CN114226754A - 一种浇筑模具端口的加工方法及浇筑模具 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种浇筑模具端口的加工方法及浇筑模具，属于3D打印技术领域。浇筑模具端口的加工方法包括在未形成浇筑口的浇筑模具端口形成球冠形的凹槽，在凹槽内采用激光3D打印的方法制造耐磨层以填充凹槽。凹槽的开口的直径为3～5mm，凹槽的深度为2～2.5mm。激光3D打印采用的合金粉末为球形的铁基粉末。本申请的浇筑模具端口的加工方法对浇筑模具端口进行重新设计，在未形成浇筑口的浇筑模具端口形成球冠形的凹槽后，选择特殊的合金粉末采用激光3D打印的方法对球冠形的凹槽进行填充后，使得浇筑模具端口的强度大幅度提升。耐磨层和浇筑模具结合较好，结合界面基本无缺陷，耐磨层组织硬度值达到55HRC，且内部也基本无缺陷。

Description

一种浇筑模具端口的加工方法及浇筑模具
技术领域
本申请涉及3D打印技术领域，具体而言，涉及一种浇筑模具端口的加工方法及浇筑模具。
背景技术
如图1所示，浇筑模具端口有时会面临着极其苛刻的服役环境，端口内表面受到坚硬浇筑物的强力冲刷，端口尺寸和内部光滑度易发生变化，对产品生产质量产生极大的影响。因此，对其端口材料硬度和耐磨性能有很高的要求。另外，浇筑模具每天会面临上千乃至上万次的重复使用，对浇筑端口材料的抗疲劳性能也有较高要求。如果模具全部采用硬度较高的材料，一方面极大提高了材料的成本，另一方面，提升了模具的加工难度，对刀具性能有极高的要求。
发明内容
本申请提供了一种浇筑模具端口的加工方法及浇筑模具，其能够在模具端口形成耐磨层，实现模具端口的强化，耐磨层的硬度值达到55HRC以上，且基本无缺陷。
本申请的实施例是这样实现的：
在第一方面，本申请示例提供了一种浇筑模具端口的加工方法，其包括：在未形成浇筑口的浇筑模具端口形成球冠形的凹槽，在凹槽内采用激光3D打印的方法制造耐磨层以填充凹槽。
凹槽的开口的直径为3～5mm，凹槽的深度为2～2.5mm。
激光3D打印的激光功率为1～3kW。
激光3D打印过程中的激光扫描路径为从凹槽底部中心向外呈圆形扩展。
激光3D打印采用的合金粉末的成分由0.13～0.18wt.％C、15～18wt.％Cr、1.9～2.1wt.％Mo、0.8～1.1wt.％Si、1.8～2.2wt.％Ni、0.1～0.2wt.％Mn以及余量的Fe组成。
在上述技术方案中，本申请的浇筑模具端口的加工方法对浇筑模具端口进行重新设计，在未形成浇筑口的浇筑模具端口形成球冠形的凹槽后，选择特殊的合金粉末采用激光3D打印的方法对球冠形的凹槽进行填充后，使得浇筑模具端口的强度大幅度提升。耐磨层和浇筑模具结合较好，结合界面基本无缺陷，耐磨层组织硬度值达到55HRC以上，且内部也基本无缺陷。
结合第一方面，在本申请的第一方面的第一种可能的示例中，采用上述激光3D打印的方法制造耐磨层包括：先在凹槽底部激光扫描1～2圈形成耐磨底层，再在耐磨底层表面激光扫描2～4圈形成耐磨中层，最后在耐磨中层表面激光扫描4～6圈形成耐磨上层。
结合第一方面，在本申请的第一方面的第二种可能的示例中，耐磨底层、耐磨中层和耐磨上层的高度分别为0.4～1mm。
结合第一方面，在本申请的第一方面的第三种可能的示例中，上述激光扫描速度为20～50m/min，搭接量为0.5～1mm，激光头抬升量为0.4～1mm。
结合第一方面，在本申请的第一方面的第四种可能的示例中，上述激光3D打印的激光束呈均匀热源分布。
可选地，激光束形成的斑点为圆形，且述斑点的直径为0.5～1.5mm。
结合第一方面，在本申请的第一方面的第五种可能的示例中，在上述激光3D打印过程中，采用送粉器向目标位置送合金粉末，送粉器转速为0.5～2r/min。
结合第一方面，在本申请的第一方面的第六种可能的示例中，上述合金粉末为球形，粒径为20～50μm。
结合第一方面，在本申请的第一方面的第七种可能的示例中，上述浇筑模具内具有浇筑通道，耐磨层底部与浇筑通道顶部的距离为1.5～2mm。
结合第一方面，在本申请的第一方面的第八种可能的示例中，在完成制造耐磨层后，在耐磨层上打孔形成浇筑口，使浇筑口连通浇筑模具内的浇筑通道。
可选地，浇筑口为直径为0.8～1.2mm、深度为1～2mm的圆柱形。
在上述示例中，在完成制造耐磨层后，还需要在耐磨层上打孔形成浇筑口，并使浇筑口与浇筑模具内的浇筑通道连通。
在第二方面，本申请示例提供了一种浇筑模具，其端口根据上述的浇筑模具端口的加工方法加工。
