CN105798561B - 一种具有随形控温管道的模具及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具有随形控温管道的模具及其制作方法，该方法包括：步骤一、通过计算器辅助工程来模拟模具在冷却时的温度分布及变化；步骤二、计算出模具散热最慢的瓶颈位置；步骤三、视上述位置的大小尺寸、几何形状、精准要求情况，应用加工工艺在该模具内制作随形控温管道，该随形控温管道的形状贴合模具表面的轮廓。具有这种管道的模具，成型产品能够迅速而均匀地冷却下来。
Description
技术领域
本发明有关一种模具，特别是指一种内藏复杂随形控温管道的模具及采用直接金属激光烧结、广散焊接、铜焊接及热喷涂工艺对其制作的方法。
背景技术
模具通常用于高温环境下，例如用于压铸、注塑和吹塑等工艺中，保持模具处于适当的温度不仅可以延长模具寿命，也可提高生产效率及缩短产品成型周期时间，因此有必要借助控温系统保持模具温度或把熔化材料的热量带走。控温系统一般是借助水、油或蒸汽等媒介在模具内的管道流动时进行热传导，以降低或提升模具温度。传统制造控温管道依靠钻孔或其它传统加工方法，然而，这种方法只可制作直线管道，并不能制造贴近模具表面轮廓的复杂控温管道，并且钻长管道时可能会弄断钻头，使整个模具无法使用。此外，现有方式制造的控温管道与模具壁之间的距离不一，这进一步导致成品冷却时间长、形成内部应力和成品翘曲等缺陷。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种散热快、生产效率高的具有随形控温管道的模具及其制作方法。
为达到上述目的，本发明提供一种具有随形控温管道的模具的制作方法，该方法包括：
步骤一、通过计算器辅助工程来模拟模具在冷却时的温度分布及变化；
步骤二、计算出模具散热最慢的瓶颈位置；
步骤三、视上述位置的大小尺寸、几何形状、精准要求情况，应用加工工艺在该模具内制作随形控温管道，该随形控温管道的形状贴合模具表面的轮廓。
所述步骤三具体包括：
（1）首先制作模具的外型，并把需要配置随形控温管道的部分挖空，并钻出管道连接孔；
（2）把金属管放置在挖空位置并连接到连接孔，该金属管是模具控温管道的一部分；
（3）利用铜焊方法把金属管与模具之间的间隙填满并形成铜焊层；
（4）通过热喷涂方法把模具材料喷涂到铜焊层表面形成一层坚硬涂层；
（5）模具放到金属打印机内用直接金属激光烧结技术打印模具其余部分及其内的随形控温管道，上述金属管与模具其余部分内的随形控温管道为整个模具内的随形控温管道。
所述步骤三具体包括：
（1）首先在多个模具块的平整表面分别制造出控温管道的各部分，并将多个模具块装配在一起；
（2）通过扩散焊接把装配后的模具块中的控温管道接合形成一模具；
（3）上述形成的模具放到金属打印机内用直接金属激光烧结技术把其余的模具部分及其内的随形控温管道打印出来，上述控温管道与模具其余部分内的随形控温管道为整个模具内的随形控温管道。
所述步骤三具体包括：
（1）首先在多个模具块的平整表面分别制造出控温管道的各部分，并将多个模具块装配在一起；
（2）通过扩散焊接把模具块中的控温管道接合形成一模具；
（3）接合后的模具上需要放置管道的位置进行挖空，并钻出管道连接孔；
（4）把金属管放置在挖空位置并连接到连接孔，该金属管是模具内随形控温管道的一部分；
（5）利用铜焊接方法把金属管与模具之间的间隙填满并形成铜焊层；
（6）通过热喷涂方法把模具材料喷涂到铜焊层表面形成一层坚硬涂层；
（7）经热喷涂后的模具采用传统加工工艺获得最终的外形尺寸，上述金属管与步骤（1）中的控温管道为整个模具内的随形控温管道。
