CN111300693B - 合金模具制造工艺及其制得的模具 - Google Patents

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Abstract

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种合金模具制造工艺，包括以下步骤：在泡沫上加工出目标坯膜的上模型面、在上模型面的表面涂覆脱模隔离层，注入浇筑材料，以获得结构层，将结构层和模框抬升，以使下模型面和上模型面之间分离并且形成浇筑腔体，向浇筑腔体内注满金属基高分子复合材料；得初步固化模胚；将初步固化模胚放置烘箱，温度控制在80～160℃，得后固化模胚。一种模具，包括结构层和后固化模胚。具有简化制造工艺、缩短生产周期、降低生产成本的优点。

Description

合金模具制造工艺及其制得的模具
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种合金模具制造工艺及其制得的模具。
背景技术
汽车产品试制一般发生在整车企业需要推出全新车型或者对原有车型进行改款或升级时。汽车产品试制的对象主要指样车、车身、车身局部、内外饰件和零部件。试制样车一般有概念车、验证车和试验用车三种,概念设计更多关注外观和造型；而验证车和试验用车设计和试制更多强调尺寸合理及质量合格等，试制样车中各试制件以冲压成形和钣金件居多,一般是采用冷冲压成形技术成型各金属试制样件。随着整车制造企业推出新车型周期越来越短并快速占领品牌市场。为了减少此一阶段的开发周期与成本，提升产品的时效性与成本竞争性，因此有快速模具技术的发展。快速模具技术(Rapid Tooling-RT)是由快速成型技术(Rapid Prototyping-RP)发展而来的一类快速制造模具的新方法和新工艺。
样车(Prototype Vehicle),就是在开发新车型过程中制造的样品车。样车试制就是通过制造样品车，对新车型进行各种评价、性能试验和改进等。当造型设计和车身零部件设计基本完成之后，车厂要根据设计数据进行少量的样车试制，通过试验评价找出样车的不足然后改进设计，接着制作下一版本样车。一般需经过几轮样车试制和试验，新车型才能定性投产。样车又分为概念车、验证车、和试验用车三种。样车试制主要有以下几方面目的：
1、通过实际加工制造，验证和改进加工工艺，保证精度和降低成本；
2、通过试验和改进设计，保证量产车的各个部件、整车性能和可靠性；
3、通过样车展示，试探市场和消费者反应，为量产后的宣传和销售策略提供有用参考，规避市场风险。
目前快速试制模具主要应用的材料有：灰铸铁(FC30)、普通钢、锌合金(ZAS)、高分子合金；
灰铸铁(FC30)：铸造过程污染严重、能耗高、周期长、不易加工、综合成本越来越高，强度、疲劳性均不高：
目前市场上高分子合金模具存在的普遍问题在于模具硬度不足，金属板材压件的件数低于200件，无法达到经济规模；
合金材料，成本高，快速试制模具锌基合金(ZAS)是可以循环使用的模具材料,在550℃融化回炉,铸造周期比FC30快一周左右,但硬度较低，冲压零件100片左右就需要修模,薄板且浅拉伸的零件会采用，但是由于低熔点合金材料强度低(抗拉强度只有60MPa左右),所以对于板厚超过1.5mm的板材不十分合适。
综上所述，采用传统的原材料和方法制造出来的模具存在工艺技术复杂、投资大、能耗高、高污染、高能耗，制造出来的模具强度、硬度、光洁度、切削性、收缩性均不理想。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种合金模具制造工艺及其制得的模具，以解决以往模具制造工艺技术复杂、投资大的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种合金模具制造工艺，包括以下步骤：
步骤S1；选取泡沫，并在泡沫上加工出目标坯膜的上模型面；
步骤S2；在上模型面的表面涂刷脱模剂，以形成脱模隔离层；
步骤S3；将泡沫的上模型面至于模框内，然后向模框内注入浇筑材料，待浇筑材料固化以获得结构层；所述结构层下表面形成与上模型面相匹配的下模型面；在浇筑过程中，在结构层内预留浇筑孔，所述浇筑孔连通下模型面；