在上述技术方案中，本申请的浇筑模具的使用寿命大幅度提高，保证了产品的高质量和高效率生产。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，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申请的某些实施例，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为现有的浇筑模具端口的剖视图；
图2为本申请实施例在浇筑模具端口加工出凹槽后的剖视图；
图3为本申请实施例制得的浇筑模具端口的剖视图；
图4为本申请实施例1制得的浇筑模具端口的实物图；
图5为本申请实施例1制得的浇筑模具端口的实物截面图；
图6为本申请实施例1制得的浇筑模具端口3D打印组织的金相图；
图7为本申请对比例1制得的浇筑模具端口3D打印组织的金相图；
图8为本申请对比例1制得的浇筑模具端口3D打印组织的硬度分布图；
图9为本申请对比例2制得的浇筑模具端口3D打印组织的金相图；
图10为本申请对比例2制得的浇筑模具端口3D打印组织的硬度分布图；
图11为本申请对比例4制得的浇筑模具端口3D打印组织的金相图；
图12为本申请对比例5制得的浇筑模具端口3D打印组织的金相图；
图13为本申请对比例6制得的浇筑模具端口3D打印组织的金相图。
图标：100-浇筑模具端口；101-凹槽；102-浇筑通道；103-浇筑口。
具体实施方法
下面将结合实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
浇筑模具端口有时会面临着极其苛刻的服役环境，端口内表面受到坚硬浇筑物的强力冲刷，端口尺寸和内部光滑度易发生变化，对产品生产质量产生极大的影响。因此，对其端口材料硬度和耐磨性能有很高的要求。另外，浇筑模具每天会面临上千乃至上万次的重复使用，对浇筑端口材料的抗疲劳性能也有较高要求。如果模具全部采用硬度较高的材料，一方面极大提高了材料的成本，另一方面，提升了模具的加工难度，对刀具性能有极高的要求。
基于该问题，发明人发现可以采用机加工和3D打印技术相结合的方式，满足浇注口满足抗冲击、抗疲劳及硬度高等要求以及机加工难度低。可以先采用模具钢(例如M33)采用机加工的方式制作浇筑模具的主体部分(先不制作浇注口)，在需要制作浇筑口的位置挖槽，然后采用3D打印技术填充另一种抗冲击、抗疲劳及硬度更高的金属，最后制作浇注口穿过该金属，则浇注口得到加强。
但是，发明人进一步研究发现，在3D打印过程中，如果打印材料选用不合理，可能造成硬度满足不了要求，或者打印组织和基体结合不好，以及打印组织内部出现气孔、裂纹等缺陷，造成零件的加工失败。另外，打印过程中，浇筑端形状的设计也会对打印组织性能和缺陷造成影响，因此，需要对此进行严格的控制。
基于此，本申请提供一种浇筑模具端口的加工方法，其包括：在未形成浇筑口的浇筑模具端口形成凹槽，在凹槽内采用激光3D打印的方法制造耐磨层以填充凹槽。
浇筑模具的主体部分(除去3D打印部分)的材质为M33模具钢，在浇筑模具端口形成凹槽的方式包括机加工。
请参阅图2，本申请的浇筑模具端口100通过机加工形成为球冠形的凹槽101，且浇筑模具内部具有浇筑通道102，浇筑模具端口100用于形成凹槽101的曲面在浇筑通道102的上侧。
凹槽101为直径为8～15mm的球体和浇筑的端口相交得到的球冠面，凹槽101的开口的直径(d)为3～5mm，凹槽101的深度(h)为2～2.5mm，凹槽101底部与浇筑通道102顶部的距离为1.5～2mm。
在本申请的一种实施方式中，凹槽101的开口的直径为4mm，凹槽101的深度为2mm，耐磨层底部与浇筑通道102顶部的距离为1.5mm。在本申请的其他一些实施方式中，凹槽101的开口的直径还可以为3、3.5、4.5或5mm，凹槽101的深度还可以为2.1、2.2、2.3、2.4或2.5mm，耐磨层底部与浇筑通道102顶部的距离还可以为1.6、1.7、1.8、1.9或2mm。
在形成凹槽101后，以及在3D打印前，需要对浇筑模具端口100进行预处理，以及对3D打印粉末进行预处理。
对浇筑模具端口100进行预处理包括依次采用丙酮和酒精对浇筑模具端口100进行清洗，清洗完成后烘干。
本申请的激光3D打印采用的合金粉末为球形的铁基粉末，其粒径为20～50μm，其成分由0.13～0.18wt.％C、15～18wt.％Cr、1.9～2.1wt.％Mo、0.8～1.1wt.％Si、1.8～2.2wt.％Ni、0.1～0.2wt.％Mn以及余量的Fe组成。
可选地，本申请的激光3D打印采用的合金粉末的成分由0.14wt.％C、18wt.％Cr、1.95wt.％Mo、0.92wt.％Si、1.93wt.％Ni、0.11wt.％Mn以及余量的Fe组成。
