CN106170354B - 利用三维金属打印机的热冲压模具用冷却块制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用三维金属打印机的热冲压模具用冷却块制作方法，具体而言，涉及如下一种利用三维金属打印机的热冲压模具用冷却块制作方法，其特征在于，包括：第1步骤，在下部块的上面形成多个作为供流体通过的流路的半圆形通道；第2步骤，沿着在所述下部块上形成的多个半圆形通道，在上部分别利用三维金属打印机形成上部块，使得构成通道。本发明利用三维金属打印机的热冲压模具用冷却块制作方法，在以低价材料制作冷却块后，只在所述下部模具与上部模具接触的部分，通过3D层叠加工，形成导热系数良好的高价材料，节省材料费，使冷却性能最大化，从而具有提高经济性及作业的效率性等显著的效果。

Description

利用三维金属打印机的热冲压模具用冷却块制作方法

技术领域

本发明涉及利用三维金属打印机的热冲压模具用冷却块制作方法，更详细而言，利用三维金属打印机，只在热冲压模具中与材料接触并需要耐久性及机械物性的部分使用高价的材料，制造热冲压模具的冷却块。

特别是应用了在以以往的枪钻方式无法作业的、曲线形的制品面按等间隔插入铜管加工冷却通道的加工技术，应用了异种材料层叠技术，只在热冲压模具中与材料接触并需要耐久性及机械物性的部分使用高功能性材料，使冷却效率实现最大化，非功能部应用低价的金属，制作热冲压模具。

背景技术

一般而言，热冲压作为把加热到950℃高温的钢铁材料放入模具，用压力机成型后在模具内急速冷却的工艺，是指为了使得在保持刚性的同时构成轻量化车身，利用把钢板在高温状态下成型的面板成型方法，把材料加热到高温后，利用压力机成型并使模具自身冷却而生产高强度部件的工艺。

把在所述热冲压中使用的模具称为热冲压模具，在热冲压模具内，构成有形成了供冷却液经过的通道的冷却块。

作为以往技术，根据注册专利公报第10-0907266号(热冲压材料成型用模具)记载，所述热冲压材料成型用模具涉及一种能够简便地制造冷却液通道的热冲压材料成型用模具，所述冷却液通道冷却为了能够改善汽车燃油经济性而在高温状态下对钢板进行成型的模具，其特征性构成包括：模具，其在与供制品接触的面相反的面形成有凹入槽；冷却液通道，其呈管状，插入所述凹入槽的内部；切断构件，其安装于模具的表面，以便埋设所述冷却液通道；所述凹入槽按等间隔在所述模具的一侧形成，以便多个冷却液通道能够分别插入；在所述切断构件上凸出形成有间隔维持板，使得能够支撑所述冷却液通道的两侧面，与所述凹入槽对应插入。

另外，作为另一以往技术，根据注册专利公报第10-1317414号(热冲压成型用模具及其制作方法)记载，所述热冲压成型用模具及其制作方法包括：底板，其通过在一侧加装的喷嘴而供应及排出冷却液；外形块，其以与制品外形相同的形状形成，以便在热冲压成型时形成制品的外形，在所述底板的一面至少加装一个以上，在内部形成有加装空间；及嵌入块，其以插入所述加装空间的状态结合于所述外形块，以便冷却液在所述外形块的加装空间流动，其加装于所述底板与外形块之间，以便在与所述外形块之间通过所述底板流入的冷却液在所述外形块的加装空间上流动；另外，在权利要求10中记载了一种热冲压成型用模具的制作方法，在热冲压成型用模具制作方法中，其特征在于，包括：利用材质各不相同的材料制备下部模具和上部模具，对所述下部模具和上部模具的内部进行加工的步骤；在使上部模具配置于完成内部加工的所述下部模具的上部的状态下，在各模具的熔融点以下的温度下，对下部模具与上部模具相互加压，执行扩散接合的步骤；对通过所述步骤而相互结合的下部模具与上部模具的外形进行粗磨加工的步骤；外形加工完成后，对相互结合的下部模具和上部模具进行热处理的步骤；相互结合的下部模具与上部模具的热处理完成后，组装于底板的步骤；及完成在底板的加装后，对相互结合的下部模具与上部模具的外形进行精磨加工的步骤；在所述下部模具与上部模具的扩散接合步骤中，扩散接合在真空状态下执行，在所述下部模具与上部模具的接触面之间形成扩散层，从而，所述下部模具与上部模具相互结合。

