CN104760169A - 一种基于激光制造技术的随形冷却装置制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于激光制造技术的随形冷却装置制造方法，首先，在模具上靠近型腔或/和型芯表面的位置采用机械加工的方法加工出预定形状的连续的冷却流道，使冷却流道与型腔或/和型芯表面近乎平行并以带状围绕型腔或/和型芯表面；然后，用条状或板状金属盖板将加工的冷却流道覆盖，并使用激光焊接技术将金属盖板固定在冷却流道上使冷却流道形成一个密闭的通道；最后，采用激光增材制造技术在金属盖板上逐层熔覆金属，形成最终所需的模具。该制造方法实现了随形冷却装置的制造，且不受宏观零件外形的限制。此外，该制造方法还具有更加简易的制备性和更高效的生产效率，同时，制得的模具具有较长的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种冷却装置的制造方法，尤其是一种基于激光制造技术的具有随形冷却功能冷却装置的制造方法。
背景技术
模具是现代工业制造中的重要装备之一，模具制造是国民经济中重要的基础工业。在正常生产中，注入模内的塑料熔体温度为200～300℃，而注塑制品出模时的温度为60～80℃，为了方便调节模具温度，通常采用的办法是在模内开设冷却水道，通过调节输入冷却水道中冷却液的温度来实现对模具温度的调节。该冷却系统对注塑成形效率有举足轻重的影响。
传统冷却技术中的冷却水道受加工手段的限制，通常是直线形的圆孔，利用钻床打孔完成其加工。这种技术具有结构设计简单，加工过程容易实现等优点。但是冷却水道距型腔表面的距离不一致，对型腔表面温度的控制力较弱，冷却均匀度及冷却效率较低。这造成了冷却的不均匀性，导致注塑件容易出现翘曲变形、开裂等缺陷。随着注塑成形工艺不断向精密化方向发展，传统冷却技术已经越来越不能满足实际的需要。
随形冷却技术是随着快速成形技术发展起来的新型模具冷却技术。它是指在模具中冷却水道的空间结构随模具型腔形状的变化而变化，冷却水道始终与模腔表面保持一定的距离。随形冷却注塑模的冷却水道是随形的，按一定的距离附着并均匀覆盖整个模腔表面，因而难以用传统的方法进行加工。目前，已有学者采用激光3D打印和选择性激光烧结等快速成形技术间接烧结或粘合金属粉末进行随形冷却装置加工。如张春雨等(专利申请号：201310400587.0和专利申请号：201310396170.1)采用3D打印技术，使用金属粉末一次性成型制备了具有环形水路的冷却装置；杨永强等(专利申请号：201310132690.1)采用金属3D打印的新型异种材料复合铸造方法，即：先采用金属3D打印复杂薄壁锥形螺旋通道，再将薄壁锥形螺旋通道与砂模结合，最后通过铸造方法向砂模内部空腔填充浇铸材料，制备了异种材料复合随形冷却装置；魏青松等(专利申请号：201310559377.6)采用激光3D打印技术直接制造了带层状迷宫流道随形冷却结构的模具。
采用激光3D打印方法加工出的随形冷却模具虽具有较低的成本和较短的加工周期，但使用寿命较短(只能生产3000～5000件)，其他的加工方法如快速软模及电铸成形也有类似的问题。这一状况大大地限制了随形冷却技术的推广使用，目前该技术只能应用于生产中小批量注塑件的模具中。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何用更简易的制造方法和更高效的方式生产使用寿命更长的随形冷却模具。
为实现上述目的，本发明提供了一种采用机械加工预留冷却流道、通过激光焊接和增材制造技术制造的、具有更加简易制备性和更加合理冷却结构的随形冷却装置的制造方法。
在本发明的较佳实施方式中，一种基于激光制造技术的随形冷却装置制造方法，首先，在模具上靠近型腔或/和型芯表面的位置采用机械加工的方法加工出预定形状的连续的冷却流道，使冷却流道与型腔或/和型芯表面近乎平行并以带状围绕型腔或/和型芯表面；然后，用条状或板状金属盖板将加工的冷却流道覆盖，并使用激光焊接技术将金属盖板固定在冷却流道上，使冷却流道成为一个密闭的通道；最后，采用激光增材制造技术在金属盖板上逐层熔覆金属，形成最终所需的模具。
进一步，机械加工的方法加工出的冷却流道沿型腔或/和型芯表面的延伸方向延伸。
进一步，机械加工的方法加工出的冷却流道距型腔或/和型芯表面的距离一致。
进一步，机械加工的方法加工出的冷却流道的两端分别设有进水口和出水口。
进一步，所述金属盖板沿冷却流道的延伸方向延伸。
进一步，所述金属盖板为平面盖板或曲面盖板。
进一步，所述金属盖板和模具材质相同。
进一步，所述金属盖板的厚度范围为0.1mm-50mm。
进一步，采用激光增材制造技术在金属盖板上所熔覆的金属和金属盖板材料相同。
技术效果：该制造方法实现了随形冷却装置的制造，且不受宏观零件外形的限制。此外，该制造方法还具有更加简易的制备性和更高效的生产效率，同时，制得的模具具有较长的使用寿命，弥补了激光3D打印方法的不足，可以广泛应用于生产大批量注塑件的模具中。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明实施例中注塑或压铸模具示意图；
图2是本发明实施例中注塑或压铸模具型腔俯视图；
图3是图2中B-B面剖视图；
图4是图2中C-C面剖视图；
图5是本发明实施例中另一种注塑或压铸模具型腔俯视图；
图6是图5中A-A面剖视图。