对3D打印粉末进行预处理包括对3D打印粉末进行烘干处理。
可选地，烘干处理包括在100～120℃下保温300～360min。
可选地，烘干处理在真空加热炉中进行。
然后根据浇筑端口的凹槽101形状，建立3D打印模型，对相关打印路径进行规划，并设置激光功率、激光扫描速率、搭接量、层高、送粉器转速、送粉器流量和保护气流量等参数。
激光扫描路径为圆形，具体为从凹槽101底部中心开始向外扩展。且当激光扫描路径为从凹槽101底部中心向外呈圆形扩展时，形成的耐磨层组织硬度较高，且基本无缺陷。
3D打印分三层完成增材过程，包括先在凹槽101底部激光扫描1～2圈形成耐磨底层，再在耐磨底层表面激光扫描2～4圈形成耐磨中层，最后在耐磨中层表面激光扫描4～6圈形成耐磨上层。每完成一层，激光头提升，同时光斑会回到下一层的中心位置，继续完成该层的打印。
可选地，耐磨底层、耐磨中层和耐磨上层的高度分别为0.4～1mm。
需要说明的是，耐磨底层、耐磨中层和耐磨上层的高可以相同或不同，具体根据需求选择。
激光3D打印的激光功率为1～3kW，激光扫描速度为20～50m/min，搭接量为0.5～1mm，激光头抬升量为0.4～1mm，送粉器转速为0.5～2r/min，送粉气流量为10～15L/min，保护气流量为20～25L/min。
可选地，保护气包括氦气、氩气和氮气中的任意一种或多种。
可选地，送粉器采用的送粉气包括氦气、氩气和氮气中的任意一种或多种。
在本申请的一种实施方式中，激光3D打印的激光功率为1.5kW，激光扫描速度为30m/min，搭接量为0.5mm，激光头抬升量为0.5mm，送粉器转速为1r/min，送粉器流量为12L/min，保护气流量为20L/min。在本申请的其他一些实施方式中，激光3D打印的激光功率还可以为1、2、2.5或3kW，激光扫描速度还可以为20、25、35、40、45或50m/min，搭接量还可以为0.6、0.7、0.8、0.9或1mm，激光头抬升量还可以为0.4、0.6、0.7、0.8、0.9或1mm，送粉器转速还可以为0.5、0.8、1.2、1.5、1.8或2r/min，送粉器流量还可以为10、11、13、14或15L/min，保护气流量还可以为21、22、23、24或25L/min。
可选地，激光3D打印的激光束呈均匀热源分布。
可选地，激光束形成的斑点为圆形，且斑点的直径为0.5～1.5mm。
送粉器送粉焦点和激光束焦点位于同一位置和同一平面。
再将浇筑模具固定在3D打印工位处，并调整激光斑点至打印起点，运行程序，完成3D打印过程。
请参阅图3，最后通过机加工的方式除去多余的材料，具体是在耐磨层上打孔形成浇筑口103，使浇筑口103连通浇筑模具内的浇筑通道102，并对其进行抛光处理，制得浇筑模具。
可选地，浇筑口103为直径为0.8～1.2mm、深度为1～2mm的圆柱形。
本申请的浇筑模具端口的加工方法对浇筑模具端口100进行重新设计，在未形成浇筑口103的浇筑模具端口100形成球冠形的凹槽101后，选择特殊的合金粉末采用激光3D打印的方法对球冠形的凹槽101进行填充后，使得浇筑模具端口100的强度大幅度提升。耐磨层和浇筑模具结合较好，结合界面基本无缺陷，耐磨层组织硬度值达到55HRC以上，且内部也基本无缺陷。
本申请还提供一种浇筑模具，其端口根据上述的浇筑模具端口的加工方法加工。
本申请的浇筑模具的使用寿命大幅度提高，保证了产品的高质量和高效率生产。
实施例1
本申请实施例提供一种浇筑模具端口的加工方法及浇筑模具，其包括以下步骤：
1、加工凹槽
通过机加工的方式在浇筑模具端口加工出球冠形凹槽，浇筑模具的主体部分的材质为M33模具钢；凹槽的开口的直径为4mm，凹槽的深度为2mm，凹槽底部与浇筑通道顶部的距离为1.5mm。
2、预处理
依次采用丙酮和酒精对浇筑模具端口进行清洗，清洗完成后烘干。
选择球形的且粒径为20～50μm的铁基粉末作为3D打印粉末，其成分由0.14wt.％C、18wt.％Cr、1.95wt.％Mo、0.92wt.％Si、1.93wt.％Ni、0.11wt.％Mn以及余量的Fe组成。
将3D打印粉末置于真空加热炉中，在120℃下保温360min。
3、3D打印
