CN107999750B - 汽车发电机精密模具制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及模具制造领域，特别是涉及制造汽车零件的模具，具体地提供一种汽车发电机精密模具制造方法，包括以下步骤：根据汽车发电机的相应部件设计对应的精密模具的三维模型，并对所述三维模型进行分层切片处理；利用激光3D打印设备打印底座部、缓冲部和成型部；对成型部进行表面处理，得到汽车发电机精密模具。本发明大大缩短了精密模具的开发周期，减少传统的模具生产准备时间，适应不同汽车发电机部件的频繁更换和改进，使模具设计周期与汽车发电机部件设计周期同步，能够制造用于生产复杂形状的汽车发电机部件的精密模具，减少材料浪费，降低精密模具生产成本，提高了汽车发电机精密模具的使用寿命。

Description

汽车发电机精密模具制造方法
技术领域：
本发明涉及模具制造领域，特别是涉及制造汽车零件的模具，具体地提供一种汽车发电机精密模具制造方法。
背景技术：
汽车发电机是汽车的主要电源，主要用于在发动机正常运转时(怠速以上)向所有用电设备(起动机除外)供电，并同时向蓄电池充电，主要由转子、定子、整流器和端盖组成；汽车发电机的各个部件在制造过程中通常会用到模具成型，例如定子铁芯的冲压模具、转子爪极的锻压模具以及端盖的铸造模具；具体如中国专利CN200480039437.0公开了一种电机的定子铁心的制造方法，首先由条形的薄片制成基本呈长方体形的薄片组，该薄片组在随后的一个步骤中通过绕圆轴芯弯卷变形为环形，薄片组的n片薄片以与其在冲压模具中制造顺序相同的顺序设置；又如中国专利CN95104603.9公开了一种汽车发电机转子的制造方法，其选用适当的钢材经过加热后在高精度的模具中锻压成型的，轴套内径与主轴外径经车制成过盈公差配合，把前、后极爪和连接后放入恒温箱中加热至一定温度，取出后立即将未经加热的主轴放进轴套直至定位处，再冷却至常温；还有中国专利CN201210124122.2公开了一种车用发电机电刷端盖的制造方法，则是利用模具铸造出电刷端盖毛坯；定子、转子和端盖都是汽车发电机的重要组成部件，随着对汽车发电机的制造精度要求越来越高，其各个部件也要求配合精度、尺寸精度高，表面粗糙度低，进而对制造部分部件的模具精度的要求也更高。在实际制造过程中，制造汽车发电机各部件的模具由于承受极大冲击以及反复冲击，模具的局部容易产生细微裂纹甚至宏观裂纹，从而导致模具开裂失效；还有一些是模具内的部分区域的磨损量较大，容易引起模具的磨损失效，这些都显著影响了模具的寿命；并且，随着模具的使用，其精度也逐渐降低，不能满足精密部件的制造要求。同时，随着汽车发电机的结构设计越来越复杂，汽车发电机各部件的设计周期缩短，传统的模具设计周期更不上汽车发电机各部件的更换改进，开发周期和生产准备时间仍然较长。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术制造的汽车发电机各部件的模具存在开发周期长、更换改进跟不上汽车发电机模具的设计周期以及寿命精度逐渐降低等缺点，提供一种汽车发电机精密模具制造方法。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：汽车发电机精密模具制造方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤1：根据汽车发电机的相应部件设计对应的精密模具的三维模型，并对所述三维模型进行分层切片处理，所述精密模具包括底座部、缓冲部和成型部；
步骤2：将步骤1中得到的所述精密模具的三维模型参数输入至激光3D打印设备中进行打印，首先打印得到所述精密模具的底座部；
步骤3：在步骤2中得到的底座部上打印缓冲部；
步骤4：在步骤3中得到的缓冲部上打印成型部；
步骤5：对步骤4中得到的成型部进行表面处理，得到汽车发电机精密模具。
优选地，步骤1中，在汽车发电机精密模具的三维模型设计完成后，将对应的汽车发电机的具体部件的三维模型导入三维设计软件与精密模具的三维模型进行适应性预装配。
