CN114161663A - 模具透气结构、模具和模具制造工艺 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种模具透气结构、模具和模具制造工艺，模具透气结构包括透气钢以及桁架，透气钢以及桁架，透气钢具备多个透气孔，桁架具备多个导气孔，透气钢与桁架一体成型且桁架的部分与透气钢重叠，以使透气钢填充多个导气孔中的部分导气孔，以及使桁架填充多个透气孔中的部分透气孔。本实施例提供的模具透气结构，能够将透气结构内部最大导气孔控制在合适范围内，具有较高强度的前提下还具有良好的透气性能，与传统做法相比缩短成型周期，降低成本，透气结构一体成型没有拼接线，提升产品表面质量。

Description

模具透气结构、模具和模具制造工艺

技术领域

本发明涉及模具制造技术领域，具体而言，涉及一种模具透气结构、模具和模具制造工艺。

背景技术

随着3D打印成型技术的不断成熟，在模具行业的应用越来越广泛，传统的注塑模具在注塑过程中由于排气不良会产生困气导致产品局部缺胶，表面产生结合线等现象会严重影响到外观及性能，同样采用3D打印成型的模具或者模具镶块上也会产生此问题。通常解决此问题是在模具困气部位切割镶块保留0.01～0.02mm的缝隙透气或者在此部位采用透气钢透气，3D打印成型的模具再采用此方法会导致加工周期延长，成本增加等问题，因此3D打印成型的模具很有必要在成型的过程中引入透气结构。

经发明人研究发现，现有的模具结构存在如下缺点：

模具透气结构强度很低，影响使用寿命；此外3D打印成型透气结构上的导气孔洞形状、大小都比较难控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模具透气结构、模具和模具制造工艺，其能够将透气结构内部最大导气孔控制在合适范围内，具有较高强度的前提下还具有良好的透气性能，与传统做法相比缩短成型周期，降低成本，透气结构一体成型没有拼接线，提升产品表面质量。

本发明的实施例是这样实现的：

第一方面，本发明提供一种模具透气结构，包括：

透气钢以及桁架，透气钢具备多个透气孔，桁架具备多个导气孔，透气钢与桁架一体成型且桁架的部分与透气钢重叠，以使透气钢填充多个导气孔中的部分导气孔，以及使桁架填充多个透气孔中的部分透气孔。

在可选的实施方式中，多个导气孔呈矩形阵列排布。

在可选的实施方式中，多个导气孔呈蜂窝状排布。

在可选的实施方式中，透气钢具有外周面以及用于与模具型腔面配合的配合面，配合面与外周面连接，外周面围绕配合面排布；透气钢的外周面与桁架的外表面重叠；桁架不凸出配合面。

第二方面，本发明提供一种模具，模具包括：

一体成型的模具本体和前述实施方式中任一项的模具透气结构。

第三方面，本发明提供一种模具制造工艺，适用于前述实施方式的模具，包括：

建立模具三维模型；

根据模拟分析判断模具三维模型的不良排气区域；

分割不良排气区域，得到单独的透气结构区域模型和模具主体模型；设计透气结构区域模型以形成模具透气结构模型；

合成模具透气结构模型和模具主体模型得到图源，利用图源采用激光熔化工艺制造模具。

在可选的实施方式中，设计透气结构区域模型以形成模具透气结构的步骤包括：先设计桁架模型和透气钢模型，然后将桁架模型与透气钢模型重叠得到模具透气结构。

在可选的实施方式中，先设计桁架模型和透气钢模型的步骤中，桁架模型包括交错排布的多根骨架，多根骨架共同限定出多个导气孔，每根骨架的杆径设置为0.6mm-2.0mm；相邻骨架的间距设置为0.1mm-5.0mm。