具体实施方式
以下结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述。以下实施例不构成对本发明的限定。
如图1所示，本发明实施例中注塑或压铸模具示意图，使用的是具有随形冷却装置的模具，上半部分为型腔，下半部分为型芯，中间部分为注塑或压铸零件。在实际工程应用中，注塑或压铸模具的结构可以不同。
如图2、图3、图4所示，注塑或压铸模具型腔为中间凹陷的长方体结构，其内壁形成有一用于放置待冷却零件的冷却腔体，在实际工程应用中，所述内壁的形状可随待冷却零件的形状进行设计改变。在型腔的内壁与外壁间(通常为靠近内壁侧)具有一冷却流道。该冷却流道两端分别设有一进水口和出水口。
首先，在模具内部靠近型腔表面的位置采用机械加工的方法加工出预定形状的连续的冷却流道1，并将该冷却流道1打磨光滑，使冷却流道1与型腔表面或内壁近乎平行，并围绕型腔表面或内壁以往复式带状围绕，冷却流道1沿型腔表面的延伸方向延伸并且距型腔表面的距离一致。带状也可以称之为带形、条形或蛇形。实际加工过程中，冷却流道1要做到与型腔表面或内壁完全平行，距离完全一致不太可能，应当根据实际情况灵活设计、调整冷却流道1的形状和位置，尽量使模具的冷却均匀度和冷却效率更高。
然后，用同时具有平面和曲面的条状或板状金属盖板2将预加工的冷却流道1覆盖，并采用激光焊接技术将金属盖板2固定在冷却流道1上将冷却流道1密封，使冷却流道1成为一个密封的通道。所述金属盖板2沿冷却流道1的延伸方向延伸，使金属盖板2可以完全覆盖冷却流道1，且所述金属盖板和模具材质相同，从而方便两者结合，所述金属盖板的厚度范围可以为0.1mm-50mm。
最后，采用激光增材制造技术在金属盖板2上逐层熔覆金属3，形成最终所需的模具外形，同样为了方便结合，所熔覆的金属3和金属盖板2材料最好相同。
如图5、图6所示，可选的，作为另一种实施方式，该具有随形冷却装置的模具整体结构与上述实施方式相同。区别在于：注塑或压铸模具型芯为中间突出的长方体结构，其内壁形成一用于放置待冷却零件的冷却腔体，在实际工程应用中，所述内壁的形状可随待冷却零件的形状进行设计。在型芯的内壁与外壁间，通常为靠近内壁侧，具有一冷却流道。该冷却流道的两端分别设有进水口和出水口。
首先，在模具体内部靠近型芯表面或内壁的位置采用机械加工的方法制备出预定形状的冷却流道1，使冷却流道1与型腔表面或内壁近乎平行，并围绕型腔表面或内壁以螺旋状带状围绕，并且进水口与出水口之间，具有一定的高度差，从而方便冷却液体的流动。
然后，用同时具有平面和曲面的条状或板状金属盖板2将预加工的冷却流道1覆盖，并采用激光焊接技术将金属盖板2固定在冷却流道1上将冷却流道1密封，使冷却流道1成为一个密封的通道。
最后，采用激光增材制造技术在金属盖板2上逐层熔覆金属3，形成最终所需的模具外形。当然，模具、金属盖板和所熔覆的金属材料彼此不同有时候也是可行的，同样能够达到结合固定的效果，可以根据实际情况进行选择。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (9)
1.一种基于激光制造技术的随形冷却装置制造方法，其特征在于：首先，在模具上靠近型腔或/和型芯表面的位置采用机械加工的方法加工出预定形状的连续的冷却流道，使冷却流道与型腔或/和型芯表面近乎平行并以带状围绕型腔或/和型芯表面；然后，用条状或板状金属盖板将加工的冷却流道覆盖，并使用激光焊接技术将金属盖板固定在冷却流道上，使冷却流道成为一个密闭的通道；最后，采用激光增材制造技术在金属盖板上逐层熔覆金属，形成最终所需的模具。
2.根据权利要求1所述的一种基于激光制造技术的随形冷却装置制造方法，其特征在于：机械加工的方法加工出的冷却流道沿型腔或/和型芯表面的延伸方向延伸。
3.根据权利要求1所述的一种基于激光制造技术的随形冷却装置制造方法，其特征在于：机械加工的方法加工出的冷却流道距型腔或/和型芯表面的距离一致。
4.根据权利要求1所述的一种基于激光制造技术的随形冷却装置制造方法，其特征在于：机械加工的方法加工出的冷却流道的两端分别设有进水口和出水口。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种基于激光制造技术的随形冷却装置制造方法，其特征在于：所述金属盖板沿冷却流道的延伸方向延伸。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的一种基于激光制造技术的随形冷却装置制造方法，其特征在于：所述金属盖板为平面盖板或曲面盖板。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的一种基于激光制造技术的随形冷却装置制造方法，其特征在于：所述金属盖板和模具材质相同。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的一种基于激光制造技术的随形冷却装置制造方法，其特征在于：所述金属盖板的厚度范围为0.1mm-50mm。
9.根据权利要求1-4中任一项所述的一种基于激光制造技术的随形冷却装置制造方法，其特征在于：采用激光增材制造技术在金属盖板上所熔覆的金属和金属盖板材料相同。
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