但是，如上所述，以往存在模具因冷却液而被腐蚀，冷却效率低的问题。

发明内容

技术问题

因此，本发明正是为了解决如上所述的问题而研发的，旨在提供一种利用三维层叠加工的热冲压模具制作方法，在以原有的枪钻制作方式无法加工的曲面形状的制品面上，加工按等间隔形成的冷却通道，以低价材料制作在热冲压中使用的冷却块后，只在所述下部模具与上部模具接触的部分，通过3D层叠加工，形成导热系数良好的高价材料，节省材料费，使冷却性能最大化，从而提高经济性及作业的效率性。

技术方案

本发明利用三维金属打印机的热冲压模具用冷却块制作方法的特征在于，包括：第1步骤，在下部块的上面形成多个作为供流体通过的流路的半圆形通道；第2步骤，沿着在所述下部块上形成的多个半圆形通道，在上部分别利用三维金属打印机形成上部块，使得构成通道。

有益效果

本发明利用三维金属打印机的热冲压模具用冷却块制作方法，在以低价材料制作冷却块后，只在所述下部模具与上部模具接触的部分，通过3D层叠加工，形成导热系数良好的高价材料，节省材料费，使冷却性能最大化，从而具有提高经济性及作业的效率性等显著的效果。

附图说明

图1是普通的热冲压模具的立体图。

图2是在普通的热冲压模具中构成的冷却块的立体图。

图3是在普通的热冲压模具中构成的冷却块的局部立体图。

图4是用于制作本发明热冲压模具用冷却块的工序图。

图5是在本发明热冲压模具中构成的冷却块的概要图。

图6是在本发明热冲压模具中构成的冷却块又一实施概要图。

图7是三维金属打印机用金属粉末的制造工序图。

图8是三维金属打印机用金属粉末的又一制造工序图。

图9是应用了三维金属打印机用金属粉末的剪断模具的实验装置。

图10是图9的A部分的详细放大图。

图11是应用了三维金属打印机用金属粉末的剪断模具的剪断作业后的表面照片。

图12是应用了三维金属打印机用金属粉末的剪断模具的剪断作业后的毛边(Burr)发生量比较表。

图13是三维金属打印机用金属粉末的硬度比较表。

具体实施方式

本发明利用三维金属打印机的热冲压模具用冷却块制作方法包括：第1步骤，在下部块212的上面形成多个作为供流体通过的流路的半圆形通道C；第2步骤，沿着在所述下部块212上形成的多个半圆形通道C，在上部分别利用三维金属打印机形成上部块211a，使得构成圆形的通道C形状。

在所述第2步骤工序中，在下部块212形成的半圆形通道C的上部，组装形成有半圆形槽的挂片213，形成圆形的通道C后，利用三维金属打印机，把金属粉末层叠于所述挂片213的外周，形成上部块211a。

