CN104802339B - 一种快速精密模具制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速精密模具制备方法，第一步建立三维模型并分割成零件模块；第二步激光烧结制取零件模块；第三步，将件模块进行超声波焊接。本发明采用激光烧结制作模具使用模具材料广泛且无浪费、成本低，只要进行3d建模后就可以快速制造出结构复杂的原型；而本申请采用分割设计，将整个模具进行拆分，激光烧结后再超声波焊接，可以满足大型模具的制备需求。超声波塑料焊接优点：焊接速度快，焊接强度高、密封性好；采用聚苯乙烯，其是一种无色透明的热塑性塑料，具有高于100℃的玻璃转化温度，烧结稳定且快速，同时收缩率波动小，一般在0.2％～0.6％；其中超声波焊接无污染且不会损伤工件；焊接过程稳定。

Description

一种快速精密模具制备方法

技术领域

本发明涉及注塑模具领域，具体涉及一种快速精密模具制备方法。

背景技术

模具，工业生产上用以注塑、吹塑、挤出、压铸或锻压成型、冶炼、冲压等方法得到所需产品的各种模子和工具。简而言之，模具是用来成型物品的工具，这种工具由各种零件构成，不同的模具由不同的零件构成。它主要通过所成型材料物理状态的改变来实现物品外形的加工。素有“工业之母”的称号。

在外力作用下使坯料成为有特定形状和尺寸的制件的工具。广泛用于冲裁、模锻、冷镦、挤压、粉末冶金件压制、压力铸造，以及工程塑料、橡胶、陶瓷等制品的压塑或注塑的成形加工中。模具具有特定的轮廓或内腔形状，应用具有刃口的轮廓形状可以使坯料按轮廓线形状发生分离(冲裁)。应用内腔形状可使坯料获得相应的立体形状。模具一般包括动模和定模(或凸模和凹模)两个部分，二者可分可合。分开时取出制件，合拢时使坯料注入模具型腔成形。模具是精密工具，形状复杂，承受坯料的胀力，对结构强度、刚度、表面硬度、表面粗糙度和加工精度都有较高要求，模具生产的发展水平是机械制造水平的重要标志之一。

激光烧结以激光为热源对粉末压坯进行烧结的技术。对常规烧结炉不易完成的烧结材料，此技术有独特的优点。由于激光光束集中和穿透能力小，适于对小面积、薄片制品的烧结。易于将不同于基体成分的粉末或薄片压坯烧结在一起。但是激光烧结由于工作平台的限制无法一次制备较大体积的模具设备。同时由于聚苯乙烯在加工过程中表层和底层接收激光烧结时受热不均匀，收缩率较大，导致表面会出现翘曲。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种通过激光烧结技术配合超声波焊接技术相结合的快速精密模具制备方法；同时，本发明还能解决如何减小收缩率，如何降低翘曲程度的现有技术难题。

为实现该技术目的，本发明的方案是：一种快速精密模具制备方法，

第一步，将模具通过三维建模软件进行建模优化设计，通过建模获取建立目标模具的整体三维模型，然后通过三维建模将建模的三维模型进行拆分成多个体积较小结构简单的零件模块，同时在拆分处增设连接加固结构；

第二步，将各个零件模块的三维模型进行切片处理，将切片处理后的数据输入到工控机中，并针对不同零件的厚度、尺寸、弧度等参数设置工艺参数，将聚苯乙烯粉末加入到激光烧结3D制造机中，然后将聚苯乙烯粉末均匀地铺在工作台上并被加热至加工温度，启动激光器，调节激光器的脉冲及扫描器的扫描角度，使激光束与工作台在一个二维层面进行扫描，激光束烧结之后，工作台下移一个单位，再铺聚苯乙烯粉，激光束烧结，逐层烧结，最终得到激光烧结零件模块；

第三步，将激光烧结好的零件模块进行清洗打磨，然后将零件模块逐一拼接在一起，通过连接加固结构将其固定，通过超声波焊接机的焊头对准连接缝隙进行超声波焊接；

第二步中所述激光束在加工平面上扫描的方式为分区域扫描，激光功率为12～18W，扫描速度为1500mm/s，扫描间距为0.12～0.16mm，粉层厚度为0.08～0.22mm，加工温度为90～110℃；

第三步中所述焊接机传递至焊接头的频率为20kHz，所述焊接头的振幅为16～9Om，触发压力为60～750N，最高压力在1.8～3.0kN，输出功率为600～2400W；

所述聚苯乙烯粉末中加入有质量百分比为0.02％～0.08％滑石粉、0.03％～0.09％Al₂O₃和0.04％～0.12％CaCO₃。

本发明的有益效果，采用激光烧结制作模具使用模具材料广泛且无浪费、成本低，只要进行3d建模后就可以快速制造出结构复杂的原型；而本申请采用分割设计，将整个模具进行拆分，激光烧结后再超声波焊接，可以满足大型模具的制备需求。超声波塑料焊接优点：焊接速度快，焊接强度高、密封性好；采用聚苯乙烯，其是一种无色透明的热塑性塑料，具有高于100℃的玻璃转化温度，烧结稳定且快速，同时收缩率波动小，一般在0.2％～0.6％；其中超声波焊接无污染且不会损伤工件；焊接过程稳定；聚苯乙烯中加入滑石粉、Al₂O₃和CaCO₃，可以进一步减小收缩率，降低翘曲程度。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明所述的具体实施例为一种快速精密模具制备方法，