步骤S4；将结构层和模框抬升，以使下模型面和上模型面之间分离并且形成浇筑腔体，同时，对模框边缘与泡沫之间的缝隙进行封堵，然后，通过预留的浇筑孔向浇筑腔体内注满金属基高分子复合材料；
温度控制在20～55℃，待浇筑腔体内金属基高分子复合材料初步固化后与泡沫之间脱离，得初步固化模胚；
步骤S5；将初步固化模胚放置烘箱，温度控制在120～160℃，得后固化模胚。
进一步的，在步骤S4中，在下模型面安装纤维抗裂网后，然后向浇筑腔体内注入金属基高分子复合材料。
进一步的，在步骤S4中，在向浇筑腔体内注入金属基高分子复合材料之前，先在上模型面的表面喷涂一层脱模剂。
进一步的，在步骤S4中，浇筑孔和浇筑腔体均注满金属基高分子复合材料。
进一步的，所述泡沫选用聚苯乙烯泡沫，所述泡沫的密度≥20kg/m3。
进一步的，所述的金属基高分子复合材料包括按重量计包括以下组分：
8～10份金属基高分子材料，以及
1～2份固化剂；
所述固化剂按照重量计组分包括77～82份聚醚胺和18～23份脂环胺。
进一步的，所述金属基高分子材料按重量计包括以下组分：
6～8份Ti,3～8份2000目氧化铁粉、1～3份1200目氧化铁粉、3～4份1600目电解铁粉、1～5份1600目还原铁粉、3～6份800目还原铁粉、3～4份600目碳黑、4～7份Cr、3～7份Mn、5～7份Mg、1～5份Zn、1～5份Wc、1.5～3.5份Al、3～8.5份陶瓷微粉；
5～10份环氧树脂、5～10份改性环氧树脂、6.6～12份环氧稀释剂、0.2～0.5份分散剂、0.2～0.5份抗沉降助剂、1～2份聚合助剂以及2～5份消泡剂。
进一步的，所述金属基高分子材料还包括5～10份石墨烯树脂溶液；
所述石墨烯树脂溶液按重量计包括以下组分：
2～3份石墨烯分散液，以及
90～100份环氧树脂。
进一步的，所述金属基高分子材料还包括2～3份金属表面处理剂。
又一方面，本发明还提供一种模具，包括结构层和后固化模胚，所述后固化模胚上端开设模腔，所述后固化模胚下部设置支撑柱，所述结构层内开设浇筑孔，所述后固化模胚搁置在结构层上，所述支撑柱插入浇筑孔内。
本发明的有益效果是：
本发明提供一种合金模具制造方法具有简化制造工艺、缩短生产周期、降低生产成本的优点。
本发明提供一种模具，具有以下优点：
1、使用金属基高分子复合材料用来制备的模具，具备有低膨胀系数与高硬度(HRC：48-53)的特性，树脂材料收缩率只有万分之一至万分之五,保证汽车拉伸件(汽车行业钣金件快速制作)的质量要求,特别针对车身外覆盖件如翼子板、侧围等高质量标准的零件；
而本发明的复合材料制备出来的模具，车身外覆盖件可以达到5000件以上，能够满足样件试制与小批量试生产的需求；
2、使用金属基高分子复合材料用来制备的模具，表面没有涂层，具有耐磨、耐腐蚀性能，表面粗糙度可抛光成不同等级可做Ra6.4至Ra0.8，表面光洁度根据胶衣选材不同；
3、高度的粘合力，在环氧树脂的结构中具有羟基(-OH)、醚基(-CH-CH-0-)和极活泼的环氧基(O)存在,使环氧树脂具有很高的极性,使得环氧树脂分子与相邻界面产生了电磁吸力,而环基团则能与介质表面，特别是金属表面上的游离键起反应,而形成化学键,因而环氧树脂的粘合力特别强。
基于该特性，如模具表面有缺陷，可在原来基础上降面加工，如需局部造型修改，可在局部进行二次浇注，然后精加工，可以灵活的应对试制过程中的设计变更；
4、加工性能极佳，区别于传统的金属模具，合金材料在加工的时候又体现出塑料的特性(易车削)，不伤刀具极大缩短了加工时间降低了加工成本，加工时间是传统灰铸铁(FC30)的30％～50％，其塑性特征保证加工不振刀，从而保证加工的高精度。
5、良好的工艺性能:环氧树脂中,特别是低分子环氧树脂,由于分子量小,所以常温下流动性较好,易和固化剂及其他添加剂混合,这就给操作带来了很大的方便，同时也保证了加工工艺的顺利进行。
6、低收缩性:改性的环氧树脂与固化剂反应时是通过直接加成反应来进行的,因此在固化过程中,没有副产物产生,也不会产生气泡,所以其收缩率只有万分之一至万分之五。
