CN106694880A - 一种铜合金异形孔冷却模具的制造方法 - Google Patents

一种铜合金异形孔冷却模具的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铜合金异形孔冷却模具的制造方法，其包括如下步骤：S1：构建铜合金异形孔冷却模具的三维数模，并将所述三维数模以stl格式导出；S2：对步骤S1处理后的三维数模进行修复，以满足3D打印的要求；S3：对步骤S2后的三维数模进行摆放角度分析、添加网格支撑、添加工艺余量以及制作底部倒角；S4：将步骤S3处理后的三维数模转化成二维切片信息，并进行错误诊断和修复，生成加工程序文件，将所述加工程序文件导入3D打印设备中等。本发明采用3D打印技术制备铜合金异型孔冷却模具的方法，减少工序，缩短制造周期60％以上；采用本发明成形的铜合金异型孔冷却模具，内部表面质量好，承压能力优异。

Description

一种铜合金异形孔冷却模具的制造方法
技术领域
本发明涉及一种铜合金异形孔冷却模具的制造方法，属于3D打印技术领域。
背景技术
铜合金是一种具有优良的导电性、导热性、延展性以及耐蚀性好的合金材料，主要用于制作发电机、电缆、开关装置、变压器等电工器材和热交换器、管道、太阳能加热装置等导热器材。因此，铜合金适用于制造异型孔冷却模具的制造。
采用传统技术制造铜合金异型孔冷却模具，其主要步骤是下料、分块机械加工、焊前修整、焊接装配、焊接、无损探伤、修整焊缝以及密封打压等工序，整个制造周期非常长；合格率极低，高压使用容易泄露，增加了使用成本。
相对于传统技术，3D打印技术作为一种新型增材制造技术，不需要传统的模具、刀具、夹具及多道加工工序，在一台设备上可快速而精密地制造出任意复杂形状的零件，从而实现自由制造，解决许多传统技术难以制造的复杂结构零件，并大大减少了加工工序，缩短了加工周期，而且越是复杂结构产品，其优势越为凸显。因此，3D打印技术为铜合金异型孔冷却模具的快速制造提供了一种新的技术途径。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种铜合金异型孔冷却模具的制造方法，采用3D打印技术制造铜合金异型孔冷却模具。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种铜合金异形孔冷却模具的制造方法，其包括如下步骤：
S1：构建铜合金异形孔冷却模具的三维数模，并将所述三维数模以stl格式导出；
S2：对步骤S1处理后的三维数模进行修复，以满足3D打印的要求；
S3：对步骤S2后的三维数模进行摆放角度分析、添加网格支撑、添加工艺余量以及制作底部倒角；
S4：将步骤S3处理后的三维数模转化成二维切片信息，并进行错误诊断和修复，生成加工程序文件，将所述加工程序文件导入3D打印设备中；
S5：设定3D打印工艺参数后，将铜合金粉末加入3D打印设备的料缸中，并平铺在打印工作平台的基板上，同时3D调整打印设备的成形舱室的氧气含量；
S6：开启3D打印设备，将基板的表面预热至100℃后，根据所述加工程序文件的第一层轨迹对铜合金粉末进行选择性熔化，形成铜合金异形孔冷却模具的第一层截面；
S7：调整成形缸和料缸的高度，继续对第二层到第N层分别进行扫描成形，直至整个铜合金异形孔冷却模具的成形完成。
作为优选方案，还包括如下步骤：
S8：将铜合金异形孔冷却模具从3D打印设备取出来，去除未反应的铜合金粉末；
S9：将铜合金异形孔冷却模具异型孔的工艺余量加工成可与流体抛光机的接头相匹配的螺纹孔；
S10：对铜合金异形孔冷却模具中的异型孔进行抛光后，将铜合金异型孔冷却模具在400～650℃下进行热处理；
S11：进行检测，合格后去除基板，以及异型孔内部工艺余量和外部工艺余量。
作为优选方案，所述网格支撑为0.4～0.5mm，在每个异形孔的端口区域添加工艺余量，沿孔径内径单边添加0.5～1.0mm工艺余量，工艺余量沿孔径深度10～15mm，底部倒角为其中a为底部拉伸的余量。
作为优选方案，所述3D打印工艺参数包括：激光功率为150～550W，扫描速度为500～1800mm/s，激光搭接为0.75～0.90mm，铺粉层厚为0.02～0.04mm，光斑直径为100～120μm，粉补系数为90～150％。
作为优选方案，所述铜合金粉末的粒径为5～70μm。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明采用3D打印技术制备铜合金异型孔冷却模具的方法，减少工序，缩短制造周期60％以上；
2、采用本发明成形的铜合金异型孔冷却模具，内部表面质量好，承压能力优异。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本实施方式提供了一种铜合金异形孔冷却模具的制造方法，其包括如下步骤：
步骤1、根据铜合金异型孔冷却模具的二维图纸，采用三维画图软件，构建铜合金异型孔冷却模具的三维数模，并以stl格式导出数模；
步骤2、采用商用三维修复软件，对铜合金异型孔冷却模具的stl格式三维数模进行修复，去除三维数模中的错误数据以及缺陷数据，满足3D打印技术要求；
步骤3、采用商用三维修复软件对铜合金异型孔冷却模具进行摆放角度分析、添加网格支撑、添加工艺余量以及做底部倒角，模具与刮刀角度为10～15°，网格支撑为0.4～0.5mm，在每个异型孔端口区域添加工艺余量，沿孔径内径方向单边添加0.5～1.0mm工艺余量，工艺余量沿孔径深度10～15mm；底部倒角为其中a为底部拉伸的余量；
步骤4、采用商用切片软件对步骤3的三维数模进行切片分析，转化成二维切片信息，并在切片软件中对二维切片信息进行错误诊断及修复，待二维切片信息无误后，生成相应的加工程序文件，将异型孔冷却模具的加工程序文件导入3D打印设备中；
步骤5、设定3D打印的工艺参数：激光功率为150～550W，扫描速度为500～1800mm/S，激光搭接为0.75～0.90mm，铺粉层厚为0.02～0.04mm,光斑直径为100～120μm，粉补系数为90％～150％；
步骤6、选取粒度范围为5～70μm的铜合金粉末，在真空烘干后，将其加入到打印设备的料缸中。采用刮刀将铜合金粉末均匀地铺在打印工作平台的基板上，确保铺粉均匀，然后关闭打印设备舱门，并开始向设备成形舱室内部充入惰性气体，使舱室内部的氧含量降到200ppm内；
步骤7、开启3D打印设备，先对基板表面进行预热，加热到100°后，根据铜合金异型孔冷却模具加工程序的第一层轨迹，对工作平台上的铝合金粉末选择性熔化，熔池冷却并凝固成实体，第一层扫面两遍，形成异型孔冷却模具的第一层截面；
步骤8、成形缸下降单层高度，料缸上升一定高度，刮刀将粉末均匀地铺在成形基板上，多余粉末收到回收料缸内，激光沿加工程序轨迹扫描，逐层叠加，直至整个复杂薄壁管路零件的成形完成；
步骤9、成形结束后，冷却到室温状态，将模具取出来，并采用高压空气将模具中的粉末吹出来，高压空气压力为0.5～0.7Mpa，时间为5～10min；
步骤10、将模具异型孔的工艺余量加工成螺纹孔，可与流体抛光机的接头相匹配连接，匹配连接后无泄漏；
步骤11、采用流体抛光机对模具异型孔进行抛光，先采用碳化硅磨料对模具异型孔内部抛光，压力为2～5Mpa，抛光时间为10～15min，随后采用高分子弹性磨料对模具异型孔内部抛光，压力为3～6Mpa，抛光时间为15～30min，最后用高压水清洗异型孔内部，异型孔内部表面质量不低于Ra0.8；
步骤12、抛光后，随基板一起进热处理炉，热处理制度：温度为400℃～650℃，保温时间2～6小时，随炉冷却到100℃以下出炉。
步骤13、热处理后，对模具进行密封打压试验，承受压力10MPa，至少10小时不泄露；
步骤14、测试后，采用线切割去除基板，采用数控加工方法去除异型孔内部工艺余量以及外部多余余量，直至尺寸要求。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (5)