第一步，将模具通过三维建模软件进行建模优化设计，通过建模获取建立目标模具的整体三维模型，然后通过三维建模将建模的三维模型进行拆分成多个体积较小结构简单的零件模块，同时在拆分处增设连接加固结构；

第二步，将各个零件模块的三维模型进行切片处理，将切片处理后的数据输入到工控机中，并针对不同零件的厚度、尺寸、弧度等参数设置工艺参数，将聚苯乙烯粉末加入到激光烧结3D制造机中，然后将聚苯乙烯粉末均匀地铺在工作台上并被加热至加工温度，启动激光器，调节激光器的脉冲及扫描器的扫描角度，使激光束与工作台在一个二维层面进行扫描，激光束烧结之后，工作台下移一个单位，再铺聚苯乙烯粉，激光束烧结，逐层烧结，最终得到激光烧结零件模块；

第三步，将激光烧结好的零件模块进行清洗打磨，然后将零件模块逐一拼接在一起，通过连接加固结构将其固定，通过超声波焊接机的焊头对准连接缝隙进行超声波焊接。

为了保证聚苯乙烯粉末受热均匀，每层之间粘接牢固，第二步中所述激光束在加工平面上扫描的方式为分区域扫描，激光功率为12～18W，扫描速度为1500mm/s，扫描间距为0.12～0.16mm，粉层厚度为0.08～0.22mm，加工温度为90～110℃。聚苯乙烯的的软化点为90℃，玻璃化温度为100℃，所以先均匀软化后升温至玻璃化，使得每层的聚苯乙烯粉末能否很好的烧结在一起。同时粉底温度、扫描速度、激光功率、扫描间距均会影响烧结效果。激光功率太大，粉底温度大时，制件底面下的粉末缚易烧结，清粉困难，并且影响精度；激光功率太小，扫描速度快，扫描间距大时，烧结强度不够。当选择激光功率为15W，扫描速度为1300mm/s，扫描间距为0.13mm，粉层厚度为0.12mm时，同时粉底温度91℃时，烧结的零件收缩最小，零件质量最高。

为了提高焊接的效果，保证缝隙的焊接密闭，第三步中所述焊接机传递至焊接头的频率为20kHz，所述焊接头的振幅为16～9Om，触发压力为60～750N，最高压力在1.8～3.0kN，输出功率为600～2400W。超声波焊接无污染且不会损伤工件；焊接过程稳定，可以确保分割后得到的零件能够组合成一个完成的模具。

为了进一步的减少收缩率，降低翘曲程度，所述聚苯乙烯粉末中加入有质量百分比为0.02％～0.08％滑石粉、0.03％～0.09％Al₂O₃和0.04％～0.12％CaCO₃。烧结过程中无机粉末不会发生形变，但是聚苯乙烯粉末烧结过程体积会减小，通过无机粉末滑石粉、Al₂O₃和CaCO₃可以提高热传导效率，能够降低孔隙率，有效减小收缩率，同时降低表面翘曲。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种快速精密模具制备方法，其特征在于：

第一步，将模具通过三维建模软件进行建模优化设计，通过建模获取建立目标模具的整体三维模型，然后通过三维建模将建模的三维模型进行拆分成多个体积较小结构简单的零件模块，同时在拆分处增设连接加固结构；

第二步，将各个零件模块的三维模型进行切片处理，将切片处理后的数据输入到工控机中，并针对不同零件的厚度、尺寸、弧度等参数设置工艺参数，将聚苯乙烯粉末加入到激光烧结3D制造机中，然后将聚苯乙烯粉末均匀地铺在工作台上并被加热至加工温度，启动激光器，调节激光器的脉冲及扫描器的扫描角度，使激光束与工作台在一个二维层面进行扫描，激光束烧结之后，工作台下移一个单位，再铺聚苯乙烯粉，激光束烧结，逐层烧结，最终得到激光烧结零件模块；

第三步，将激光烧结好的零件模块进行清洗打磨，然后将零件模块逐一拼接在一起，通过连接加固结构将其固定，通过超声波焊接机的焊头对准连接缝隙进行超声波焊接；

第二步中所述激光束在加工平面上扫描的方式为分区域扫描，激光功率为12～18W，扫描速度为1500mm/s，扫描间距为0.12～0.16mm，粉层厚度为0.08～0.22mm，加工温度为90～110℃；

第三步中所述焊接机传递至焊接头的频率为20kHz，所述焊接头的振幅为16～9Om，触发压力为60～750N，最高压力在1.8～3.0kN，输出功率为600～2400W；

所述聚苯乙烯粉末中加入有质量百分比为0.02％～0.08％滑石粉、0.03％～0.09％Al₂O₃和0.04％～0.12％CaCO₃。