优选地，步骤1中，在汽车发电机精密模具的三维模型设计完成后，利用有限元分析软件Deform-3D进行仿真分析具体部件模拟成形过程和模具受力情况。
优选地，所述底座部由金属粉末颗粒通过激光打印形成，激光打印的功率为280～470W，打印速度为37～100mm3/min，采用的金属粉末颗粒的平均粒径为41～49μm。
优选地，所述底座部的上表面设有多个第一盲孔，缓冲部的下表面设有对应第一盲孔的第一凸起，缓冲部的上表面设有多个与第一凸起轴线不重合的第二凸起，成型部的下表面设有对应第二凸起的第二盲孔。
更优选地，在每个第一盲孔的周边区域进行喷涂纳米颗粒处理，所述纳米颗粒的材料为氧化铝陶瓷或氧化锆陶瓷，所述纳米颗粒的平均粒径小于20纳米，喷涂纳米颗粒处理的厚度小于0.2微米。
优选地，所述缓冲部由氧化铝陶瓷或氧化锆陶瓷颗粒通过激光打印形成，激光打印的功率密度为87～101W/cm3，采用的氧化铝陶瓷或氧化锆陶瓷颗粒的平均粒径为13～25μm。
优选地，所述成型部由金属粉末颗粒通过激光打印形成，激光打印的功率为220～390W，打印速度为30～88mm3/min，采用的金属粉末颗粒的平均粒径为33～43μm。
优选地，所述成型部的激光打印速度小于所述底座部的激光打印速度，所述成型部的激光打印采用的金属粉末颗粒的平均粒径小于所述底座部的激光打印采用的金属粉末颗粒的平均粒径。
优选地，对成型部进行的表面处理为喷砂或打磨抛光。
本发明由于采取了上述技术方案，其具有如下有益效果：
本发明所述的汽车发电机精密模具制造方法，利用3D打印技术，大大缩短了汽车发电机精密模具的开发周期，减少传统的模具生产准备时间，适应不同汽车发电机部件的频繁更换和改进，使模具设计周期与汽车发电机部件设计周期同步，能够制造用于生产复杂形状的汽车发电机部件的精密模具，减少材料浪费，降低精密模具生产成本，不仅能够提高汽车发电机精密模具生产的汽车发电机部件的成型质量，而且提高了汽车发电机精密模具的使用寿命。
附图说明：
图1为本发明所述的汽车发电机精密模具的结构示意图。
具体实施方式：
以下结合附图对本发明的内容作进一步说明。
如图1所示，本发明所述的汽车发电机精密模具制造方法，用于制造汽车发电机中的相应部件的精密模具，其特征在于：包括以下步骤，
步骤1：根据汽车发电机的相应部件设计对应的精密模具的三维模型，并对所述三维模型进行分层切片处理，所述精密模具包括底座部100、缓冲部101和成型部102；
利用三维设计软件，例如UG、CATIA、solidworks、pro/e、inventor等，根据汽车发电机的具体部件，例如定子铁芯、转子爪极和端盖的具体形状，设计对应的汽车发电机精密模具的三维模型；
其中，所述成型部102用于汽车发电机的相应部件的成型；优选所述底座部100的上表面设有多个第一盲孔103，缓冲部101的下表面设有对应第一盲孔103的第一凸起104，缓冲部101的上表面设有多个与第一凸起104轴线不重合的第二凸起105，成型部102的下表面设有对应第二凸起105的第二盲孔106，这样设置可以使底座部100、缓冲部101和成型部102彼此之间结合的更加牢固，得到的所述精密模具使用过程中更加稳定，寿命更长。
为了得到配合度更好的精密模具，在汽车发电机精密模具的三维模型设计完成后，将对应的汽车发电机的具体部件的三维模型导入三维设计软件与精密模具的三维模型进行适应性预装配，根据装配的配合情况，可以对尺寸结构进行微调。
为了得到更精密的模具，在汽车发电机精密模具的三维模型设计完成后，利用有限元分析软件Deform-3D进行仿真分析具体部件模拟成形过程和模具受力情况，根据裂纹产生情况和磨损量的大小，可以改变材料比例以及调整局部结构尺寸。
步骤2：将步骤1中得到的所述精密模具的三维模型参数输入至激光3D打印设备中进行打印，首先打印得到所述精密模具的底座部100；
所述底座部100可由金属粉末颗粒通过激光打印形成，优选激光打印的功率为280～470W，打印速度为37～100mm3/min，采用的金属粉末颗粒的平均粒径为41～49μm。
