CN108637110A - 一种结合3d打印与金属切削工艺的热冲压模具制造方法 - Google Patents

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蔡万华
单忠德
闫沁太
姜超
黄江华
贾瑞鹏
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Hercynian (fujian) Branch Co Ltd General Institute Of Mechanical Science
Beijing Institute Of Light Quantitative Science And Research Co Ltd
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Hercynian (fujian) Branch Co Ltd General Institute Of Mechanical Science
Beijing Institute Of Light Quantitative Science And Research Co Ltd
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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D37/00—Tools as parts of machines covered by this subclass
    • B21D37/20—Making tools by operations not covered by a single other subclass
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
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Abstract

本发明公开了一种具有冷却管道模具的设计加工方法，能够经济高效的加工出与模腔形状基本贴合的圆形或异形截面冷却管道。首先采用铣削等切削加工方法加工热冲压模具基体和部分用于进出水的直管道，之后采用金属3D打印技术在基体上逐层堆积出冷却管道部分，最后采用切削加工、打磨等方法加工模具型腔表面。与现有铣削、钻孔等切削加工方法相比，模具冷却管道的走向可与模具型腔形状更为贴合，管道截面形状可采用非圆形结构，设计灵活性更高。与完全采用3D打印方法相比，大幅降低了金属粉末的使用量和堆积层厚度，降低了材料费用，缩短了加工时间。

Description

一种结合3D打印与金属切削工艺的热冲压模具制造方法
技术领域
本发明涉及超高强钢热冲压模具、压铸模具等具有冷却管道模具的设计加工方法，特别涉及模具冷却管道的设计加工。
背景技术
超高强钢热冲模具具有成形和淬火两大功能，目前主要采用钻孔、铣削等机加工方法加工模具冷却管道，受限于钻孔仅能加工直孔等限制，冷却管道不能完全贴合模具型腔表面，造成模具冷却不均匀，表面温度不一致。金属3D打印用粉末价格远高于常规模具钢，打印速度低，完全采用3D打印方法制造模具成本过高，难以推广。
发明内容
本发明提供一种结合了3D打印与金属切削工艺的热冲压模具设计制造方法，能够经济高效加工出与模腔形状基本贴合，圆形或异形截面的冷却管道。
超高强钢热冲压模具在基体内布置有冷却管道，该方法首先采用铣削等切削加工方法加工热冲压模具基体和用于进出水的直管道，之后采用金属3D打印技术在基体上逐层堆积出冷却管道部分，最后采用切削加工、打磨等方法加工模具型腔表面。
模具由基体和冷却管道层两部分组成，分界面见附图2中的2所示虚线，分界面以下是基体，分界面以上是冷却管道层，分界面的设计应能满足切削加工和金属3D打印的工艺要求。热冲压模具基体，见附图2中5，可采用常规锻造热作模具钢，如H13等，基体上分界面的粗糙度应满足金属3D打印工艺要求，基体上应钻孔加工出部分冷却管道，见附图2中6。热冲压模具冷却管道层，见附图2中1，可采用同轴送粉等金属3D打印方法加工，应尽量选用热导率高的金属粉末，管道可根据模具型腔形状设计，见附图2中4，管道截面可采用椭圆等特殊形状。热冲压模具型腔表面，见附图2中3，可采用铣削、打磨等方法加工，达到尺寸精度、表面光洁度要求。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明；
图1是本发明一实施例热冲压模具镶块的示意图；
图2是本图1中热冲压模具镶块A-A截面图；
附图中的标记编号说明如下：
1-冷却管道层，2-冷却管道层与基体之间的界面，3-模腔表面，4-冷却管道，5-模具基体，6-辅助管道。
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。
请参见图1，图1是本发明结合3D打印与金属切削加工的热冲压模具制造方法一实施例的示意图，具体以超高强钢热冲压模具为例进行说明。本实施例的模具镶块如图1所示，沿A-A面的剖视图见图2，镶块主要由模具基体5、冷却管道层1两部分组成。首先，设计模具时可根据模具型腔形状设计冷却管道4的走向和截面形状，不用考虑钻孔等加工方式仅能加工直孔的限制，并设计其它辅助管道6供进出水。在加工该镶块时，可采用常规模具钢作为模具基体材料，采用铣削等切削加工方法加工出界面2，并钻出辅助管道6。之后，采用同轴送粉等3D打印方法在模具基体上逐层堆积出冷却管道层1，尽量选用高导热系数的金属粉末。最后采用铣削、打磨等加工方法加工模具镶块型腔面，达到粗糙度要求。
通过上述基础结构和加工方法，能够实现经济高效的加工出与模腔形状基本贴合的圆形或异形冷却管道。与现有仅采用铣削、钻孔等切削加工方法相比，模具冷却管道的走向可与模具型腔形状更为贴合，管道截面形状可采用非圆形结构，设计灵活性更高。与现有完全采用3D打印的方法相比，大幅降低了金属粉末的使用量和堆积层厚度，降低了材料费用，缩短了加工时间。
以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种结合3D打印与金属切削工艺的热冲压模具制造方法，超高强钢热冲压模具在基体内布置有冷却管道，该方法首先采用铣削等切削加工方法加工热冲压模具基体和部分用于进出水的直管道，之后采用金属3D打印技术在模具基体上逐层堆积出冷却管道部分，最后采用切削加工、打磨等方法加工模具型腔表面。
2.根据权利要求1所述的一种结合3D打印与金属切削工艺的热冲压模具制造方法，其特征在于：模具由基体和冷却管道层两部分组成，分界面见附图2中的2所示虚线，分界面以下是基体，分界面以上是冷却管道层，分界面的设计应能满足切削加工和金属3D打印的工艺要求，包括对最小圆角半径等的要求。
3.根据权利要求1所述的一种结合3D打印与金属切削工艺的热冲压模具制造方法，其特征在于：热冲压模具基体，见附图2中5，可采用常规锻造热作模具钢，如H13等，基体上分界面的粗糙度应满足金属3D打印工艺要求，基体上应钻孔加工出部分冷却管道，见附图2中6。
4.根据权利要求1所述的一种结合3D打印与金属切削工艺的热冲压模具制造方法，其特征在于：热冲压模具冷却管道层，见附图2中1，可采用同轴送粉等金属3D打印方法加工，应尽量选用热导率高的金属粉末，管道走向应尽量贴合模具型腔，见附图2中4，管道截面可采用椭圆等异形形状。
5.根据权利要求1所述的一种结合3D打印与金属切削工艺的热冲压模具制造方法，其特征在于：热冲压模具型腔表面，见附图2中3，可采用铣削、打磨等方法加工，达到尺寸精度、表面光洁度要求。
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