7、稳定性好:特种改性环氧树脂不含碱盐,因此久放不宜变质,结构不受破坏，因此其固化后具有优良的耐化学品和稳定性，基于该特性，制备出来的模具对温度不敏感。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是加工出目标坯膜的上模型面的泡沫示意图；
图2是浇筑结构层示意图；
图3是注入金属基高分子复合材料的示意图；
图4是成品模具示意图；
其中，1、泡沫，1A、上模型面，2、纤维抗裂网，3、模框，41、锥形柱，42、浇筑孔，5、结构层，5A、下模型面，51、浇筑材料，6、后固化模胚，61、金属基高分子复合材料，7、封堵件,8、浇筑腔体。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
实施例一
一种合金模具制造工艺，包括以下步骤：
步骤S1；选取聚苯乙烯泡沫1，并在泡沫1上加工出目标坯膜的上模型面1A；
具体的，该上模型面1A的加工由CNC加工中心加工获得，整个上模型面1A的尺寸留出一定的加工余量，如图1所示。
步骤S2；在上模型面1A的表面涂刷脱模剂，以形成脱模隔离层；
具体的，泡沫选用聚苯乙烯泡沫，所述泡沫的密度≥20kg/m3，本实施例中泡沫的密度为28kg/m3。这种高密度泡沫，可以确保泡沫的强度，避免模具浇筑中发生形变。
在泡沫1上喷涂脱模剂，脱模剂固化形成脱模隔离层，脱模隔离层可以和后续浇筑的结构层5与泡沫1的上模型面1A之间有效脱离。
步骤S3；如图2所示，将泡沫1的上模型面1A至于模框3内，然后向模框3内注入浇筑材料51，待浇筑材料51固化以获得结构层5；所述结构层5下表面形成与上模型面1A相匹配的下模型面5A；在浇筑过程中，在结构层5内预留浇筑孔42，所述浇筑孔42连通下模型面5A；
具体的，浇筑材料51选材范围比较广，可以是混凝土搭配一些预制碳纤维筋或钢筋，或者选用一些带有二氧化硅的合金材料浇筑形成，从而提升整个结构层5的强度，结构层5主要是承压，其硬度要求相对没有后固化模胚6要求高。
步骤S4；待结构层5固化之后，将结构层5和模框3抬升，以使下模型面5A和上模型面1A之间分离并且形成浇筑腔体8，同时，对模框3边缘与泡沫1之间的缝隙通过设置封堵件7进行封堵，然后，通过预留的浇筑孔42向浇筑腔体8内注满金属基高分子复合材料61，如图3所示；
温度控制在20～55℃，待浇筑腔体8内金属基高分子复合材料61初步固化后与泡沫1之间脱离，得初步固化模胚；
具体的，如图2所示，在浇筑之前，在模框3内竖直放置锥形柱41，待结构层5固化之后取走锥形柱41，使结构层5内形成浇筑孔42，所述浇筑孔42连通下模型面5A。
具体的，结构层5材料采用震动排气法，去除材料里面的空气、保证密实度；结构层5表面刮平收面、检查气孔情况；
步骤S5；将初步固化模胚放置烘箱，温度控制在120～160℃，得后固化模胚6；最后对后固化模胚6进行边角打磨、检测是否开裂，在精加工，经过调试即可冲压钣金，如图4所示。
具体的，本实施例中，在步骤S4中，在下模型面5A安装纤维抗裂网2后，然后向浇筑腔体8内注入金属基高分子复合材料61，以使浇筑的后固化模胚6内带有纤维抗裂网2，纤维抗裂网2可避免浇筑时，结构层5因对温度而裂开。
具体的，本实施例中，在步骤S4中，在向浇筑腔体8内注入金属基高分子复合材料61之前，先在上模型面1A的表面喷涂一层脱模剂。此处脱模剂的喷涂有利于浇筑的后固化模胚6与泡沫1的上模型面1A之间脱离开来。
具体的，本实施例中，在步骤S4中，浇筑孔42和浇筑腔体8均注满金属基高分子复合材料61。浇筑孔42的数量可以是多个，本实施例中，浇筑孔42数量为2个，2个浇筑孔42在注满金属基高分子复合材料61之后，可以形成支撑柱来对后固化模胚6进行支撑。
本发明的合金模具制造工艺，由于采用高密度聚苯乙烯泡沫1材料来加工用于制造铸造模具的凸模、凹模以及压料圈，而且对加工表面进行强化，金属基高分子复合材料铸造对其光洁度的要求也不高，所以缩短了加工时间，提高了加工效率，降低了加工成本。
由于在高密度聚苯乙烯泡沫1材料的上模型面1A上，已经有了模具的数据，通过这样的倒模来直接制作树脂铸造模具的毛坯，不用像传统铸造那样需要将聚苯乙烯泡沫1:1的雕刻出来然后再翻模，进一步简化了模具的制造工艺。
金属基高分子复合材料铸造模具毛坯有很好的加工特性，加工时间和传统的铸铁模具相比节省了至少40％。