所述金属管的外形与模具外形贴近以提高模具在使用时的控温速度，所述金属管的几何外形通过弯曲成形方法获得或利用电铸成形方法实现。
所述铜焊层的表面利用车削、铣削、打磨、电火花、线切割加工工艺进行外形修正，并且在铜焊层表面喷砂形成纹理。
本发明还提供一种模具，其内部形成有随形控温管道，该随形控温管道的形状贴合模具表面的轮廓。
所述随形控温管道包括内部设置的金属管及利用直接金属激光烧结技术形成的控温管道，该金属管与控温管道连通，所述控温管道形成于利用直接金属激光烧结技术形成的模具部分内，所述金属管周围填充有铜焊层，所述铜焊层外部包覆有一层模具材料的涂层。
所述随形控温管道包括利用扩散焊接形成的控温管道与相互连通且利用直接金属激光烧结技术形成的控温管道，利用直接金属激光烧结技术形成的所述控温管道形成于利用直接金属激光烧结技术形成的模具部分内。
所述随形控温管道包括内部设置的金属管及利用扩散焊接形成的控温管道，所述金属管与控温管道连通，所述金属管周围填充有铜焊层，所述铜焊层外部包覆有一层模具材料的涂层。
本发明利用三维金属打印技术、扩散焊接技术、铜焊接技术及热喷涂技术制作内藏复杂随形控温管道的模具，该随形控温管道的形状能够贴合模具表面的轮廓，具有这种管道的模具，成型产品能够迅速而均匀地冷却下来。相比传统的控温系统，随形控温系统可以缩短30-50％的产品成型周期时间，缩短产品成型周期时间可以提高整体生产能力、减少复模及生产车间开支。
附图说明
图1为本发明中利用铜焊接、热喷涂及直接金属激光烧结技术实现复杂随形控温管道的过程示意图；
图2为本发明中利用扩散焊接及直接金属激光烧结技术实现复杂随形控温管道的过程示意图；
图3为本发明中利用扩散焊接、铜焊接及热喷涂技术实现复杂随形控温管道的过程示意图；
图4为本发明具有随形控温管道的模具的结构示意图一；
图5为本发明具有随形控温管道的模具的结构示意图二；
图6为本发明具有随形控温管道的模具的结构示意图三。
具体实施方式
为便于对本发明的结构及方法及实现的效果有进一步的了解，现结合较佳实施例详细说明如下。
本发明首先通过计算器辅助工程来模拟模具在冷却时的温度分布及变化，从而找出散热最慢的瓶颈位置，视该位置的大小尺寸、几何形状、精准要求等情况，应用下列方式实现模具内的复杂随形控温管道。
图1显示本发明中综合利用铜焊接、热喷涂及直接金属激光烧结技术来实现复杂随形控温管道的方法步骤。首先制作模具的外型1（如图1中（a）所示），并把需要配置随形控温管道的部分挖空（如图1中（b）所示挖空位置2），并钻出管道连接孔3。然后，如图1中（c）所示把金属管4放置在挖空位置2并连接到连接孔3，该金属管4将是模具控温管道的一部分。金属管4的外形需要与模具外形贴近以提高模具在使用时的控温速度，金属管4的几何外形可以通过弯曲成形方法获得，比较复杂的管道形状可用电铸成形方法实现。接着利用铜焊方法把金属管4与模具之间的间隙填满并形成铜焊层5（如图1中（d）所示）。铜焊层5的表面会有高低不平的情况，因此可用车削、铣削、打磨、电火花、线切割等加工工艺把表面外形修正，并且在铜焊层5表面喷砂或用传统加工工艺获得粗大的纹理。然后，通过热喷涂方法把模具材料喷涂到铜焊层5表面形成一层坚硬涂层6（如图1中（e）所示），图1中的（e'）为其中部分截面示意图。之前所提及在铜焊层5表面形成粗大纹理可大大提高热喷涂的粘附力。经热喷涂后，模具尺寸需经传统加工方法修正。经修正后的模具会放到金属打印机内用直接金属激光烧结技术把其余的模具部分7及其随形控温管道8打印出来（如图1中（f）所示），图1中（g）所示为制作成的模具内的复杂随形控温管道。
