填充用于制作下模仁的金属粉末，再用下模仁辅助成型治具按压金属粉末定型为下模仁，再放置事先制作好的随形水路模型，在此基础上再填充用于制作上模仁的金属粉末，再次进行按压，从而，在成型槽内形成内部具有随形水路模型的模仁，只要进行烧结使上、下模型结合成为一个整体，同时烧结脱去树脂制作的随形水路模型，则模仁内部便形成符合要求的随形水路。采用本方案，能够制作各种复杂形状的随形水路，包括形状线条复杂以及水路轨迹为曲面的水路，这样一来，针对形状复杂的产品，尤其是曲面较多又薄壁的产品，根据型腔的形状来设计不同的水路，以保证型腔外围的水路的各个段距离型腔内表面的垂直距离都一致，从而能够达到冷却均匀的有益效果。与现有的选择性激光烧结技术制作随形水路相比，本方案不需要昂贵的激光烧结设备，使用常规的脱脂炉即可，降低了设备要求和制作成本，适用范围更广；与模仁剖分再焊接组合来制作随形水路的方法相比，这些方法得到的随形水路是拼接后焊接形成的，具有焊接痕并且不能保证完全不漏水，而且使用不了多久，焊接处性能便会下降，从而影响模具的使用，而本方案中，在模仁烧结成型前已经通过水路模型预留好了水路，因此烧结的同时模仁一体成型并且脱脂去除了水路模型，形成的随形水路没有缝隙，整个水路是一次性形成的，不存在缝隙，不会发生漏水等问题；同时，本方案不需要进行的大量的CNC加工，脱脂烧结后上下模仁成为一个整体，避免了后续模仁开裂、漏水等风险，性能更加安全可靠。

本发明的另一目的在于提出一种内部具有随形水路的模具，以解决现有的模具冷却水路结构无法灵活适应产品形状，水路无法对产品进行均匀冷却而导致的产品翘曲变形、残余应力大、冷却时间长和短射的问题。

一种内部具有随形水路的模具，包括模仁和型腔，所述模具由前述的方法制作而成，所述随形水路位于所述模仁内部，所述模仁通过前述的模仁制作步骤制作而成；所述随形水路包括主水路和辅水路，所述主水路均匀分布于所述型腔外围，并且到所述型腔的内壁的垂直距离是一致的，用于吸收来自所述型腔的热量；所述辅水路均匀分布于所述主水路的外围，用于将来自所述主水路的热量传递到模具外围的空间。

本方案提供的内部具有随形水路的模具，在用于成型形状构造较为复杂且薄壁的产品时，能够根据型腔的形状变化来设计不同的随形水路，以保证水路各处距离型腔的垂直距离都是相等的，避免了因某些曲面部位距离冷却水路偏近或偏远而导致的冷却速度偏快或偏慢的问题，从而保证了产品各部位冷却速度一致，冷却均匀，形成良好的外观。

附图说明

图1是内部具有随形水路的模仁的剖视图；

图2是上模仁的示意图；

图3是下模仁的示意图；

图4是下模仁辅助成型治具的示意图；

图5是随形水路模型的示意图；

图6是放置了随形水路模型的下模仁模型；

图7是压制成型后的内部具有随形水路模型的模仁模型的爆炸示意图；

图8是一种用于制作大曲面薄壁产品的模具的模仁的截面图。

具体实施方式

下面结合附图和优选的实施方式对本发明作进一步说明。

本发明的具体实施方式提供一种制作内部具有随形水路的模具的方法，该模具具有型腔40和模仁，该方法包括模仁制作步骤，在制作模仁时，根据计算机3D模型，以随形水路10为界(图1和图8中虚线即代表分界，并非模仁内部真实存在的缝隙)将模仁划分为图2所示的上模仁20和图3所示的下模仁30，如图1和图3所示，在下模仁30上具有与随形水路10匹配的水路轨迹31，也可以同时在上模仁20和下模仁30上分别具有与随形水路10的上半部分和下半部分匹配的水路轨迹21、31。划分完成后，根据计算机3D模型，分开制作上模仁模型、下模仁模型和随形水路模型，所述模仁制作步骤包括：