本发明结合了结构力学、材料力学、以及高分子化学等多种学科，使得合金模具的力学性能有了大幅的提升。
本发明公开了一种高分子合金模具快速铸造方法，可利用快速成型设备制得高密度聚苯乙烯泡沫原型，再通过常温固化反应翻模制得具有型面数据的高分子合金模具坯模。该方法可快速制得高分子合金模具，大大缩短了模具制作周期，将传统的模具制造时间从45-60天缩短到15-25天。该种模具的使用寿命与灰铸铁(FC30)试制模具、普通钢模、锌合金(ZAS)模具相比有了大幅提高，并接近金属小批量量产模具，且可以在型面上非常方便的修改，以最快的速度最低的成本应对设计数据的变更。
具体的，关于用来制备模具的金属基高分子复合材料，按重量计包括以下组分：8～10份金属基高分子材料(俗称A剂)，以及1～2份固化剂(俗称B剂)；
其中，A剂：金属基高分子材料按重量计包括以下组分：
6～8份Ti,3～8份2000目氧化铁粉、1～3份1200目氧化铁粉、3～4份1600目电解铁粉、1～5份1600目还原铁粉、3～6份800目还原铁粉、3～4份600目碳黑、4～7份Cr、3～7份Mn、5～7份Mg、1～5份Zn、1～5份Wc、1.5～3.5份Al、3～8.5份陶瓷微粉；
5～10份环氧树脂、5～10份改性环氧树脂、6.6～12份环氧稀释剂、0.2～0.5份分散剂、0.2～0.5份抗沉降助剂、1～2份聚合助剂以及2～5份消泡剂。
改性环氧树脂选用双酚A型环氧树脂(简称：DGEBA型树脂)化学式
Figure GDA0003621935000000101
在环氧树脂的结构中有羟基(-OH)、醚基(-CH-CH-0-)和极为活泼的环氧基存在，羟基和醚基有高度的极性，使环氧分子与相邻界面产生了较强的分子间作用力，而环氧基团则与介质表面(特别是金属表面)的游离键起反应，形成化学键。
又或者，环氧树脂也可以选用双酚F环氧树脂，又称双酚F二缩水甘油醚，简称BPF，是由苯酚与甲醛在酸性催化下反应生成双酚F，再与环氧氯丙烷在氢氧化钠存在下进行缩聚反应制得。这是为了降低双酚A型环氧树脂本身的粘度并具有同样性能而研制出的一种新型环氧树脂。通常是用双酚F(二酚基甲烷)与环氧氯丙烷在NaOH作用下反应而得的液态双酚F型环氧树脂。
环氧稀释剂可以选用正丁基缩水甘油醚BGE或者烯丙基缩水甘油醚AGE；
分散剂可以选用脂肪醇与环氧乙烷缩合物，外观(25℃)：白色片状固体，pH值(1％水溶液)：5～7，浊点(5％Nacl溶液)：≥94℃，水份：≤1.0％，HLB值：17～18；
抗沉降助剂可以选用膨润土或者气相二氧化硅或者硅酸镁锂；
聚合助剂可以选用以下几种；
聚硫：聚硫醇化物(适合多元胺、聚酰胺、叔胺)；
多元羧酸：聚合脂肪酸(适合酸酐、叔胺)；
氨基甲酸酯：氨基甲酸酯预聚物(适合多元胺、聚酰胺)；
具体的，所述金属基高分子材料还包括5～10份石墨烯树脂溶液；
所述石墨烯树脂溶液按重量计包括以下组分：
2～3份石墨烯分散液，以及90～100份环氧树脂。石墨烯是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，增加单层石墨烯材料，可以使大幅提升复合材料的强度和热传导效率，提高材料的抗沉降效果。
具体的，所述金属基高分子材料还包括2～3份金属表面处理剂。金属表面处理剂用于去除金属粉末中的杂质。
本实施例的金属基高分子材料中，用于提升材料强度的粉末含量较多，包括金属粉：6～8份Ti,3～8份2000目氧化铁粉、1～3份1200目氧化铁粉、3～4份1600目电解铁粉、1～5份1600目还原铁粉、3～6份800目还原铁粉、3～4份600目碳黑、4～7份Cr、3～7份Mn、5～7份Mg、1～5份Zn、1～5份Wc、1.5～3.5份Al；还有3～8.5份陶瓷微粉和单层石墨烯材质，这些金属粉和陶瓷微粉含量占比高，使依靠该高分子材料制备出来的复合材料可以具备高强度、高硬度、高模量。
金属基高分子材料中，金属粉、陶瓷粉、单层石墨烯材料加起来份数远超树脂的组份；树脂组份包括5～10份环氧树脂、5～10份改性环氧树脂以及石墨烯树脂溶液中一部分树脂，金属粉和陶瓷微粉在保持大组份的情况，仍可以使金属基高分子材料保持较好的流动性。