根据浇筑端口的凹槽形状，建立3D打印模型，对相关打印路径进行规划。其中，激光扫描路径为圆形，具体为从凹槽底部中心开始向外扩展；3D打印分三层完成增材过程，包括先在凹槽底部激光扫描1～2圈形成耐磨底层，再在耐磨底层表面激光扫描2～4圈形成耐磨中层，最后在耐磨中层表面激光扫描4～6圈形成耐磨上层；设置激光3D打印的激光功率为1.5kW，激光扫描速度为30m/min，搭接量为0.5mm，激光头抬升量为0.5mm，送粉器转速为1r/min，送粉器流量为12L/min，保护气流量为20L/min；激光3D打印的激光束呈均匀热源分布；激光束形成的斑点为圆形，且斑点的直径为0.8mm。
将浇筑模具固定在3D打印工位处，并调整激光斑点至打印起点，运行程序，完成3D打印过程。
4、后处理
通过机加工的方式除去多余的材料，以及在耐磨层上打孔形成直径为1mm、深度为1.5mm的圆柱形浇筑口，使浇筑口连通浇筑模具内的浇筑通道，并对其进行抛光处理，制得浇筑模具。
对比例1
本申请对比例提供一种浇筑模具端口的加工方法及浇筑模具，其包括以下步骤：
1、加工凹槽
通过机加工的方式在浇筑模具端口加工出球冠形凹槽，浇筑模具的主体部分的材质为M33模具钢；凹槽的开口的直径为4mm，凹槽的深度为2mm，凹槽底部与浇筑通道顶部的距离为1.5mm。
2、预处理
依次采用丙酮和酒精对浇筑模具端口进行清洗，清洗完成后烘干。
选择球形的且粒径为20～50μm的铁基粉末作为3D打印粉末，其成分由0.15wt.％C、18wt.％Cr、0.5wt.％Mo、2.5wt.％Ni以及余量的Fe组成。
将3D打印粉末置于真空加热炉中，在120℃下保温360min。
3、3D打印
根据浇筑端口的凹槽形状，建立3D打印模型，对相关打印路径进行规划。其中，激光扫描路径为圆形，具体为从凹槽底部中心开始向外扩展；3D打印分三层完成增材过程，包括先在凹槽底部激光扫描1～2圈形成耐磨底层，再在耐磨底层表面激光扫描2～4圈形成耐磨中层，最后在耐磨中层表面激光扫描4～6圈形成耐磨上层；设置激光3D打印的激光功率为1.5kW，激光扫描速度为30m/min，搭接量为0.5mm，激光头抬升量为0.5mm，送粉器转速为1r/min，送粉器流量为12L/min，保护气流量为20L/min；激光3D打印的激光束呈均匀热源分布；激光束形成的斑点为圆形，且斑点的直径为0.8mm。
将浇筑模具固定在3D打印工位处，并调整激光斑点至打印起点，运行程序，完成3D打印过程。
4、后处理
通过机加工的方式除去多余的材料，以及在耐磨层上打孔形成直径为1mm、深度为1.5mm的圆柱形浇筑口，使浇筑口连通浇筑模具内的浇筑通道，并对其进行抛光处理，制得浇筑模具。
对比例2
本申请对比例提供一种浇筑模具端口的加工方法及浇筑模具，其包括以下步骤：
1、加工凹槽
通过机加工的方式在浇筑模具端口加工出球冠形凹槽，浇筑模具的主体部分的材质为M33模具钢；凹槽的开口的直径为4mm，凹槽的深度为2mm，凹槽底部与浇筑通道顶部的距离为1.5mm。
2、预处理
依次采用丙酮和酒精对浇筑模具端口进行清洗，清洗完成后烘干。
选择球形的且粒径为20～50μm的镍基碳化钨粉末作为3D打印粉末，其成分由0.55wt.％C、11.26wt.％Cr、3.1wt.％Si、22wt.％Fe以及余量的Ni组成。
将3D打印粉末置于真空加热炉中，在120℃下保温360min。
3、3D打印
根据浇筑端口的凹槽形状，建立3D打印模型，对相关打印路径进行规划。其中，激光扫描路径为圆形，具体为从凹槽底部中心开始向外扩展；3D打印分三层完成增材过程，包括先在凹槽底部激光扫描1～2圈形成耐磨底层，再在耐磨底层表面激光扫描2～4圈形成耐磨中层，最后在耐磨中层表面激光扫描4～6圈形成耐磨上层；设置激光3D打印的激光功率为1.5kW，激光扫描速度为30m/min，搭接量为0.5mm，激光头抬升量为0.5mm，送粉器转速为1r/min，送粉器流量为12L/min，保护气流量为20L/min；激光3D打印的激光束呈均匀热源分布；激光束形成的斑点为圆形，且斑点的直径为0.8mm。
将浇筑模具固定在3D打印工位处，并调整激光斑点至打印起点，运行程序，完成3D打印过程。
4、后处理
通过机加工的方式除去多余的材料，以及在耐磨层上打孔形成直径为1mm、深度为1.5mm的圆柱形浇筑口，使浇筑口连通浇筑模具内的浇筑通道，并对其进行抛光处理，制得浇筑模具。
对比例3
本申请对比例提供一种浇筑模具端口的加工方法及浇筑模具，其包括以下步骤：
1、加工凹槽
通过机加工的方式在浇筑模具端口加工出长方体形凹槽，浇筑模具的主体部分的材质为M33模具钢；凹槽的开口是边长为3mm的正方形，凹槽的深度为2mm，凹槽底部与浇筑通道顶部的距离为1.5mm。
2、预处理
依次采用丙酮和酒精对浇筑模具端口进行清洗，清洗完成后烘干。