S1、制作下模仁辅助成型治具；制作树脂材质的随形水路模型。在一种具体的实施例中，下模仁辅助成型治具是采用柔性金属通过CNC(数控机床)，根据上模仁的形状和随形水路的形状制作而成，此处的柔性金属例如可以是铝金属、铝合金或锌合金等，如图4所示，所述下模仁辅助成型治具50包括具有第一形状的第一按压部件51和具有第二形状的第二按压部件52，其中第一形状与上模仁20形状一致，第二形状与随形水路模型的形状一致。在一种具体的实施例中，随形水路模型可以采用如下方式制作：将树脂空心管或树脂实心圆棒加热到高于树脂软化点5～25℃，然后按照随形水路的计算机3D模型，采用辅助治具弯折出符合尺寸的所需形状，而后降温定型，从而形成如图5所示的随形水路模型60，其中，树脂可以采用PP、PE、PA和/或亚克力。

S2、取第一用量的成型粉末倒入成型槽中并用所述下模仁辅助成型治具50按压，以压制出下模仁模型，并且所述下模仁模型上具有所述水路轨迹31，其中，所述成型粉末包括金属粉末。利用金属粉末压制技术，在成型槽中填充用于制作下模仁的金属粉末，其用量应当是刚好可以压制成所需尺寸和形状的下模仁，可以根据下模仁30的计算机3D模型读出体积，再用体积乘以金属粉末的密度即可算出所需填充的金属粉末的质量(即所述第一用量)；然后用下模仁辅助成型治具50按压粉末一段时间，压制出下模仁模型(可以参考图3)。在更加优选的方式中，为了压制成型时金属粉末之间的粘性更好更容易成型，可以加入适量的粘结剂粉末(占总粉末用量的质量百分比为0～10％)。粘结剂是成型领域常用的有机粘结剂。此处所用金属粉末例如可以是不锈钢粉末、钛合金粉末和铝合金粉末中的一种或几种的混合粉末。

S3、将事先制作好的随形水路模型60放置在压制好的下模仁模型的水路轨迹31上，形成图6所示的状态。

S4、继续往所述成型槽中倒入第二用量的所述成型粉末以覆盖所述下模仁模型和所述随形水路模型60，并按压所述成型粉末，以压制出上模仁模型，从而，在所述成型槽内形成内部具有所述随形水路模型60的模仁模型，参见图7，图7为该模仁模型的爆炸示意图。

S5、对步骤S4形成的所述模仁模型进行烧结脱脂，以使所述下模仁模型和所述上模仁模型结合为一体，同时去除所述随形水路模型60，形成内部具有所述随形水路的模仁，该模仁是通过烧结而使上、下模仁一体成型，树脂材质的随形水路模型60被烧结脱脂去掉后，模仁内部便形成所需的随形水路。

在更加优选的实施例中，在经过步骤S5烧结脱脂后形成的模仁的基础上，依次进行粗加工、表面增强处理、精加工，以得到尺寸和形状精确的模仁：例如通过打磨、清洗、CNC加工等方式，使模仁尺寸更加接近设计要求；由于在一些实施方式中，步骤S2和S4的成型粉末中加入了有机粘结剂粉末，在步骤S5烧结脱脂后，模仁中的有机粘结剂成分被除去，留下微孔，因此需要对表面进行渗氮和/或渗碳处理，以增强强度和硬度，同时，也给后续的精加工留有余量，精加工可以采用高精度CNC加工，之后再钻水路标准的螺纹孔。

