CN106938509A - 一种复合树脂金属模具及其制作方法 - Google Patents

一种复合树脂金属模具及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复合树脂金属模具及其制作方法，所述复合树脂金属模具包括金属层（1）、树脂纤维层（2）和金属支撑架（3），所述树脂纤维层（2）设置在金属层（1）的背层，所述金属支撑架（3）的一端通过树脂纤维层（2）固定连接在金属层（1）的内侧，另一端伸出树脂纤维层（2）；与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用金属层和树脂纤维层的解决了传统树脂模具不耐磨、不耐温、加工过程复杂的技术问题，又解决了3D打印的金属层过薄，强度低的技术问题；复合树脂金属模具具有很好的尺寸稳定性、硬度、抗拉压强度、耐磨性、耐热性。

Description

一种复合树脂金属模具及其制作方法
技术领域
本发明属于模具加工技术领域，具体涉及一种复合树脂金属模具。
背景技术
中国是世界铸造大国，铸造模具有着广阔的发展空间和创新。但由于模具的制作方法中，阴模和/或阳模构成母模的制作流程较为复杂和繁琐。树脂模具与金属模具相比不耐磨、不耐温（使用温度只限于80度以内）。投入胎模材料多、资金大，采用数控雕铣机和/或木工雕刻机加工周期长。专利ZL200710010860.3的《环保型复合树脂模具的制作方法》发明专利即属此类。其中所采用的模具胎模材料为密度板等，本身就是一项污染源，数控加工的粉尘很难以控制，粉末和边角余料也无法回收循环再利用。现有技术中，利用金属3D打印一体化设备加工制造的金属模具，由于技术的局限性，加工成的金属外壳皮薄，易变型，无法用作铸造模具。
发明内容
为了上述现有技术中存在的技术问题，本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种复合树脂金属模具，所述复合树脂金属模具包括金属层、树脂纤维层和金属支撑架，所述树脂纤维层设置在金属层的背层，所述金属支撑架贯穿树脂纤维层且一端固定连接在金属层的内侧，另一端伸出树脂纤维层。
进一步的，所述金属层采用金属3D打印设备加工成型，厚度约为2-3mm，该金属3D打印设备为铸、锻、铣一体的金属3D打印设备。
进一步的，所述金属支撑架与金属层为一体加工成型或通过金属层的背面预设的螺孔和/或螺栓连接，金属支撑架为T型、三角形或其他结构。
进一步的，所述树脂纤维层采用的基体材料为改性树脂，改性树脂的成分为聚氨酯和/或环氧树脂，采用的增强纤维为玻璃纤维和/或碳纤维，还包括固化剂，固化剂采用888固化剂，所述树脂纤维层厚度约为5-10mm。
进一步的，所述树脂纤维层采用的材料还包括纳米耐磨填料和增韧剂。
进一步的，所述纳米耐磨填料为纳米二氧化硅，所述增韧剂为PA662。
本发明还提供一种复合树脂金属模具的制作方法的技术方案：所述树脂纤维层采用的基体材料为改性树脂，改性树脂的成分为聚氨酯和/或环氧树脂，采用的增强纤维为玻璃纤维和/或碳纤维，具体步骤如下：
1）通过金属3D打印设置，加工制作金属层；
2）将改性树脂置于恒温箱中加热至30℃-40℃，40-50分钟；
3）在液态的改性树脂中添加固化剂、纳米耐磨填料和增韧剂，拌匀，在金属层背层薄薄的喷刷一层厚度为0.1-0.3mm的改性树脂，当半凝胶时涂刷第二层改性树脂；
4）在改性树脂层上铺放增强纤维，抱固增强厚度约为5-10mm。
优选的，步骤3）和4）为常温条件下进行，时间总和控制在50分钟之内。
进一步的，为了制造长度大于7m的大型模具时，制作长度大于7m的大型模具，在步骤1）之前还包括如下步骤：由于3D打印设备加工行程小，需将金属层分解成不少于两个的模块进行金属3D打印加工成型，在高精度的平板上，按照模具的图纸实际尺寸形状放样并依定位线进行组合，再将组合一体的大型模具的金属层与金属支撑架加固连接，将树脂纤维层设置在金属层的背层。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用金属层和树脂纤维层的解决了传统树脂模具不耐磨、不耐温、加工过程复杂的技术问题，又解决了3D打印的金属层过薄，强度低的技术问题；复合树脂金属模具具有很好的尺寸稳定性、硬度、抗拉压强度、耐磨性、耐热性。可省去模具胎膜的制作，及制作的材料，省去了数控加工的时间，可彻底解决加工粉尘污染的问题，模具的制作成本费用低、制作周期短，并且，3D打印丝材金属材料还可回收再利用，使铸造模具的制作过程更加低碳、保环，可实现持续发展。符合了《中华人民共和国循环经济促进法》的要求。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图。
图2是本发明图1的A-A剖面结构示意图。
图中：1金属层、2树脂纤维层、3金属支撑架。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
请参阅图1和图2，本发明提供一种技术方案：