3～8份2000目氧化铁粉、1～3份1200目氧化铁粉、3～4份1600目电解铁粉、1～5份1600目还原铁粉、3～6份800目还原铁粉、3～4份600目碳黑，这些材料目数不同，在混合在一起之后，整个金属基高分子材料的致密性更高(从微观空间结构上来讲，不同目数粉末之间空间堆叠性更好，粉末之间可以更高的互相支撑，从而起到防止金属粉末沉降)，从而也导致制成的模具硬度和强度更高。
Ti元素：使复合材料的内部组织致密，细化晶粒力，保证复合材料在固化之后的强度，降低时效敏感性和冷脆性。
Cr元素：复合材料在固化之后的强度和硬度，提高复合材料的机械性能，使得材料具有抗腐蚀性和抗氧化性；
Mn元素：复合材料在固化之后的强度和硬度；
Mg元素：在复合材料中，具有高的比强度和比刚度，很好的抗磁性，使复合材料具有较高的消震性和切削性能。
Zn元素：改善合金的铸造性能，增加合金的流动性，细化晶粒，引起固溶强化，提高机械性能。
Wc(碳化钨)元素：属于间充型碳化物又称金属型碳化物,主要是d过渡元素,特别是ⅥB、ⅦB族及铁系元素与碳形成的二元化合物，其结构特点是碳原子充填在密堆积金属晶格的四面体孔穴中,不影响金属的导电性.这些金属的碳化物具有极高的熔点和硬度,如碳化钽(见钽)和碳化钨等.主要是提高硬度。
Al元素：在复合材料中，加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性。
碳黑：提供导热导电性和流体的流动性(具有润滑性)，其他金属提供各自的特性，性能更加优越，得到韧性、抗冲击、抗压、可加工性、导热性；
陶瓷微粉是一种轻质非金属多功能材料，主要成分是SiO2和Al2O3，分散性好悬浮性好、化学稳定性好、可塑性好、耐热温度高、密度小、它是一种强度高，而且坚硬的微球，它能增强本实施例的金属基高分子材料的硬度和耐磨性；
还原铁粉具有高纯度、低杂质、一致性好、压缩性和成型性好的磁性铁粉，这样便可以提供高度的粘合力:在环氧树脂的结构中具有羟基(-OH)、醚基(-CH-CH-0-)和极活泼的环氧基存在,使环氧树脂具有很高的极性,使得环氧树脂分子与相邻界面产生了电磁吸力,而环基团则能与介质表面，特别是金属表面上的游离键起反应,而形成化学键,再加上还原铁粉本身还有很好的电磁吸力，二者叠加后因粘合力特别强。
本实施例中，通过改性环氧树脂用来调整树脂混合液的粘度，特种改性环氧树脂不含碱盐,因此久放不宜变质,结构不受破坏，因此其固化后具有优良的耐化学品和稳定性，制备的复合材料和模具对温度不敏感。
分散剂用于使树脂混合液中的材料变得特别均匀；抗沉降助剂适于防止复合材料中各个物质在均匀后防止沉降；聚合助剂适于将小分子链聚合形成大分子链，比较高的环氧当量；消泡剂消除气泡在混合液内部的表面摩擦力，改变其表面极性，很滑，便于上浮，达到致密的溶液。
本实施例的金属基高分子材料包括以下三种优选实施方式：
第一种可选实施方式：金属基高分子材料包括5份环氧树脂、5份改性环氧树脂、6.6份环氧稀释剂、0.2份分散剂、0.2份抗沉降助剂、1份聚合助剂、2份消泡剂，2份金属表面处理剂；
6份Ti,3份2000目氧化铁粉、1份1200目氧化铁粉、3份1600目电解铁粉、1份1600目还原铁粉、3份800目还原铁粉、3份600目碳黑、4份Cr、3份Mn、5份Mg、1份Zn、1份Wc、1.5份Al以及3份陶瓷微粉、
5份石墨烯树脂溶液，其中，石墨烯树脂溶液中选取2份石墨烯分散液搭配90份环氧树脂调配。
第二种可选实施方式：金属基高分子材料包括10份环氧树脂、10份改性环氧树脂、12份环氧稀释剂、0.5份分散剂、0.5份抗沉降助剂、2份聚合助剂以及5份消泡剂。3份金属表面处理剂；
8份Ti,8份2000目氧化铁粉、3份1200目氧化铁粉、4份1600目电解铁粉、5份1600目还原铁粉、6份800目还原铁粉、4份600目碳黑、7份Cr、7份Mn、7份Mg、5份Zn、5份Wc、3.5份Al以及8.5份陶瓷微粉；
10份石墨烯树脂溶液；其中，石墨烯树脂溶液中选取2份石墨烯分散液，搭配100份环氧树脂调配。
第三种可选实施方式：金属基高分子材料包括6份环氧树脂、6份改性环氧树脂、8份环氧稀释剂、0.3份分散剂、0.3份抗沉降助剂、1.5份聚合助剂以及3份消泡剂。2.5份金属表面处理剂；