通过前述的方法制作出的模仁，其内部的随形水路可以根据产品来设计，水路的形状可随型腔的形状改变设计，例如当型腔是球形时，则可以制作出均匀分布于球状型腔外围的随形水路，且水路的轨迹呈球形，并且水路与型腔内表面之间的垂直距离几乎处处相等，保证了冷却均匀性。例如当产品为带有边缘弧面的薄壁产品时，例如是小曲面的产品，可以参考图1，其随形水路10根据型腔40的形状均匀地分布在型腔外围，轨迹呈现与型腔一致的曲面，如果是大曲面的产品，可以参考图8，随形水路10包括主水路11和辅水路12，主水路11均匀分布于所述型腔40外围，并且到所述型腔40的内壁的垂直距离是一致的，用于吸收来自所述型腔的热量；所述辅水路12均匀分布于所述主水路11的外围，主要用于将来自所述主水路的热量传递到模具外围的空间，达到冷却的效果，保持模具温度的恒定。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种内部具有随形水路的模具的制作方法，包括模仁制作步骤，其特征在于：以所述随形水路为界将模仁划分为上模仁和下模仁，并且至少使所述下模仁上具有与所述随形水路匹配的水路轨迹，所述模仁制作步骤包括：

S1、制作下模仁辅助成型治具；制作树脂的随形水路模型；

S2、取第一用量的成型粉末倒入成型槽中并用所述下模仁辅助成型治具按压，以压制出下模仁模型，并且所述下模仁模型上具有所述水路轨迹，其中，所述成型粉末包括金属粉末；

S3、在所述下模仁模型的所述水路轨迹上放置所述随形水路模型；

S4、往所述成型槽中倒入第二用量的所述成型粉末以覆盖所述下模仁模型和所述随形水路模型，并按压所述成型粉末，以压制出上模仁模型，形成内部具有所述随形水路模型的模仁模型；

S5、对步骤S4形成的所述模仁模型进行烧结脱脂，以使所述下模仁模型和所述上模仁模型结合为一体并去除所述随形水路模型，形成内部具有所述随形水路的模仁。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述下模仁辅助成型治具包括具有第一形状的第一按压部件和具有第二形状的第二按压部件，其中所述第一形状与所述上模仁形状一致，所述第二形状与所述随形水路模型形状一致。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述下模仁辅助成型治具是采用柔性金属通过CNC加工而成，柔性金属包括铝合金和/或锌合金。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述下模仁辅助成型治具是采用PP、PA、POM、PE和亚克力中的至少一种以及柔性金属通过CNC加工而成，其中，柔性金属包括铝合金和/或锌合金。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S1中制作所述随形水路模型包括：将树脂空心管或树脂实心圆棒加热到高于树脂软化点5～25℃，并按照所述随形水路的形状和尺寸进行弯折，而后降温定型以形成所述随形水路模型；其中，树脂包括PP、PE、PA和/或亚克力。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S2中所述金属粉末包括不锈钢粉末、钛合金粉末和/或铝合金粉末。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述成型粉末还包括质量百分比为0～10％的粘结剂粉末。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于：根据所述下模仁的计算机3D模型体积以及所述成型粉末的密度来计算所述第一用量；根据所述上模仁的计算机3D模型体积以及所述成型粉末的密度来计算所述第二用量。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于：所述模仁制作步骤还包括：

S6、模仁粗加工：对步骤S5形成的模仁进行清洗、打磨和/或CNC加工；

S7、模仁表面增强处理：对步骤S6所得模仁的表面进行渗氮或渗碳处理；

S8、模仁精加工：对步骤S7所得模仁进行CNC和/或电火花加工。

10.一种内部具有随形水路的模具，包括模仁和型腔，其特征在于：所述模具是通过权利要求1至9任一项所述的方法制作而成；所述随形水路位于所述模仁内部；所述随形水路包括主水路和辅水路，所述主水路均匀分布于所述型腔外围，并且到所述型腔的内壁的垂直距离是一致的，用于吸收来自所述型腔的热量；所述辅水路均匀分布于所述主水路的外围，用于将来自所述主水路的热量传递到模具外围的空间。