在可选的实施方式中，先设计桁架模型和透气钢模型的步骤中，透气钢模型的表面与模具主体的模具型腔面之间的距离不小于2mm。

在可选的实施方式中，利用图源采用激光熔化工艺制造模具的步骤包括：

桁架模型与模具主体模型采用相同的成型参数；透气钢模型采用如下成型参数：

根据激光扫描能量密度E＝P/(V·L·t),其中，P是激光功率，V是激光扫描速率，L是激光扫描的线间距，t是铺粉层厚；透气钢模型的能量密度E2设置区间在(40％～70％)E1，其中，E1为模具材料成型接近100％致密的能量密度；E2的参数设置范围为：激光功率100～400W、激光扫描速率600～3000mm/s、激光扫描的线间距0.08～0.40mm。

本发明实施例的有益效果是：

综上所述，本实施例提供的模具透气结构，透气钢和桁架一体成型，并且桁架的部分与透气钢重叠，如此，透气钢和桁架均具有透气功能，且在桁架存在的前提下，透气效果好。而由于桁架和透气钢重叠，整体强度高，不易损坏。也即，本实施例提供的模具透气结构，既具有良好的透气性，还具有足够的强度，模具作业时产品成型质量高，且使用寿命长。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例的模具透气结构的结构示意图；

图2为本发明实施例的桁架的一视角的结构示意图；

图3为本发明实施例的桁架的另一视角的结构示意图；

图4为本发明实施例的透气钢的结构示意图；

图5为本发明实施例的透气钢激光扫描策略；

图6为本发明实施例的桁架的变形例的结构示意图。

图标：

001-模具透气结构；100-透气钢；110-第一表面；120-外周面；200-桁架；210-导气孔；220-骨架；230-外侧周面；300-上一层扫描路线；400-下一层扫描路线。

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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

目前，采用3D打印制造的模具，为了保证模具的排气性能，一般在模具困气部位切割镶块保留一定的缝隙透气，或者在困气部分重新设置透气钢100透气，如此，工序繁琐，并且降低模具成型质量，模具的使用寿命受到影响。

请参阅图1-图5，鉴于此，设计者设计了一种模具，模具采用3D打印技术制造，模具本体和模具透气结构001一体成型，模具的排气性能好，且模具整体结构强度高，使用寿命长。

请参阅图1，本实施例中，模具包括采用3D打印技术一体成型的模具主体和模具透气结构001。模具透气结构001设于模具主体的困气部位，从而在模具作业过程中保持良好的排气性能。

可选的，模具主体的结构根据成型不同产品的需求设置，本实施例中不进行具体限定。

请参阅图1-图3，可选的，模具透气结构001包括采用3D打印技术一体成型的透气钢100和桁架200。透气钢具备多个透气孔，桁架200具备多个导气孔210，透气钢100与桁架200一体成型且桁架200的部分与透气钢100重叠，以使透气钢100填充多个导气孔210中的部分导气孔210，以及使桁架200填充多个透气孔中的部分透气孔。本实施例中，由于透气钢100和桁架200一体成型，并且桁架200的部分与透气钢100重叠，如此，透气钢100和桁架200均具有透气功能，透气效果好，且在桁架200嵌入透气钢100内部的前提下，也即由于桁架200和透气钢100重叠，桁架200增强了透气钢100的结构强度，透气钢100使用过程中磨损小，不易损坏。也即，本实施例提供的模具透气结构001，既具有良好的透气性，还具有足够的强度，模具作业时产品成型质量高，且使用寿命长。

进一步的，透气钢100设置为方形结构，透气钢100具有六个表面，具体的，具有相对的第一表面110和第二表面、相对的第三表面和第四表面以及相对的第五表面和第六表面，第三表面、第五表面、第四表面和第六表面依次首尾连接构成外周面120。应当理解，在其他实施例中，透气钢100的结构形态不限于是方形，根据困气区域的形状大小按需设计即可。