另外，所述挂片213形成有从半圆形槽所形成的下面越向上宽度越减小的倾斜面。

而且，在所述第2步骤工序中，使铜管214安放于在下部块212形成的半圆形通道C后，利用三维金属打印机层叠所述铜管214的周围，形成上部块211a。

其特征在于，所述金属粉末使用SKD61种。

其特征在于，所述金属粉末按重量％，Cr 8～10％、Si 1.8～2.5％、C 0.25～0.35％、Mn 2～3％，余量由Fe构成。

下面根据附图，详细说明本发明利用三维金属打印机的热冲压模具用冷却块制作方法。

图1是普通的热冲压模具的立体图，图2是在普通的热冲压模具中构成的冷却块的立体图，图3是在普通的热冲压模具中构成的冷却块的局部立体图。

作为参考，把金属粉末用作墨粉来打印三维物体的设备称为三维金属打印机。

如图1至图3所示，热冲压模具由上、下部模具100、200构成，在内部构成有用于对在上、下部模具100、200内加压成型的材料进行冷却的冷却块200。

一般而言，所述上、下部模具100、200以铸件制作。

而且，在所述冷却块200内，形成有作为供冷却液移动的通路的通道C，一般而言，所述通道C安装铜管214加以使用。

因此，如果通过铜管214使冷却液流动，则借助于冷却液而形成热传导，材料与上、下部模具100、200被冷却。

但是，由于所述铜管214是价格昂贵的金属，因而形成有多个通道C的冷却块200在结构上难免制作费用昂贵。

图4是用于制作本发明热冲压模具用冷却块的工序图，图5是在本发明热冲压模具中构成的冷却块的概要图。

如图4所示，本发明热冲压模具用冷却块的制作方法包括：第1步骤，在下部块212的上面形成多个作为供流体通过的流路的半圆形通道C；第2步骤，沿着在所述下部块212上形成的多个半圆形通道C，在上部分别利用三维金属打印机形成上部块211a，使得构成圆形的通道C形状。

即，冷却块200由上部块211a和下部块212构成，具有在所述下部块212的上面形成多个作为供流体通过的流路的半圆形通道C的第1步骤工序。

而且，作为第2步骤工序，沿着在所述下部块212上形成的多个半圆形通道C，在上部分别利用三维金属打印机形成上部块211a，使得构成圆形的通道C形状。

所述通道C作为剖面凹陷的槽，根据制造的材料的形状而以多样的形状形成。

图6是在本发明热冲压模具中构成的冷却块又一实施概要图。

如图6所示，在所述第2步骤工序中，在下部块212形成的半圆形通道C的上部，组装形成有半圆形槽的挂片213，形成圆形的通道C后，利用三维金属打印机，把金属粉末层叠于所述挂片213的外周，从而制造上部块211a。

此时，三维金属打印机由于熔融的金属粉末投入的部分的自身尺寸，所述挂片213以从半圆形槽所形成的下面越向上，其宽度越减小的倾斜面形成，从而使得周边挂片213之间不发生干扰。

即，在通道C的上部，结合竖直剖面为形状的挂片213，在所述挂片213上部，结合竖直剖面为的上部块211a。

特别是，为了制造所述上部块211a而使用的金属粉末，使用导热系数优秀的材料。

另外，在所述第2步骤工序中，也可以在使铜管214安放于在下部块212形成的半圆形通道C后，利用三维金属层叠所述铜管214的周围，形成上部块211a。

在本发明中，三维金属打印机用金属粉末可以使用SKD61种，另外，也可以使用如下组成的金属粉末。

因此，其特征在于，本发明三维金属打印机用金属粉末按重量％，Cr 8～10％、Si1.8～2.5％、C 0.25～0.35％、Mn 2～3％，余量由Fe构成。

Cr作为耐腐蚀性及机械性质优秀的金属，如果Cr的组成成份不足8％，则Cr的组成效果微小，如果超过10％，则与含有量的增加相比，因Cr而获得的效果微小，因而相对于价格，效率降低。

作为参考，如果Cr为12％以上，则称为不锈钢。

C作为随着含有量而使钢的诸如强度和硬度的钢的性质发生变化的元素，大部分含有能够热处理的0.1～1.5％，在本发明的金属粉末中，使用0.25～0.35％。

Mn坚硬，是当进行金属合金时，为提高耐腐蚀性和机械性质所必需的元素，如果组成成份不足2％，则其效果微小，如果超过3％，则与含有量的增加相比，获得的效果小。

Si几乎没有化学反应，因而作为在其它金属的表面使之成长的元素，如果组成成份不足1.8％，则其效果微小，如果超过2.5％，则与投入的含有量相比，获得的效果小。

特别是Mn和Si，作为脱氧剂，是炼钢时需要的元素。

另外，为了提高金属制品的功能，按重量比，也可以还包括P 0.01～0.05％、Ni0.05～1.0％、Mo 0.01～0.05％、Ti 0.001～0.005％、V 0.01～0.05％、Nb 0.004～0.01％、W 0.02～0.05％、Co 0.01～0.05％、Zr 0.004～0.01％、B 0.002～0.005％。