选择球形的且粒径为20～50μm的铁基粉末作为3D打印粉末，其成分由0.14wt.％C、18wt.％Cr、1.95wt.％Mo、0.92wt.％Si、1.93wt.％Ni、0.11wt.％Mn以及余量的Fe组成。
将3D打印粉末置于真空加热炉中，在120℃下保温360min。
3、3D打印
根据浇筑端口的凹槽形状，建立3D打印模型，对相关打印路径进行规划。其中，激光扫描路径为长方形，具体为从凹槽底部中心开始向外扩展；3D打印分三层完成增材过程，包括先在凹槽底部激光扫描1～2圈形成耐磨底层，再在耐磨底层表面激光扫描2～4圈形成耐磨中层，最后在耐磨中层表面激光扫描4～6圈形成耐磨上层；设置激光3D打印的激光功率为1.5kW，激光扫描速度为30m/min，搭接量为0.5mm，激光头抬升量为0.5mm，送粉器转速为1r/min，送粉器流量为12L/min，保护气流量为20L/min；激光3D打印的激光束呈均匀热源分布；激光束形成的斑点为圆形，且斑点的直径为0.8mm。
将浇筑模具固定在3D打印工位处，并调整激光斑点至打印起点，运行程序，完成3D打印过程。
4、后处理
通过机加工的方式除去多余的材料，以及在耐磨层上打孔形成直径为1mm、深度为1.5mm的圆柱形浇筑口，使浇筑口连通浇筑模具内的浇筑通道，并对其进行抛光处理，制得浇筑模具。
对比例4
本申请对比例提供一种浇筑模具端口的加工方法及浇筑模具，其包括以下步骤：
1、加工凹槽
通过机加工的方式在浇筑模具端口加工出球冠形凹槽，浇筑模具的主体部分的材质为M33模具钢；凹槽的开口的直径为4mm，凹槽的深度为2mm，凹槽底部与浇筑通道顶部的距离为1.5mm。
2、预处理
依次采用丙酮和酒精对浇筑模具端口进行清洗，清洗完成后烘干。
选择球形的且粒径为20～50μm的铁基粉末作为3D打印粉末，其成分由0.14wt.％C、18wt.％Cr、1.95wt.％Mo、0.92wt.％Si、1.93wt.％Ni、0.11wt.％Mn以及余量的Fe组成。
将3D打印粉末置于真空加热炉中，在120℃下保温360min。
3、3D打印
根据浇筑端口的凹槽形状，建立3D打印模型，对相关打印路径进行规划。其中，激光扫描路径为圆形，具体为从凹槽底部的外圈开始向中心扩展；3D打印分三层完成增材过程，包括先在凹槽底部激光扫描1～2圈形成耐磨底层，再在耐磨底层表面激光扫描2～4圈形成耐磨中层，最后在耐磨中层表面激光扫描4～6圈形成耐磨上层；设置激光3D打印的激光功率为1.5kW，激光扫描速度为30m/min，搭接量为0.5mm，激光头抬升量为0.5mm，送粉器转速为1r/min，送粉器流量为12L/min，保护气流量为20L/min；激光3D打印的激光束呈均匀热源分布；激光束形成的斑点为圆形，且斑点的直径为0.8mm。
将浇筑模具固定在3D打印工位处，并调整激光斑点至打印起点，运行程序，完成3D打印过程。
4、后处理
通过机加工的方式除去多余的材料，以及在耐磨层上打孔形成直径为1mm、深度为1.5mm的圆柱形浇筑口，使浇筑口连通浇筑模具内的浇筑通道，并对其进行抛光处理，制得浇筑模具。
对比例5
本申请对比例提供一种浇筑模具端口的加工方法及浇筑模具，其包括以下步骤：
1、加工凹槽
通过机加工的方式在浇筑模具端口加工出球冠形凹槽，浇筑模具的主体部分的材质为M33模具钢；凹槽的开口的直径为5mm，凹槽的深度为3mm，凹槽底部与浇筑通道顶部的距离为1.5mm。
2、预处理
依次采用丙酮和酒精对浇筑模具端口进行清洗，清洗完成后烘干。
选择球形的且粒径为20～50μm的铁基粉末作为3D打印粉末，其成分由0.14wt.％C、18wt.％Cr、1.95wt.％Mo、0.92wt.％Si、1.93wt.％Ni、0.11wt.％Mn以及余量的Fe组成。
将3D打印粉末置于真空加热炉中，在120℃下保温360min。
3、3D打印
根据浇筑端口的凹槽形状，建立3D打印模型，对相关打印路径进行规划。其中，激光扫描路径为圆形，具体为从凹槽底部中心开始向外扩展；3D打印分三层完成增材过程，包括先在凹槽底部激光扫描1～2圈形成耐磨底层，再在耐磨底层表面激光扫描2～4圈形成耐磨中层，最后在耐磨中层表面激光扫描4～6圈形成耐磨上层；设置激光3D打印的激光功率为1.5kW，激光扫描速度为30m/min，搭接量为0.5mm，激光头抬升量为1mm，送粉器转速为1r/min，送粉器流量为12L/min，保护气流量为20L/min；激光3D打印的激光束呈均匀热源分布；激光束形成的斑点为圆形，且斑点的直径为0.8mm。
将浇筑模具固定在3D打印工位处，并调整激光斑点至打印起点，运行程序，完成3D打印过程。
4、后处理