当打印得到的所述底座部100的上表面设有多个第一盲孔103时，在每个第一盲孔103的周边区域进行喷涂纳米颗粒处理，所述纳米颗粒的材料为氧化铝陶瓷或氧化锆陶瓷，所述纳米颗粒的平均粒径小于20纳米，喷涂纳米颗粒处理的厚度小于0.2微米。
步骤3：在步骤2中得到的底座部100上打印缓冲部101；
所述缓冲部101可由氧化铝陶瓷或氧化锆陶瓷颗粒通过激光打印形成，例如采用激光烧结技术，优选激光打印的功率密度为87～101W/cm3，采用的氧化铝陶瓷或氧化锆陶瓷颗粒的平均粒径为13～25μm。
步骤4：在步骤3中得到的缓冲部101上打印成型部102；
所述成型部102可由金属粉末颗粒通过激光打印形成，优选激光打印的功率为220～390W，打印速度为30～88mm3/min，采用的金属粉末颗粒的平均粒径为33～43μm。
优选地，所述成型部102的激光打印速度小于所述底座部100的激光打印速度，所述成型部102的激光打印采用的金属粉末颗粒的平均粒径小于所述底座部100的激光打印采用的金属粉末颗粒的平均粒径。
步骤5：对步骤4中得到的成型部102进行表面处理，得到汽车发电机精密模具；
在步骤4打印成型部102之后，通常先将废料清除，防止废料污染粉料，然后进行初步的清粉，最后取出得到汽车发电机精密模具；
由于所述成型部102用于汽车发电机的相应部件的成型，为了能够加工精密的汽车发电机部件，通常对成型部102进行表面处理，优选喷砂或打磨抛光，其中喷砂可以利用压缩空气将铜矿砂、石英砂、金刚砂、铁砂、海南砂等高速喷射到所述成型部102的上表面的相应部分，从而提高光洁度和精度，以及消除热应力。
下面借助具体实施方案详细解释本发明
实施例1
首先根据汽车发电机的定子铁芯设计对应的精密模具的三维模型，并对所述三维模型进行分层切片处理，所述精密模具包括底座部100、缓冲部101和成型部102；所述底座部100的上表面设有多个第一盲孔103，缓冲部101的下表面设有对应第一盲孔103的第一凸起104，缓冲部101的上表面设有多个与第一凸起104轴线不重合的第二凸起105，成型部102的下表面设有对应第二凸起105的第二盲孔106；然后利用激光3D打印设备依次打印底座部100、缓冲部101和成型部102；底座部100的激光打印的功率为300W，打印速度为70mm3/min，采用的金属粉末颗粒的平均粒径为45μm；缓冲部101的激光打印的功率密度为90W/cm3，采用氧化铝陶瓷颗粒的平均粒径为18μm；成型部102的激光打印的功率为280W，打印速度为50mm3/min，采用的金属粉末颗粒的平均粒径为36μm；最后对所述成型部102进行表面喷砂处理，得到汽车发电机的定子铁芯精密模具。
实施例2
首先根据汽车发电机的转子爪极设计对应的精密模具的三维模型，并对所述三维模型进行分层切片处理，所述精密模具包括底座部100、缓冲部101和成型部102；所述底座部100的上表面设有多个第一盲孔103，缓冲部101的下表面设有对应第一盲孔103的第一凸起104，缓冲部101的上表面设有多个与第一凸起104轴线不重合的第二凸起105，成型部102的下表面设有对应第二凸起105的第二盲孔106；然后利用激光3D打印设备依次打印底座部100、缓冲部101和成型部102；底座部100的激光打印的功率为400W，打印速度为60mm3/min，采用的金属粉末颗粒的平均粒径为70μm，在每个第一盲孔103的周边区域进行喷涂纳米颗粒处理，所述纳米颗粒的材料为氧化锆陶瓷，所述纳米颗粒的平均粒径为10纳米，喷涂纳米颗粒处理的厚度为0.1微米；缓冲部101的激光打印的功率密度为93W/cm3，采用氧化锆陶瓷颗粒的平均粒径为20μm；成型部102的激光打印的功率为370W，打印速度为55mm3/min，采用的金属粉末颗粒的平均粒径为58μm；最后对所述成型部102进行表面打磨抛光处理，得到汽车发电机的转子爪极精密模具。
实施例3