图2显示本发明中利用扩散焊接及直接金属激光烧结技术来实现复杂随形控温管道的方法过程。首先在模具块9的平整表面制造出控温管道10（如图2中（a）所示）。将多个模具块9装配在一起，装配需借助定位销11及设于模具块9上的定位孔12来固定位置。然后通过扩散焊接把模具块中的控温管道10接合形成模具13（如图2中（b）所示）。本发明中的扩散焊接是把分别在两个模具板面的控温管道接合在一起。接合后的模具13放到金属打印机内用直接金属激光烧结技术把其余的模具部分14及随形控温管道15打印出来（如图2中（c）所示），图2中（d）所示为制作成的模具内的复杂随形控温管道。
图3显示本发明中利用扩散焊接、铜焊接及热喷涂技术来实现复杂随形控温管道的方法过程。首先在模具块16的平整表面制造出控温管道17（如图3中（a）所示）。将多个模具块16装配在一起，模具块的装配需借助定位销18及设于模具块16上的定位孔19来固定位置。通过扩散焊接把模具块控温管道17接合形成模具20（如图3中（b）所示）。接合后的模具20会在需要放置管道的位置挖空（如图3中（c）所示挖空位置21）。然后，把金属管22放置在挖空位置21并连接到连接孔23（如图3中（d）所示）。该金属管22将是模具控温管道的一部分。金属管22的外形需要与模具外形贴近以提高模具在使用时的控温速度。金属管22的几何外形可以通过弯曲成形方法获得，比较复杂的管道形状可用电铸成形方法实现。利用铜焊接方法把金属管22与模具之间的间隙填满并形成铜焊层24（如图3中（e）所示）。铜焊层24的表面会有高低不平的情况，因此需要用车削、铣削、打磨、电火花、线切割等加工工艺把表面外形修正，并且在铜焊层24表面喷砂或用传统加工工艺获得粗大的纹理。然后通过热喷涂方法把模具材料喷涂到铜焊层24表面形成一层坚硬涂层25（如图3中（f）所示），图3中的（f'）为其中部分截面示意图。之前所提及在铜焊层24表面的粗大纹理可大大提高热喷涂的粘附力。经热喷涂后，模具最终的外形尺寸26需经传统加工方法（如车削、铣削、打磨、电火花、线切割等）获得（如图3中（g）所示），图3中（h）所示为制作成的模具内的复杂随形控温管道。
如图4至图6所示，分别为利用本发明的工艺制作的具有随形控温管道的模具的结构示意图，其中图4中，随形控温管道包括内部设置的金属管4及利用直接金属激光烧结技术形成的控温管道8；图5中随形控温管道包括利用扩散焊接形成的控温管道10与相互连通且利用直接金属激光烧结技术形成的控温管道15；图6中随形控温管道包括内部设置的金属管22及利用扩散焊接形成的控温管道17。
本发明经三维金属打印技术、扩散焊接技术、铜焊接技术及热喷涂技术所制作的模具强度、表面光洁度、尺寸精准度、加工所需时间及成本都有差别，应视情况需要应用以上不同方法制造不同随形控温管道模具。
本发明利用三维金属打印技术、扩散焊接技术、铜焊接技术及热喷涂技术制作内藏复杂随形控温管道的模具，该随形控温管道的形状能够贴合模具表面的轮廓，具有这种管道的模具，成型产品能够迅速而均匀地冷却下来。相比传统的控温系统，随形控温系统可以缩短30-50％的产品成型周期时间，缩短产品成型周期时间可以提高整体生产能力、减少复模及生产车间开支。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明专利的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种具有随形控温管道的模具的制作方法，其特征在于，该方法包括：
步骤一、通过计算器辅助工程来模拟模具在冷却时的温度分布及变化；
步骤二、计算出模具散热最慢的瓶颈位置；
步骤三、制作金属管，并视上述位置的大小尺寸、几何形状、精准要求情况，选择热喷涂、铜焊、扩散焊接技术或金属激光烧结技术中两种以上的工艺与所述金属管共同结合制作具有随形控温管道的模具，该随形控温管道的形状贴合模具表面的轮廓，