进一步的，桁架200为矩形框架，桁架200包括多根交错排布的骨架220，多根交错排布的骨架220共同限定出呈矩形阵列排布的多个导气孔210。每根骨架220均为方形杆，每个导气孔210均为方形孔。为便于描述，桁架200具有外侧周面230以及均与外周侧面连接的第一端面和第二端面，外侧周面230的外轮廓为方体形，第一端面和第二端面的外轮廓为方形。透气钢100与桁架200采用3D打印一体成型，透气钢100的外周面120与桁架200的外侧周面230重叠，也即透气钢100的外周面120与桁架200的外侧周面230位于同一柱面内。并且，透气钢100的第一表面110与桁架200的第一端面重叠，桁架200未凸出透气钢100的第一表面110，不易影响产品成型。并且，透气钢100的第一表面110用于与模具型腔面配合以形成用于浇注的型腔，而桁架200的第一端面与透气钢100的第一表面110重叠，桁架200在不会破坏透气钢100的第一表面110的完整性的前提下最大限度的提升透气钢100的结构强度，透气钢100的第一表面110不易被磨损，使用寿命长。透气钢100的第二表面位于桁架200内，并且第二表面与桁架200的第二端面具有间距，也即，桁架200的剩余部分未被透气钢100填充，桁架200上的多个导气孔210中的部分透气钢100未被透气钢100堵塞，利用未被堵塞的透气钢100进行排布，提高排气性能。

应当理解，在其他实施例中，桁架200的形状不限于是方体形，根据透气钢100的形状结构进行相应调整即可。

请结合图6，示出了桁架200的变形例。此外，在其他实施例中，桁架200上的多个导气孔210还可以是呈蜂窝状排布等，本实施例中不进行一一列举。

本实施例提供的模具，结构强度高，透气性能好，产品成型质量高。具体使用时，型腔内产生的气体进入透气钢100内部的透气孔，然后进入桁架200上的导气孔，最终通过导气孔排出。

本实施例还提供了一种模具制造工艺，包括如下步骤：

利用软件建立模具三维模型，或者直接调取原有的模具三维模型；将需要选区激光熔化成型的模具三维模型在CAE软件中分析，根据模拟分析的结果判断出模具三维模型的排气不良区域，并在排气不良区域增加排气结构。具体的，增加排气结构的步骤包括，先分隔不良排气区域，得到单独的透气结构区域模型和模具主体模型；设计透气结构区域模型以形成模具透气结构001模型，本实施例中，先设计桁架模型和透气钢模型，然后将桁架模型与透气钢模型重叠得到模具透气结构001。具体的，桁架200模包括交错排布的多根骨架220，多根骨架220共同限定出多个导气孔210，导气孔210的最大孔径不大于200微米。每根骨架220的杆径D设置为0.6mm-2.0mm，例如，每根骨架220的杆径设置为0.6mm、1.3mm或2.0mm等；相邻骨架220的间距B设置为0.1mm-5.0mm，例如，相连骨架220的间距设置为0.1mm、3mm或5.0mm等。进一步的，透气钢模型的表面与模具主体的模具型腔面之间的距离不小于2mm，便于在透气钢100使用过程中堵塞时吹气以使透气钢100内部畅通。

然后，合成模具透气结构001模型和模具主体模型得到图源，利用图源采用激光熔化工艺制造模具。具体的，桁架模型与模具主体模型采用相同的成型参数；透气钢模型采用如下成型参数：

根据激光扫描能量密度E＝P/(V·L·t),(P是激光功率，V是激光扫描速率，L是激光扫描的线间距，t是铺粉层厚)，透气钢模型的能量密度E2设置区间在(40％～70％)E1，其中，E1为模具材料成型接近100％致密的能量密度；E2的参数设置范围为：激光功率100～400W、激光扫描速率600～3000mm/s、激光扫描的线间距0.08～0.40mm。并且，透气钢模型与模具主体模型成型时的铺粉层厚度参数设置为相同，例如，二者的铺粉层厚度均可以为0.02-0.20mm。

在其他实施例中，利用图源获取模具后，利用选区激光熔化成型，将透气钢100切割下来，做透气测试及在电镜下观察导气孔210的形貌，测量孔径大小，选择出透气良好并且孔径在200微米以下的透气钢100，保存该成型工艺。