所述P、Ni、Mo、Ti、V、Nb、W、Co、Zr、B可以个别地包含或混合包含两者以上。

P(磷)作为在空气中自行点火的强易燃性元素，如果P的含有量不足0.01％，则引火力微小，对金属粉末熔融的影响作用小，如果含有量超过0.05％，则由于引火力强，使其它金属全部点燃，把金属粉末制成过软的流体状态，在打印作业时难以层叠。

Ni(镍)能够进行锻造及锻接，延展性及韧性丰富，是比铁更不易氧化的元素，用作催化剂或铁的镀金用。如果Ni的含有量不足0.05％，则相对于Ni的投入，其效果微小，如果为1.0％以上，则与含有的量相比，获得的效果小。

Mo(钼)在广泛的温度范围下，机械特性很强，在普通的酸中不溶解，在浓硝酸中也不被侵蚀。钼钢作为与铁的合金，用作切削用工具。如果Mo的含有量不足0.01％，则获得的效果微小，如果含有量超过0.05％，则与含有量相比，获得的效果下降。

Ti(钛)的强度、延展性、韧性大，在表面生成有氧化膜，因而是不易被酸或海水腐蚀的元素，如果含有量不足0.001％，则因含有Ti而产生的效果微小，如果超过0.005％，则与获得的效果相比，费用过多。

V(钒)与钢铁或铁形成合金，用作高速工具钢、高强度结构用钢材，一般而言，如果在钢铁中包含不足1％，则钢铁的表面结构细密，与碳反应形成碳化物。如果V的含有量不足0.01％，则因含有V而产生的效果微小，如果含有超过0.05％，则相对于费用的效果小。

Nb(铌)即使在氧气或强酸中也不被侵蚀，是为增加不锈钢合金的耐热性而添加的元素。如果Nb的含有量不足0.004％，则因含有Nb而产生的效果微小，如果超过0.01％，则与含有的量比，其效果小。

W(钨)用于高速钢、永磁钢、耐热及耐腐蚀合金，碳化钨用于工具。由于价格昂贵，如果W含有不足0.02％，则因含有W而产生的效果微小，如果超过0.05％，则与含有的量比，其效果小。

Co(钴)是发出与铁类似光泽的强磁性金属。加热也不易熔解，放置于空气中，也只是表面生锈而不易腐蚀，具有耐氧化性、耐磨损性、机械性质优秀的性质。如果不足0.01％，则因投入Co而获得的效果小，如果含有0.05％以上，则与量相比，获得的效果小。

Zr(锆)在高温的水中耐腐蚀性强。既使在空气中也生成氧化皮膜，显示出强耐腐蚀性，在粉末状下，具有在空气中起火的性质，如果不足0.004％，则在空气中起火而不反应，如果为0.01％以上，则与含有的量相比，获得的效果小，在经济上有负担。

B(硼)的反应性小，但与氧或氮形成化合物，因而提炼金属时用作脱气剂，与C(碳)的化合物B4C是人造物质中最坚硬的，如果包含不足0.002％，则反应性微弱，如果超过0.005％，则与投入的量相比，获得的效果小。

图7是三维金属打印机用金属粉末的制造工序图。

如图7所示，作为制造本发明三维金属打印机用金属粉末的第1步骤工序，准备作为构成金属粉末的组成成份的金属材料，按指定的重量比混合。

经过在第1步骤工序中混合的金属材料在粉碎机中粉碎而制成金属粉末的第2步骤工序。

而且，作为第3步骤工序，在第2步骤中生成的金属粉末通过筛选机进行筛选，对指定粒子的金属粉末与异物及大粒子的金属粉末进行分类。

图8是三维金属打印机用金属粉末的又一制造工序图。

作为制造本发明三维金属打印机用金属粉末的第1步骤工序，分别准备作为构成金属粉末的组成成份的金属材料。

如此准备的所述金属材料经过分别在粉碎机中粉碎而制成金属粉末的第2步骤工序。

而且，经过把在第2步骤中生成的各个金属粉末在筛选机中筛选并对指定粒子大小的金属粉末进行分类的第3步骤工序，最后是第4步骤工序，按指定的重量比，混合在第3步骤中分类的各个金属粉末。