7份Ti,4份2000目氧化铁粉、2份1200目氧化铁粉、4份1600目电解铁粉、3份1600目还原铁粉、5份800目还原铁粉、3份600目碳黑、5份Cr、5份Mn、6份Mg、3份Zn、3份Wc、2份Al以及5份陶瓷微粉；
8份石墨烯树脂溶液；其中，石墨烯树脂溶液中选取3份石墨烯分散液，以及100份环氧树脂调配。
本实施例的高分子合金材料作为复合材料中的A剂存在，提前将复合材料所用到的各种组分材料调配好，本发明的金属基高分子材料，抗沉降性能优异，在金属组分含量较多的情况下，高分子材料依旧能保持较好的流动性，易于施工，以及对高分子材料中的各个组分具有较优异的抗沉降性。
B剂：固化剂，按照重量计组分包括77～82份聚醚胺和18～23份脂环胺。
固化剂有以下三种可选实施例；
第一种可选实施方式：固化剂按照重量计，组分包括77份聚醚胺和23份脂环胺；
第二种可选实施方式：固化剂按照重量计，组分包括82份聚醚胺和18份脂环胺；
第三种可选实施方式：固化剂按照重量计，组分包括80份聚醚胺和20份脂环胺；
固化剂产品比较成熟，市场上可以直接购买；
聚醚胺是一类主链为聚醚结构，末端活性官能团为胺基的聚合物。性状：浅黄色粘稠液体，密度(g/mL at 25℃)：0.997，沸点(℃,0.76mmHg)：260，折射率(n20/D)：1.452，闪点(℃)：>110，蒸气压(mmHg,20℃)：0.75；
脂环胺(3-氨甲基-3,5,5-三甲基环乙胺)，熔点(℃)10，沸点(℃)247，闪点(℃)110，粘度mPa·s(20℃)18(20℃)，毒性LD50(mg/kg)大鼠经口1030性状无色透明液体，略有氨气味；
环氧氯丙烷(树脂主要成份)与胺类固化剂的加成反应原理如下：
Figure GDA0003621935000000151
环氧氯丙烷与羟基反应原理如下：
Figure GDA0003621935000000152
聚合反应反应原理如下：
Figure GDA0003621935000000153
金属基高分子材料作为A剂，固化剂作为B剂，两者混合搅拌之后先形成流体状，然后慢慢固化成金属基高分子复合材料61，金属基高分子复合材料61为：4,4'-(1-甲基亚乙基)双苯酚与(氯甲基)环氧乙烷的聚合物。
拌均匀之后的处于流体状的金属基高分子复合材料的性能规格见下表；
检测项目 规格值
黏度/cps(LVT#3-60rpm/25℃) 8000～12000
胶化时间/min 20～50
金属基高分子复合材料在固化之后4mm浇铸体机械性能规格见下表；
检测项目 规格值 测试方法
拉伸强度/MPa 50～60 IS0 527-2，GB/T 2567
断裂延伸率/％ >1 IS0 527-2，GB/T 2567
弹性模量/MPa 6500～7500 IS0 527-2，GB/T 2567
弯曲强度/MPa 95～105 IS0 178，GB/T 2567
弹性模量/MPa 7000～8000 IS0 178，GB/T 2567
硬度/shore D >94 GB/T 3854
固化之后的金属基高分子复合材料，主要由树脂和金属粉组分，金属粉组份高，本发明的金属基高分子复合材料更多体现的是金属特性，耐压性，硬度高，强度高。而非体现树脂特性(树脂较软，不耐压，强度和硬度得不到保证)。
金属基高分子复合材料有以下三种优选实施方式：
第一种可选实施方式：金属基高分子复合材料为10份金属基高分子材料搭配1份固化剂，本实施例中，优选第一种。具体的，搅拌均匀之后的处于流体状的金属基高分子复合材料的性能规格见下表；
检测项目 规格值
黏度/cps(LVT#3-60rpm/25℃) 12000
胶化时间/min 40
金属基高分子复合材料在固化之后4mm浇铸体机械性能规格见下表；
Figure GDA0003621935000000161
Figure GDA0003621935000000171
第二种可选实施方式：金属基高分子复合材料为9份金属基高分子材料搭配2份固化剂；拌均匀之后的处于流体状的金属基高分子复合材料的性能规格见下表；
检测项目 规格值
黏度/cps(LVT#3-60rpm/25℃) 8000
胶化时间/min 30
金属基高分子复合材料在固化之后4mm浇铸体机械性能规格见下表；
检测项目 规格值 测试方法