通过机加工的方式除去多余的材料，以及在耐磨层上打孔形成直径为1mm、深度为1.5mm的圆柱形浇筑口，使浇筑口连通浇筑模具内的浇筑通道，并对其进行抛光处理，制得浇筑模具。
对比例6
本申请对比例提供一种浇筑模具端口的加工方法及浇筑模具，其包括以下步骤：
1、加工凹槽
通过机加工的方式在浇筑模具端口加工出球冠形凹槽，浇筑模具的主体部分的材质为M33模具钢；凹槽的开口的直径为4mm，凹槽的深度为2mm，凹槽底部与浇筑通道顶部的距离为1.5mm。
2、预处理
依次采用丙酮和酒精对浇筑模具端口进行清洗，清洗完成后烘干。
选择球形的且粒径为20～50μm的铁基粉末作为3D打印粉末，其成分由0.14wt.％C、18wt.％Cr、1.95wt.％Mo、0.92wt.％Si、1.93wt.％Ni、0.11wt.％Mn以及余量的Fe组成。
将3D打印粉末置于真空加热炉中，在120℃下保温360min。
3、3D打印
根据浇筑端口的凹槽形状，建立3D打印模型，对相关打印路径进行规划。其中，激光扫描路径为圆形，具体为从凹槽底部中心开始向外扩展；3D打印分三层完成增材过程，包括先在凹槽底部激光扫描1～2圈形成耐磨底层，再在耐磨底层表面激光扫描2～4圈形成耐磨中层，最后在耐磨中层表面激光扫描4～6圈形成耐磨上层；设置激光3D打印的激光功率为3.5kW，激光扫描速度为30m/min，搭接量为0.5mm，激光头抬升量为0.5mm，送粉器转速为1r/min，送粉器流量为12L/min，保护气流量为20L/min；激光3D打印的激光束呈均匀热源分布；激光束形成的斑点为圆形，且斑点的直径为0.8mm。
将浇筑模具固定在3D打印工位处，并调整激光斑点至打印起点，运行程序，完成3D打印过程。
4、后处理
通过机加工的方式除去多余的材料，以及在耐磨层上打孔形成直径为1mm、深度为1.5mm的圆柱形浇筑口，使浇筑口连通浇筑模具内的浇筑通道，并对其进行抛光处理，制得浇筑模具。
试验例1
实施例1制得的浇筑模具的实物图如图4所示，将实施例1制得的浇筑模具端口切口，截面图如图5所示。
由图4～5可知，打印后构件成形较好，浇筑端口处没有发生变形，耐磨层和基体结合较好，结合界面无任何缺陷，且耐磨层内部无任何缺陷。
试验例2
检测实施例1制得的浇筑模具中3D打印组织的硬度值，如表1所示。
实施例1和对比例1～2、4～6制得的浇筑模具中3D打印组织的金相图如图6～13所示。
表1实施例1制得的浇筑模具中3D打印组织的硬度值
次数 X(mm) Y(mm) D1(μm) D2(μm) 硬度值(HV) 转换值(HRA；HRC)
1 0 1 37.6 37.2 662.8 80.2；58.4
2 0 1.5 37.5 37.9 652.7 80.0；57.9
3 0 4 37.7 37.9 647.7 79.9；57.6
4 0 2.5 37 38.5 651.4 80.0；57.8
5 0 3 37.3 38.7 642.1 79.7；57.4
6 0 3.5 37.6 37.3 660.3 80.2；58.2
由表1和图6可知，实施例1的浇筑模具中其他部分的硬度值为48HRC，3D打印组织的平均硬度值为58HRC，且波动范围可以几乎忽略不计，说明组织内部分布均匀，为后期服役性能提供良好的保障。
由图7和8可知，虽然对比例1的浇筑模具中3D打印组织中无缺陷生成，但是3D打印组织的硬度值仅为42～46HRC，硬度偏低。
由图9和10可知，虽然对比例2的浇筑模具中3D打印组织硬度值非常高，可达75～80HRC，但是3D打印组织内部有很多孔洞和裂纹等缺陷生成。
对比例3的浇筑模具中3D打印组织在基体棱边处铺展不好，结合界面有空隙而产生裂纹，影响模具的使用性能。
由图11可知，对比例4的浇筑模具中3D打印组织内部有裂纹，且结合界面有气孔。
由图12可知，对比例5的浇筑模具中3D打印组织内部有裂纹。
由图13可知，对比例6的浇筑模具中靠近3D打印组织的位置出现了裂纹。
综上所述，本申请实施例的一种浇筑模具端口的加工方法及浇筑模具，对浇筑模具端口进行重新设计，在未形成浇筑口的浇筑模具端口形成球冠形的凹槽后，以及选择特殊的3D打印材料通过3D打印的方法对球冠形的凹槽进行填充后，使得浇筑模具端口的强度大幅度提升。耐磨层和浇筑模具结合较好，结合界面基本无缺陷，耐磨层组织硬度值达到55HRC以上，且内部也基本无缺陷。端口没有发生变形，保持较高的精密度，极大的提升了浇筑模具的服役寿命，使其寿命由一个月提升至五个月，保证了产品的高质量和高效率生产。
以上所述仅为本申请的具体实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种浇筑模具端口的加工方法，其特征在于，所述浇筑模具端口的加工方法包括：在未形成浇筑口的浇筑模具端口形成球冠形的凹槽，在所述凹槽内采用激光3D打印的方法制造耐磨层以填充所述凹槽；
