CN114247854B - 一种压铸型腔模具的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压铸型腔模具的制造方法。首先增材快速成型制造出与模具型腔完整表面匹配的壳形薄壁构件，再镶嵌复合铸造出模具整体，然后沿分模面分切，获得定模和动模模块，再组合成压铸型腔模具。对型腔表面进行激光快速扫描二次烧结均匀硬化热处理，然后再球磨抛光至达到压铸型腔模具使用要求。金属液体从构件型芯上开始由内向外顺序凝固，可以消除铸造的缩松缩孔缺陷，保证型腔模具坯体材料的质量。本发明的制造工艺路线，工艺步骤简单，稳定可靠，操作方便，实施容易。生产整体成本较低，应用领域量大面广，市场应用前景良好，可以创造重大的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及金属液体成型模具的制备技术，尤其是指一种压铸型腔模具的制造方法。
背景技术
压铸是通过压铸机将金属流体高速压射进入模具型腔、并充满模具型腔，模腔中的材料冷却后获得与模具型腔形状尺寸一致的金属零件的工艺方法。压铸模具是压铸金属零部件成型的工具，工作时承受高温、高压、热应力的循环作用，模具型腔表面承受高温金属液体的冲刷，而模具材料内部的冷却通道持续地通水冷却，对模具的材料性能要求很高。常用的模具加工制造方法如申请号为CN 201910661166.0的一种压铸模具热处理工艺，申请号为CN201010156013.X的压铸模用H13类钢的淬火工艺，是采用耐热模具钢通过切削机械加工去除型腔部位的材料获得型腔的形状和尺寸，再通过热处理提高模具的材料性能。这样的型腔模具型腔工作表面与模具的其他部位都为一种材料，没有满足模具不同位置对材料差异性的要求，而且整体热处理对材料性能的提高受到较大限制。申请号为CN201410395940.5的一种以丝材为原材料快速制造原型的方法及其快速成型机的发明专利，其方法是首先牵引一条丝材在成型板上形成直线或曲线平面轨迹形状，使丝材结合在成型板上，并保持相应的形状；其次以该条丝材为基准进行快速成型分层叠加增材，包括两种情况：1)在该条丝材上将其它丝材层层紧密叠加，形成所需构件的空间形状，并使丝材间实现冶金结合，最终便可获得所需形状的构件；2)将其它丝材与该条丝材条条并列相贴组合在一起形成板面结构，并使丝材间实现冶金结合，然后在该板面结构上将丝材按照所需的轨迹形状和长度层层堆积，形成所需构件的空间形状，并使丝材间实现冶金结合，最终便可获得所需形状的构件。可以制造壳体零件及型腔模具，但在制造型腔模具时只是由线到面、由面成体，通过单一种类线材累积增材而成，需要后续切削加工制造型腔。申请号为CN201310132690.1的基于金属3D打印的新型异种材料复合铸造方法，包括的步骤和条件是：通过金属3D打印技术成型复杂形状的薄壁零件，通过铸造方法向薄壁零件填充浇铸材料，浇铸材料的熔点低于薄壁零件的熔点，冷却后成型复杂实体零件；这种工艺方法当浇注金属液体温度较高时，金属3D打印制造的薄壁坯体可能会失稳坍塌，所以要求浇铸材料的熔点低于薄壁零件的熔点，也没有措施保证铸造材料与薄壁零件之间的结合质量，因而其应用受到了限制。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺点，提供一种新型的压铸型腔模具的制造方法。
一种压铸型腔模具的制造方法，其特征在于该方法包括以下步骤及其工艺条件：
步骤一：制备与模具型腔内表面匹配的壳形薄壁构件
采用耐热合金钢通过激光烧结增材快速成型机制造出壳形薄壁构件，壳形薄壁构件内表面形状尺寸与模具型腔形状尺寸一致，外表面分布有若干相间排列的凸筋和凹槽，两端设有管道连接口，壳形薄壁构件一端端口覆盖透气钢片后连接有金属管，另一端为耐高温颗粒支撑物装入口，也安装有透气钢片，待耐高温颗粒支撑物充满壳形薄壁构件型腔后，再连接上金属管；