拉伸强度/MPa 50 IS0 527-2，GB/T 2567
断裂延伸率/％ 1.3 IS0 527-2，GB/T 2567
弹性模量/MPa 6500 IS0 527-2，GB/T 2567
弯曲强度/MPa 98 IS0 178，GB/T 2567
弹性模量/MPa 7500 IS0 178，GB/T 2567
硬度/shore D 96 GB/T 3854
第三种可选实施方式：金属基高分子复合材料为8份金属基高分子材料搭配1份固化剂。具体的，搅拌均匀之后的处于流体状的金属基高分子复合材料的性能规格见下表；
检测项目 规格值
黏度/cps(LVT#3-60rpm/25℃) 11000
胶化时间/min 50
金属基高分子复合材料在固化之后4mm浇铸体机械性能规格见下表；
检测项目 规格值 测试方法
拉伸强度/MPa 60 IS0 527-2，GB/T 2567
断裂延伸率/％ 1.1 IS0 527-2，GB/T 2567
弹性模量/MPa 7500 IS0 527-2，GB/T 2567
弯曲强度/MPa 95 IS0 178，GB/T 2567
弹性模量/MPa 7300 IS0 178，GB/T 2567
硬度/shore D 95.5 GB/T 3854
固化之后的金属基高分子复合材料61，主要由树脂和金属粉组分，金属粉组份高，本发明的金属基高分子复合材料61更多体现的是金属特性，耐压性，硬度高，强度高。而非体现树脂特性(树脂较软，不耐压，强度和硬度得不到保证)。
通过该方法制备出来的模具，具有以下优点；
1、该模具由树脂和金属粉组分，金属粉组份高，本发明的金属基高分子复合材料61更多体现的是金属特性，耐压性，硬度高，强度高，而非体现树脂特性，因为树脂较软，不耐压，强度和硬度得不到保证；
该模具具有低膨胀系数和高硬度，洛氏硬度(HRC)：48-53，邵氏硬度D：＞94；使在模具在冲压钣金件过程中，能够满足样件试制与小批量试生产的需求，冲压出的零件精度更高，能冲压出更多数量的产品，可以达到5000件以上，特别针对车身外覆盖件如翼子板、侧围等高质量标准的零件。
2、该模具表面无涂层有耐磨、耐腐蚀性，表面粗糙度可抛光成不同等级可做Ra6.4至Ra0.8，表面光洁度可以根据实际选择的金属组分的目数来决定；
金属粉末被树脂包裹，可以与水分子隔离，起到防腐蚀目的。
3、高度的粘合力，流体状的高分子复合材料的黏度为8000～12000cps；因为在环氧树脂的结构中具有羟基(OH)、醚基(-CH-CH-0-)和极活泼的环氧基(O)存在,使环氧树脂具有很高的极性,使得环氧树脂分子与相邻界面产生了电磁吸力,而环基团则能与介质表面、特别是金属表面上的游离键起反应,而形成化学键,因而环氧树脂的粘合力特别强。
因此，基于该特性，如模具表面有缺陷，可在原来基础上降面加工，如需局部造型修改，可在局部进行二次浇注(浇筑上流体状的高分子复合材料)，待固化之后然后精加工，可以灵活的应对试制过程中的设计变更。
4、加工性能极佳，高分子复合材料中包含部分树脂，因此其具备了塑料的易切削特性。区别于传统的金属模具，合金材料在加工的时候不伤刀具，极大缩短了加工时间降低了加工成本，加工时间是传统灰铸铁(FC30)的30％～50％，其塑性特征保证加工不振刀，从而保证加工的高精度。
5、良好的工艺性能:环氧树脂中,特别是低分子环氧树脂,由于分子量小,所以常温下流动性较好,易和固化剂及其他添加剂混合,这就给操作带来了很大的方便。同时也保证了加工工艺的顺利进行。
金属基高分子材料与固化剂混合均匀之后，因为具有良好的流体状(黏度为8000～12000cps)，可以使还处于流体状的高分子复合材料在浇筑腔体8内更好的流动至各个边角位置，使制作出来的后固化模胚6精度更高，确保冲压出钣金产品的精度。
6、低收缩性:改性的环氧树脂与固化剂反应时是通过直接加成反应来进行的,因此在固化过程中,没有副产物产生,也不会产生气泡,所以其树脂材料收缩率只有万分之一至万分之五。在模具的中表现为：制造的模具表面光洁、不含气泡、表面光洁度高，固化之后的模具在恢复常温之后，由于收缩率小，模具精度可以得到保证，进而产品精度得到保证，产品尺寸稳定性高。
7、稳定性好:特种改性环氧树脂不含碱盐,因此久放不宜变质,结构不受破坏，因此其固化后具有优良的耐化学品和稳定性，基于该特性，制备出来的模具对温度不敏感。