所述凹槽的开口的直径为3～5mm，所述凹槽的深度为2～2.5mm；
所述激光3D打印的激光功率为1～3kW；
所述激光3D打印过程中的激光扫描路径为从所述凹槽底部中心向外呈圆形扩展；
所述激光3D打印采用的合金粉末的成分由0.13～0.18wt.％C、15～18wt.％Cr、1.9～2.1wt.％Mo、0.8～1.1wt.％Si、1.8～2.2wt.％Ni、0.1～0.2wt.％Mn以及余量的Fe组成。
2.根据权利要求1所述的浇筑模具端口的加工方法，其特征在于，采用所述激光3D打印的方法制造所述耐磨层包括：先在所述凹槽底部激光扫描1～2圈形成耐磨底层，再在所述耐磨底层表面激光扫描2～4圈形成耐磨中层，最后在所述耐磨中层表面激光扫描4～6圈形成耐磨上层。
3.根据权利要求2所述的浇筑模具端口的加工方法，其特征在于，所述耐磨底层、所述耐磨中层和所述耐磨上层的高度分别为0.4～1mm。
4.根据权利要求3所述的浇筑模具端口的加工方法，其特征在于，激光扫描速度为20～50m/min，搭接量为0.5～1mm，激光头抬升量为0.4～1mm。
5.根据权利要求1～4任一项所述的浇筑模具端口的加工方法，其特征在于，所述激光3D打印的激光束呈均匀热源分布；
可选地，所述激光束形成的斑点为圆形，且所述斑点的直径为0.5～1.5mm。
6.根据权利要求1～4任一项所述的浇筑模具端口的加工方法，其特征在于，在所述激光3D打印过程中，采用送粉器向目标位置送所述合金粉末，所述送粉器转速为0.5～2r/min。
7.根据权利要求1～4任一项所述的浇筑模具端口的加工方法，其特征在于，所述合金粉末为球形，粒径为20～50μm。
8.根据权利要求1～4任一项所述的浇筑模具端口的加工方法，其特征在于，所述浇筑模具内具有浇筑通道，所述耐磨层底部与所述浇筑通道顶部的距离为1.5～2mm。
9.根据权利要求1～4任一项所述的浇筑模具端口的加工方法，其特征在于，在完成制造所述耐磨层后，在所述耐磨层上打孔形成浇筑口，使所述浇筑口连通所述浇筑模具内的浇筑通道；
可选地，所述浇筑口为直径为0.8～1.2mm、深度为1～2mm的圆柱形。
10.一种浇筑模具，其特征在于，所述浇筑模具端口根据权利要求1～8任一项所述的浇筑模具端口的加工方法加工。
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Citations (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202427823U (zh) * 2011-12-19 2012-09-12 中国兵器工业第五二研究所 一种高硬度耐磨冲压凸模
CN103173760A (zh) * 2013-03-18 2013-06-26 张翀昊 利用第二道激光束提高3d打印金属件的致密性的方法
CN103882424A (zh) * 2014-03-19 2014-06-25 辽宁科技大学 一种带有激光熔覆涂层的高速线材轧机导卫辊的制备方法
KR101448610B1 (ko) * 2013-12-31 2014-10-13 주식회사 성은특수콘크리트 조립식 맨홀의 관연결부의 콘크리트타설 거푸집
CN204322441U (zh) * 2014-12-16 2015-05-13 江西兴邦光电股份有限公司 一种自动平衡压力的斜唧咀进胶机构
CN105081528A (zh) * 2015-06-24 2015-11-25 浙江东南网架股份有限公司 一种Q345qE结构钢的焊接工艺
CN105420722A (zh) * 2015-11-11 2016-03-23 北京宝丰钢结构工程有限公司 钢结构防腐工艺
CN106424700A (zh) * 2016-08-19 2017-02-22 东北大学 激光直接沉积陶瓷增强Fe60合金复合耐磨涂层及方法
CN107309531A (zh) * 2017-07-10 2017-11-03 中建钢构有限公司 一种钢结构建筑用超厚钢板高效焊接方法
CN109311199A (zh) * 2016-05-27 2019-02-05 赫斯基注塑系统有限公司 模具浇口结构
CN208945111U (zh) * 2018-08-01 2019-06-07 滦县天时矿山机械设备有限公司 一种耐磨球生产线用模具