其中，所述步骤三采用扩散焊接、铜焊与热喷涂结合的加工工艺，具体包括：
（1）首先在多个模具块的平整表面分别制造出控温管道的各部分，并将多个模具块装配在一起；
（2）通过扩散焊接把模具块中的控温管道接合形成一模具；
（3）接合后的模具上需要放置金属管的位置进行挖空，并钻出管道连接孔；
（4）把金属管放置在挖空位置并连接到连接孔，该金属管是模具内随形控温管道的一部分；
（5）利用铜焊方法把金属管与模具之间的间隙填满并形成铜焊层；
（6）通过热喷涂方法把模具材料喷涂到铜焊层表面形成一层坚硬涂层；
（7）经热喷涂后的模具采用传统加工工艺获得最终的外形尺寸，上述金属管与步骤（1）中的控温管道为整个模具内的随形控温管道；
其中，所述金属管的外形与模具外形贴近以提高模具在使用时的控温速度，所述金属管的几何外形通过弯曲成形方法获得或利用电铸成形方法实现；
所述铜焊层的表面利用车削、铣削、打磨、电火花或线切割加工工艺进行外形修正，并且在铜焊层表面喷砂形成纹理。
2.如权利要求1所述的具有随形控温管道的模具的制作方法，其特征在于，所述步骤三采用热喷涂、铜焊与金属激光烧结技术结合的加工工艺，具体包括：
（1）首先制作模具的外型，并把需要配置随形控温管道的部分挖空，并钻出管道连接孔；
（2）把常规形状的金属管放置在挖空位置并连接到连接孔，该金属管是模具控温管道的一部分；
（3）利用铜焊方法把金属管与模具之间的间隙填满并形成铜焊层；
（4）通过热喷涂方法把模具材料喷涂到铜焊层表面形成一层坚硬涂层；
（5）模具放到金属打印机内用直接金属激光烧结技术打印模具其余部分及其内的随形控温管道，上述金属管与模具其余部分内的随形控温管道为整个模具内的随形控温管道。
3.如权利要求1所述的具有随形控温管道的模具的制作方法，其特征在于，所述步骤三采用扩散焊接与金属激光烧结技术结合的加工工艺，具体包括：
（1）首先在多个模具块的平整表面分别制造出控温管道的各部分，并将多个模具块装配在一起；
（2）通过扩散焊接把装配后的模具块中的控温管道接合形成一模具；
（3）上述形成的模具放到金属打印机内用直接金属激光烧结技术把其余的模具部分及其内的随形控温管道打印出来，上述控温管道与模具其余部分内的随形控温管道为整个模具内的随形控温管道。
4.一种适用于权利要求1所述的制作方法的模具，其特征在于，其内部形成有随形控温管道，该随形控温管道的形状贴合模具表面的轮廓。
5.如权利要求4所述的模具，其特征在于，所述随形控温管道包括内部设置的金属管及利用直接金属激光烧结技术形成的控温管道，该金属管与控温管道连通，所述控温管道形成于利用直接金属激光烧结技术形成的模具部分内，所述金属管周围填充有铜焊层，所述铜焊层外部包覆有一层模具材料的涂层。
6.如权利要求4所述的模具，其特征在于，所述随形控温管道包括利用扩散焊接形成的控温管道与相互连通且利用直接金属激光烧结技术形成的控温管道，利用直接金属激光烧结技术形成的所述控温管道形成于利用直接金属激光烧结技术形成的模具部分内。
7.如权利要求4所述的模具，其特征在于，所述随形控温管道包括内部设置的金属管及利用扩散焊接形成的控温管道，所述金属管与控温管道连通，所述金属管周围填充有铜焊层，所述铜焊层外部包覆有一层模具材料的涂层。
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| CN105798561A (zh) | 2016-07-27 |
| HK1221935A1 (zh) | 2017-06-16 |
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