一种复合树脂金属模具，所述复合树脂金属模具包括金属层1、树脂纤维层2和金属支撑架3，所述树脂纤维层2设置在金属层1的背层，所述金属支撑架3贯穿树脂纤维层2且一端固定连接在金属层1的内侧，另一端伸出树脂纤维层2。
为进一步的提高金属层1的加工效率，所述金属层1采用铸、锻、铣一体金属3D打印设备加工成型，厚度约为2-3mm，这一手段解决了传统模具加工过程中粉尘的污染问题。
为进一步提高模具的稳定性和强度，所述金属支撑架3为T型，金属支撑架3与金属层1为在3D打印过程中一体加工成型；金属支撑架3与金属层1还可以通过金属层1的背面预设的螺孔和/或螺栓连接，这一手段可以增强该模具的强度和稳定性。
进一步的，所述树脂纤维层2采用的基体材料为改性树脂，改性树脂的成分为聚氨酯5%和环氧树脂75%，树脂纤维层2还包括888固化剂20%，采用的增强纤维为玻璃纤维，所述树脂纤维层2厚度约为5-10mm，树脂纤维层2成为厚度约5-10mm的FRP玻璃钢。
为进一步提高树脂纤维层2的稳定性，所述树脂纤维层2采用的材料还包括少量的纳米耐磨填料和增韧剂，所述纳米耐磨填料为纳米二氧化硅，所述增韧剂为PA662。
一种复合树脂金属模具的制作方法，具体步骤如下：
1）通过金属3D打印设置，加工制作金属层1；
2）将改性树脂置于恒温箱中加热至35℃，约45分钟，浓度稀流为止；
3）向液态的改性树脂中添加888固化剂20%、少量的纳米二氧化硅和PA662增韧剂，拌匀，在金属层1背层薄薄的喷刷一层厚度为0.1-0.3mm的改性树脂，当半凝胶时涂刷再迅速第二层改性树脂；
4）在改性树脂层上铺放增强纤维，抱固增强厚度约为5-10mm，制成的树脂纤维层2成为厚度约5-10mm的FRP玻璃钢。
进一步的，步骤3）和4）为常温条件下进行，时间总和控制在50分钟之内。
实施例2：
制造一种长度为8m的大型模具，由于3D打印设备加工行程小，将金属层1按图纸设计分解成4个模块进行金属3D打印加工成型，在高精度的平板上，按照模具的图纸实际尺寸形状放样并依定位线进行组合，将4个金属层模块组合成完整的大型模具金属层1，再将金属层1与金属支撑架3通过背面预设的螺孔和/或螺栓连接，最后将树脂纤维层2敷设在金属层1的背层，步骤如下：将改性树脂于恒温箱中加热至30℃，50分钟；在金属层1背层薄薄的喷刷一层厚度为0.1-0.3mm的改性树脂，当半凝胶时涂刷再迅速第二层改性树脂；在改性树脂层上铺放增强纤维，抱固增强厚度约为10mm。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种复合树脂金属模具，其特征在于：所述复合树脂金属模具包括金属层（1）、树脂纤维层（2）和金属支撑架（3），所述树脂纤维层（2）设置在金属层（1）的背层，所述金属支撑架（3）贯穿树脂纤维层（2）且一端固定连接在金属层（1）的内侧，另一端伸出树脂纤维层（2）。
2.如权利要求1所述的一种复合树脂金属模具，其特征在于，所述金属层（1）采用金属3D打印设备加工成型，厚度约为2-3mm。
3.如权利要求1所述的一种复合树脂金属模具，其特征在于，所述金属支撑架（3）与金属层（1）为一体加工成型或通过金属层（1）的背面预设的螺孔和/或螺栓连接。
4.如权利要求1所述的一种复合树脂金属模具，其特征在于，所述树脂纤维层（2）采用的基体材料为改性树脂，改性树脂的成分为聚氨酯和/或环氧树脂，采用的增强纤维为玻璃纤维和/或碳纤维，还包括固化剂，固化剂采用888固化剂，所述树脂纤维层（2）厚度约为5-10mm。
5.如权利要求1所述的一种复合树脂金属模具，其特征在于，所述树脂纤维层（2）采用的材料还包括纳米耐磨填料和增韧剂。
6.如权利要求5所述的一种复合树脂金属模具，其特征在于，所述纳米耐磨填料为纳米二氧化硅，所述增韧剂为PA662。
7.如上述权利要求1-6所述复合树脂金属模具的制作方法，其特征在于，所述树脂纤维层（2）采用的基体材料为改性树脂、增强纤维和固化剂，改性树脂的成分为聚氨酯和/或环氧树脂，采用的增强纤维为玻璃纤维和/或碳纤维，具体步骤如下：
1）通过金属3D打印设置，加工制作金属层（1）；
2）将改性树脂置于恒温箱中加热至30℃-40℃，40-50分钟；
3）在液态的改性树脂中添加固化剂、纳米耐磨填料和增韧剂，拌匀，在金属层（1）背层喷刷一层厚度为0.1-0.3mm的改性树脂，当半凝胶时涂刷第二层改性树脂；
4）在改性树脂层上铺放增强纤维，抱固增强厚度约为5-10mm。
8.如权利要求7所述一种复合树脂金属模具的制作方法，其特征在于，步骤3）和4）为常温条件下进行，时间总和控制在50分钟之内。
9.如权利要求7所述一种复合树脂金属模具的制作方法，其特征在于，制作长度大于7m的大型模具，在步骤1）之前还包括如下步骤：先将金属层（1）分解成不少于两个的模块进行金属3D打印加工成型，在高精度的平板上，按照模具的图纸实际尺寸形状放样并依定位线进行组合，组合成大型模具的金属层（1）。
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