CN109989061A (zh) * 2019-04-28 2019-07-09 江西省科学院应用物理研究所 一种激光3d打印制备耐磨硬质合金球磨罐衬板的方法
CN209492112U (zh) * 2019-01-11 2019-10-15 晋江市银鑫拉链织造有限公司 一种拉链头生产用分体式模具结构
CN111074269A (zh) * 2020-01-02 2020-04-28 沈阳中钛装备制造有限公司 一种钛合金耐磨涂层及其制备方法
CN111893484A (zh) * 2019-12-31 2020-11-06 南京中科煜宸激光技术有限公司 铜及铜合金表面激光熔覆制备耐磨耐蚀合金涂层的工艺及合金涂层
CN113279327A (zh) * 2021-06-05 2021-08-20 衡水中交信德工程橡塑有限公司 便于实现转动或滑动的桥梁或房屋建筑支座摩擦部及其制备方法
CN113324243A (zh) * 2021-05-31 2021-08-31 浙江物产环能浦江热电有限公司 一种用于循环流化床锅炉落煤口的防护板及其制备装置和制备方法
CN113478679A (zh) * 2021-06-23 2021-10-08 沈燕 一种胶丸机的成型装置及其使用方法

Patent Citations (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202427823U (zh) * 2011-12-19 2012-09-12 中国兵器工业第五二研究所 一种高硬度耐磨冲压凸模
CN103173760A (zh) * 2013-03-18 2013-06-26 张翀昊 利用第二道激光束提高3d打印金属件的致密性的方法
KR101448610B1 (ko) * 2013-12-31 2014-10-13 주식회사 성은특수콘크리트 조립식 맨홀의 관연결부의 콘크리트타설 거푸집
CN103882424A (zh) * 2014-03-19 2014-06-25 辽宁科技大学 一种带有激光熔覆涂层的高速线材轧机导卫辊的制备方法
CN204322441U (zh) * 2014-12-16 2015-05-13 江西兴邦光电股份有限公司 一种自动平衡压力的斜唧咀进胶机构
CN105081528A (zh) * 2015-06-24 2015-11-25 浙江东南网架股份有限公司 一种Q345qE结构钢的焊接工艺
CN105420722A (zh) * 2015-11-11 2016-03-23 北京宝丰钢结构工程有限公司 钢结构防腐工艺
CN109311199A (zh) * 2016-05-27 2019-02-05 赫斯基注塑系统有限公司 模具浇口结构
CN106424700A (zh) * 2016-08-19 2017-02-22 东北大学 激光直接沉积陶瓷增强Fe60合金复合耐磨涂层及方法
CN107309531A (zh) * 2017-07-10 2017-11-03 中建钢构有限公司 一种钢结构建筑用超厚钢板高效焊接方法
CN208945111U (zh) * 2018-08-01 2019-06-07 滦县天时矿山机械设备有限公司 一种耐磨球生产线用模具
CN209492112U (zh) * 2019-01-11 2019-10-15 晋江市银鑫拉链织造有限公司 一种拉链头生产用分体式模具结构
CN109989061A (zh) * 2019-04-28 2019-07-09 江西省科学院应用物理研究所 一种激光3d打印制备耐磨硬质合金球磨罐衬板的方法
CN111893484A (zh) * 2019-12-31 2020-11-06 南京中科煜宸激光技术有限公司 铜及铜合金表面激光熔覆制备耐磨耐蚀合金涂层的工艺及合金涂层
CN111074269A (zh) * 2020-01-02 2020-04-28 沈阳中钛装备制造有限公司 一种钛合金耐磨涂层及其制备方法
CN113324243A (zh) * 2021-05-31 2021-08-31 浙江物产环能浦江热电有限公司 一种用于循环流化床锅炉落煤口的防护板及其制备装置和制备方法
CN113279327A (zh) * 2021-06-05 2021-08-20 衡水中交信德工程橡塑有限公司 便于实现转动或滑动的桥梁或房屋建筑支座摩擦部及其制备方法
CN113478679A (zh) * 2021-06-23 2021-10-08 沈燕 一种胶丸机的成型装置及其使用方法

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