8、抗沉降性，在制备成金属基高分子复合材料之前，金属基高分子材料中的各个金属组分，即2000目氧化铁粉、1200目氧化铁粉、1600目电解铁粉、1600目还原铁粉、800目还原铁粉以及600目碳黑，这些材料目数不同，在混合在一起之后，整个金属基高分子材料的致密性更高(从微观空间结构上来讲，不同目数粉末之间空间堆叠性更好，粉末之间可以更高的互相支撑，从而起到防止金属粉末沉降)，从而也导致制成的模具硬度和强度更高。
金属基高分子材料在具备抗沉降性能之后，金属基高分子材料与固化剂均匀搅拌混合，固化形成的模具的质地也可以保持足够的均匀，保证模具的质量。
实施例二
如图4所示，一种模具，包括结构层5和后固化模胚6，结构层5设置在模框3内，所述后固化模胚6上端开设模腔，所述后固化模胚6下部设置支撑柱，所述结构层5内开设浇筑孔42，所述后固化模胚6搁置在结构层5上，所述支撑柱插入浇筑孔42内。
该模具，结构层5保障强度，稳定的支撑后固化模胚6，后固化模胚6采用上述的金属基高分子复合材料制成，保障硬度、强度、低收缩性、耐腐蚀性。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种合金模具制造工艺，其特征是，包括以下步骤：
步骤S1；选取泡沫，并在泡沫上加工出目标坯膜的上模型面，对加工表面进行强化；所述的上模型面的加工由CNC加工中心加工获得；
步骤S2；在上模型面的表面涂刷脱模剂，以形成脱模隔离层；
步骤S3；将泡沫的上模型面至于模框内，然后向模框内注入浇筑材料，待浇筑材料固化以获得结构层；所述结构层下表面形成与上模型面相匹配的下模型面；在浇筑过程中，在结构层内预留浇筑孔，所述浇筑孔连通下模型面；浇筑材料选自混凝土搭配预制碳纤维筋，或搭配钢筋，或搭配带有二氧化硅的合金材料；结构层材料浇筑采用震动排气法；泡沫选用聚苯乙烯泡沫，密度为28kg/m3；
步骤S4；将结构层和模框抬升，以使下模型面和上模型面之间分离并且形成浇筑腔体，同时，对模框边缘与泡沫之间的缝隙进行封堵，然后，通过预留的浇筑孔向浇筑腔体内注满金属基高分子复合材料；
温度控制在20～55℃，待浇筑腔体内金属基高分子复合材料初步固化后与泡沫之间脱离，得初步固化模胚；
步骤S5；将初步固化模胚放置烘箱，温度控制在120～160℃，得后固化模胚。
2.根据权利要求1所述的合金模具制造工艺，其特征是，在步骤S4中，在下模型面安装纤维抗裂网后，然后向浇筑腔体内注入金属基高分子复合材料。
3.根据权利要求1或2所述的合金模具制造工艺，其特征是，在步骤S4中，在向浇筑腔体内注入金属基高分子复合材料之前，先在上模型面的表面喷涂一层脱模剂。
4.根据权利要求1或2所述的合金模具制造工艺，其特征是，在步骤S4中，浇筑孔和浇筑腔体均注满金属基高分子复合材料。
5.根据权利要求1所述的合金模具制造工艺，其特征是，所述的金属基高分子复合材料包括按重量计包括以下组分：
8～10份金属基高分子材料，以及
1～2份固化剂；
所述固化剂按照重量计组分包括77～82份聚醚胺和18～23份脂环胺。
6.根据权利要求5所述的合金模具制造工艺，其特征是，所述金属基高分子材料按重量计包括以下组分：
6～8份Ti、3～8份2000目氧化铁粉、1～3份1200目氧化铁粉、3～4份1600目电解铁粉、1～5份1600目还原铁粉、3～6份800目还原铁粉、3～4份600目碳黑、4～7份Cr、3～7份Mn、5～7份Mg、1～5份Zn、1～5份Wc、1.5～3.5份Al、3～8.5份陶瓷微粉；
5～10份环氧树脂、5～10份改性环氧树脂、6.6～12份环氧稀释剂、0.2～0.5份分散剂、0.2～0.5份抗沉降助剂、1～2份聚合助剂以及2～5份消泡剂。
7.根据权利要求6所述的合金模具制造工艺，其特征是，所述金属基高分子材料还包括5～10份石墨烯树脂溶液；
所述石墨烯树脂溶液按重量计包括以下组分：
2～3份石墨烯分散液，以及
90～100份环氧树脂。
8.根据权利要求6所述的合金模具制造工艺，其特征是，所述金属基高分子材料还包括2～3份金属表面处理剂。
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