首先根据汽车发电机的端盖设计对应的精密模具的三维模型，并对所述三维模型进行分层切片处理，所述精密模具包括底座部100、缓冲部101和成型部102；所述底座部100的上表面设有多个第一盲孔103，缓冲部101的下表面设有对应第一盲孔103的第一凸起104，缓冲部101的上表面设有多个与第一凸起104轴线不重合的第二凸起105，成型部102的下表面设有对应第二凸起105的第二盲孔106；然后利用激光3D打印设备依次打印底座部100、缓冲部101和成型部102；底座部100的激光打印的功率为290W，打印速度为80mm3/min，采用的金属粉末颗粒的平均粒径为48μm；缓冲部101的激光打印的功率密度为89W/cm3，采用氧化铝陶瓷颗粒的平均粒径为23μm；成型部102的激光打印的功率为270W，打印速度为69mm3/min，采用的金属粉末颗粒的平均粒径为40μm；最后对所述成型部102进行表面喷砂处理，得到汽车发电机的端盖精密模具。
对实施例1-3得到的汽车发电机精密模具进行实际生产验证，能够制造用于生产复杂形状的汽车发电机部件的精密模具，减少材料浪费，降低精密模具生产成本，不仅提高了精密模具生产的汽车发电机部件的成型质量，而且提高了汽车发电机精密模具的使用寿命。

Claims (6)

1.汽车发电机精密模具制造方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤1：根据汽车发电机的相应部件设计对应的精密模具的三维模型，并对所述三维模型进行分层切片处理，所述精密模具包括底座部、缓冲部和成型部；
步骤2：将步骤1中得到的所述精密模具的三维模型参数输入至激光3D打印设备中进行打印，首先打印得到所述精密模具的底座部；
步骤3：在步骤2中得到的底座部上打印缓冲部；
步骤4：在步骤3中得到的缓冲部上打印成型部；
步骤5：对步骤4中得到的成型部进行表面处理，得到汽车发电机精密模具；
所述底座部由金属粉末颗粒通过激光打印形成，激光打印的功率为280～470W，打印速度为37～100mm3/min，采用的金属粉末颗粒的平均粒径为41～49μm；
所述缓冲部由氧化铝陶瓷或氧化锆陶瓷颗粒通过激光打印形成，激光打印的功率密度为87～101W/cm3，采用的氧化铝陶瓷或氧化锆陶瓷颗粒的平均粒径为13～25μm；
所述成型部由金属粉末颗粒通过激光打印形成，激光打印的功率为220～390W，打印速度为30～88mm3/min，采用的金属粉末颗粒的平均粒径为33～43μm；
所述底座部的上表面设有多个第一盲孔，缓冲部的下表面每一个第一盲孔均设有对应的第一凸起，缓冲部的上表面设有多个与第一凸起轴线不重合的第二凸起，成型部的下表面每一个第二凸起均设有对应的第二盲孔。
2.根据权利要求1所述的汽车发电机精密模具制造方法，其特征在于：步骤1中，在汽车发电机精密模具的三维模型设计完成后，将对应的汽车发电机的具体部件的三维模型导入三维设计软件与精密模具的三维模型进行适应性预装配，根据装配的配合情况，对尺寸结构进行微调。
3.根据权利要求1所述的汽车发电机精密模具制造方法，其特征在于：步骤1中，在汽车发电机精密模具的三维模型设计完成后，利用有限元分析软件Deform-3D进行仿真分析具体部件模拟成形过程和模具受力情况，根据裂纹产生情况和磨损量的大小，改变材料比例以及调整局部结构尺寸。
4.根据权利要求1所述的汽车发电机精密模具制造方法，其特征在于：在每个第一盲孔的周边区域进行喷涂纳米颗粒处理，所述纳米颗粒的材料为氧化铝陶瓷或氧化锆陶瓷，所述纳米颗粒的平均粒径小于20纳米，喷涂纳米颗粒处理的厚度小于0.2微米。
5.根据权利要求1所述的汽车发电机精密模具制造方法，其特征在于：所述成型部的激光打印速度小于所述底座部的激光打印速度，所述成型部的激光打印采用的金属粉末颗粒的平均粒径小于所述底座部的激光打印采用的金属粉末颗粒的平均粒径。
6.根据权利要求1所述的汽车发电机精密模具制造方法，其特征在于：对成型部进行的表面处理为喷砂或打磨抛光。
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