应用所述金属粉末的实验如下。

图9是应用三维金属打印机用金属粉末的剪断模具的实验装置，图10是图9的A部分的详细放大图。

如图9和图10所示，以23F85金属材料为基本，在剪断作业时，在与材料直接相接的上、下部的刃部，分别通过焊接和层叠以及火焰热处理而制作剪断模具。

利用如此制作的剪断模具进行剪断作业。

图11是应用本发明三维金属打印机用金属粉末的剪断模具的剪断作业后的表面照片。

如图11所示可知，与通过火焰热处理相比，以焊接或层叠而构成的剪断模具，表面相对光洁、顺滑。

图12是应用本发明三维金属打印机用金属粉末的剪断模具的剪断作业后的毛边Burr发生量比较表。

在作为剪断模具母材的23F5铸钢中，层叠作为异种材料的本发明金属粉末，结果表现出层叠稳定性，可以确认，层叠后，进行12,000打剪断作业后，钢材表面划痕发生量比焊接及原材料热处理条件发生得少。

图13是三维金属打印机用金属粉末的硬度比较表。

根据本发明，金属粉末大致与构成焊条的组成成份相似，层叠作为焊条材料的SKD11粉末与SKD61粉末，对硬度进行了比较，如图12所示，根据实验可知，利用本发明的金属粉末制造的剪断模具的硬度最优秀。

另一方面，所述金属粉末可以独立使用或与SKD11、SKD61中的一者或两者混合。

本发明利用三维金属打印机的热冲压模具用冷却块制作方法，在以低价材料制作冷却块后，只在所述下部模具与上部模具接触的部分，通过3D层叠加工，形成导热系数良好的高价材料，节省材料费，使冷却性能最大化，从而具有提高经济性及作业的效率性等显著的效果。

Claims (3)

1.一种利用三维金属打印机的热冲压模具用冷却块制作方法，在利用三维金属打印机的热冲压模具用冷却块制作方法中，其特征在于，包括：

第1步骤，在下部块(212)的上面形成多个作为供流体通过的流路的半圆形通道(C)；

第2步骤，沿着在下部块(212)上形成的多个半圆形通道(C)，在上部分别利用三维金属打印机形成上部块(211a)，使得构成圆形的通道(C)形状，

在第2步骤工序中，在下部块(212)形成的半圆形通道(C)的上部，组装了形成有半圆形槽的挂片(213)，形成圆形的通道(C)后，利用三维金属打印机，把金属粉末层叠于挂片(213)的外周，形成上部块(211a)，

金属粉末按重量％计，由8～10％的Cr、1.8～2.5％的Si、0.25～0.35％的C、2～3％的Mn以及余量的Fe构成，

按重量％计，还包括P 0.01～0.05％、Ni 0.05～1.0％、Mo 0.01～0.05％、Ti 0.001～0.005％、V 0.01～0.05％、Nb 0.004～0.01％、W 0.02～0.05％、Co 0.01～0.05％、Zr0.004～0.01％、B 0.002～0.005％中的一个或两个以上。

2.根据权利要求1所述的利用三维金属打印机的热冲压模具用冷却块制作方法，其特征在于，

挂片(213)形成有从半圆形槽所形成的下面越向上宽度越减小的倾斜面。

3.一种利用三维金属打印机的热冲压模具用冷却块制作方法，在利用三维金属打印机的热冲压模具用冷却块制作方法中，其特征在于，包括：

第1步骤，在下部块(212)的上面形成多个作为供流体通过的流路的半圆形通道(C)；

第2步骤，沿着在下部块(212)上形成的多个半圆形通道(C)，在上部分别利用三维金属打印机形成上部块(211a)，使得构成圆形的通道(C)形状，在第2步骤工序中，使铜管(214)安放于在下部块(212)形成的半圆形通道(C)后，利用三维金属打印机层叠铜管(214)的周围，形成上部块(211a )，

金属粉末按重量％计，由8～10％的Cr、1.8～2.5％的Si、0.25～0.35％的C、2～3％的Mn以及余量的Fe构成，

按重量％计，还包括P 0.01～0.05％、Ni 0.05～1.0％、Mo 0.01～0.05％、Ti 0.001～0.005％、V 0.01～0.05％、Nb 0.004～0.01％、W 0.02～0.05％、Co 0.01～0.05％、Zr0.004～0.01％、B 0.002～0.005％中的一个或两个以上。