1.一种铜合金异形孔冷却模具的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：构建铜合金异形孔冷却模具的三维数模，并将所述三维数模以stl格式导出；
S2：对步骤S1处理后的三维数模进行修复，以满足3D打印的要求；
S3：对步骤S2后的三维数模进行摆放角度分析、添加网格支撑、添加工艺余量以及制作底部倒角；
S4：将步骤S3处理后的三维数模转化成二维切片信息，并进行错误诊断和修复，生成加工程序文件，将所述加工程序文件导入3D打印设备中；
S5：设定3D打印工艺参数后，将铜合金粉末加入3D打印设备的料缸中，并平铺在打印工作平台的基板上，同时3D调整打印设备的成形舱室的氧气含量；
S6：开启3D打印设备，将基板的表面预热至100℃后，根据所述加工程序文件的第一层轨迹对铜合金粉末进行选择性熔化，形成铜合金异形孔冷却模具的第一层截面；
S7：调整成形缸和料缸的高度，继续对第二层到第N层分别进行扫描成形，直至整个铜合金异形孔冷却模具的成形完成。
2.如权利要求1所述的铜合金异形孔冷却模具的制造方法，其特征在于，还包括如下步骤：
S8：将铜合金异形孔冷却模具从3D打印设备取出来，去除异形孔中的铜合金粉末；
S9：将铜合金异形孔冷却模具异型孔的工艺余量加工成可与流体抛光机的接头相匹配的螺纹孔；
S10：对铜合金异形孔冷却模具中的异型孔进行抛光后，将铜合金异型孔冷却模具在400～650℃下进行热处理；
S11：进行检测，合格后去除基板，以及异型孔内部工艺余量和外部工艺余量。
3.如权利要求1所述的铜合金异形孔冷却模具的制造方法，其特征在于，所述网格支撑为0.4～0.5mm，在每个异形孔的端口区域添加工艺余量，沿孔径内径单边添加0.5～1.0mm工艺余量，工艺余量沿孔径深度10～15mm，底部倒角为其中a为底部拉伸的余量。
4.如权利要求1所述的铜合金异形孔冷却模具的制造方法，其特征在于，所述3D打印工艺参数包括：激光功率为150～550W，扫描速度为500～1800mm/s，激光搭接为0.75～0.90mm，铺粉层厚为0.02～0.04mm，光斑直径为100～120μm，粉补系数为90～150％。
5.如权利要求1所述的铜合金异形孔冷却模具的制造方法，其特征在于，所述铜合金粉末的粒径为5～70μm。
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