下面公开本申请提供的模具制作工艺的一个具体实施例：

本实施例以18NI300粉末为例，选区激光熔化成型某一模具镶块及该镶块上透气结构的方法，具体包含以下步骤：

S1，根据CAE模拟分析得到该模具镶块上需要增加透气结构的区域。

S2，根据该区域的形状特点在CAD软件中，分割出透气结构，并对该透气结构重新设计，一部分设计成桁架200结构，桁架200杆径0.8mm，间距宽度0.5mm一部分设计成透气钢100结构。

S3，将桁架200结构与透气钢100结构叠合成新的透气结构，在激光选取熔化设备中，采用18NI300粉末为例说明，模具镶块与桁架200结构选择铺粉层厚0.05mm的成型参数，具体参数激光功率280W，扫描速率800mm/s，扫描间距0.10mm，透气钢100结构参数设置：铺粉层厚0.05mm,激光功率260W，扫描速率1000mm/s，扫描间距0.15mm，设备扫描旋转角设置90°，也即上一层扫描路线300和下一层扫描路线400的夹角为90°。利用选区激光熔化设备成型。

S4，将成型后的透气模具镶块切割下来进行透气测试，即可得到所需透气模具镶块。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种模具透气结构，其特征在于，包括：

透气钢以及桁架，所述透气钢具备多个透气孔，所述桁架具备多个导气孔，所述透气钢与所述桁架一体成型且所述桁架的部分与所述透气钢重叠，以使所述透气钢填充所述多个导气孔中的部分导气孔，以及使所述桁架填充所述多个透气孔中的部分透气孔。

2.根据权利要求1所述的模具透气结构，其特征在于：

所述多个导气孔呈矩形阵列排布。

3.根据权利要求1所述的模具透气结构，其特征在于：

所述多个导气孔呈蜂窝状排布。

4.根据权利要求1所述的模具透气结构，其特征在于：

所述透气钢具有外周面以及用于与模具型腔面配合的配合面，所述配合面与所述外周面连接，所述外周面围绕所述配合面排布；所述透气钢的外周面与所述桁架的外表面重叠；所述桁架不凸出所述配合面。

5.一种模具，其特征在于，所述模具包括：

一体成型的模具本体和权利要求1-4中任一项所述的模具透气结构。

6.一种模具制造工艺，其特征在于，适用于权利要求5所述的模具，包括：

建立模具三维模型；

根据模拟分析判断所述模具三维模型的不良排气区域；

分割所述不良排气区域，得到单独的透气结构区域模型和模具主体模型；设计所述透气结构区域模型以形成模具透气结构模型；

合成所述模具透气结构模型和所述模具主体模型得到图源，利用所述图源采用激光熔化工艺制造模具。

7.根据权利要求6所述的模具制造工艺，其特征在于：

所述设计所述透气结构区域模型以形成所述模具透气结构的步骤包括：先设计桁架模型和透气钢模型，然后将所述桁架模型与所述透气钢模型重叠得到所述模具透气结构。

8.根据权利要求7所述的模具制造工艺，其特征在于：

所述先设计桁架模型和所述透气钢模型的步骤中，所述桁架模型包括交错排布的多根骨架，所述多根骨架共同限定出多个导气孔，每根骨架的杆径设置为0.6mm-2.0mm；相邻骨架的间距设置为0.1mm-5.0mm。

9.根据权利要求7所述的模具制造工艺，其特征在于：

所述先设计桁架模型和所述透气钢模型的步骤中，所述透气钢模型的表面与所述模具主体的模具型腔面之间的距离不小于2mm。

10.根据权利要求7所述的模具制造工艺，其特征在于：

所述利用所述图源采用激光熔化工艺制造模具的步骤包括：

所述桁架模型与所述模具主体模型采用相同的成型参数；所述透气钢模型采用如下成型参数：

根据激光扫描能量密度E＝P/(V·L·t),其中，P是激光功率，V是激光扫描速率，L是激光扫描的线间距，t是铺粉层厚，透气钢模型的能量密度E2设置区间在(40％～70％)E1，其中，E1为模具材料成型接近100％致密的能量密度；E2的参数设置范围为：激光功率100～400W、激光扫描速率600～3000mm/s、激光扫描的线间距0.08～0.40mm。

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