步骤二：填充耐高温颗粒支撑物
耐高温颗粒支撑物经装入口装入壳形薄壁构件型腔，振动压实至充满壳形薄壁构件型腔，将耐高温颗粒支撑物封闭在壳形薄壁构件的型腔中；
步骤三：型腔模具块整体的制备
将填充了耐高温颗粒支撑物的壳形薄壁构件作为砂型铸造的型芯，安装组合固定在重力铸造的砂型中，并保持壳体薄壁构件外表面的清洁，一端的金属管接冷却气源，通气冷却壳体构件型芯内表面，另一端金属管作为出气口；浇注金属液体至填满壳形薄壁构件型芯周围砂型的空间，金属液体从壳体薄壁构件的型芯开始由内向外顺序凝固，完全凝固后壳形薄壁构件与铸件冶金结合，获得表层为耐热合金钢而基体为铸件的型腔模具块整体，将铸造获得的型腔模具块整体从砂型中卸出，拆卸连接管和透气钢片，清除掉填充的耐高温颗粒支撑物和型砂，并进行清洁处理；
步骤四：成套压铸模具的制备
(1)步骤三所制备的型腔模具块整体，沿分模面切分成两块，一块加工成定模模块，一块加工成动模模块；
(2)型腔表面处理
对型腔表面进行激光快速扫描二次烧结均匀硬化热处理，然后再球磨抛光至达到压铸型腔模具使用要求；
(3)组装压铸模具，将定模模块和动模模块分别安装在定模座和动模座中，并分别安装在模架上，组合在一起获得成套压铸模具。
优选地，所述壳形薄壁构件壁厚1.5～5.0mm，并预留后续加工余量0.5～1.0mm。
优选地，步骤一所述壳形薄壁构件所用耐热合金钢为耐热镍合金模具钢或耐热钨合金模具钢或H13耐热合金模具钢。
优选地，所述壳形薄壁构件所用耐热合金钢为耐热合金钢金属粉末或耐热合金钢金属扁丝。
优选地，步骤二所述耐高温颗粒支撑物为石英砂或三氧化二铝陶瓷颗粒，其尺寸为2～5毫米。
优选地，所述金属液体为铸钢或球墨铸铁或灰口铸铁。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1、本发明提供了一种压铸型腔模具的制造方法，首先增材快速成型制造出与模具型腔完整表面匹配的壳形薄壁构件，再镶嵌复合铸造出模具整体，然后沿分模面分切，获得定模和动模模块，再组合成压铸型腔模具的制造工艺路线，工艺步骤简单，稳定可靠，操作方便，实施容易。
2、本发明型腔模具坯体为铸造材料，而型腔表面材料为耐热合金钢，有利于延长模具使用寿命，同时节约了贵重合金成分，降低了材料成本和模具的整体造价。
3、本发明方法采用砂型重力铸造时，壳体构件型芯的两端管道连接口与金属管连接，一端的金属管接冷却气源，另一端为出气口，通气冷却壳体构件型芯内表面，可以降低壳体构件的温升，保持其强度和刚度，同时铸造金属液体会从壳体构件型芯上开始凝固，由内向外顺序凝固，可以消除铸造的缩松缩孔缺陷，保证型腔模具坯体材料的质量。
4、本发明铸造时金属液体会进入壳形薄壁构件外表面凸筋之间的凹槽内，金属液体凝固后，铸造组织与壳体材料互相嵌入咬合，型腔壳体与铸件基体牢固可靠地结合在一起。
5、本发明壳形薄壁构件型腔中充填耐高温颗粒物，对壳形薄壁构件内部起支撑作用，因而可以采用较薄的型腔壳体做铸造型芯，使型腔壳体在浇注过程中不会因高温失稳坍塌，同时冷却气体可以从颗粒物之间的间隙穿过进行冷却，保证铸造工艺的顺利进行。
6、本发明所述压铸型腔模具制造方法特别适合制造超大型尺寸型腔模具，而且成本较低，因为市场上的模具钢材料尺寸大小受限，而且价格昂贵，加工制造成本高。
7、本发明所述压铸型腔模具制造方法，生产整体成本较低，应用领域量大面广，市场应用前景良好，可以创造重大的经济效益。
具体实施方式
下面结合多个具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种压铸型腔模具的制造方法，包括以下步骤及其工艺条件：
步骤一：制备与模具型腔内表面匹配的壳形薄壁构件
采用H13合金模具钢金属粉末，通过激光烧结增材快速成型机制造出壳形薄壁构件，壳形薄壁构件内表面形状尺寸与模具型腔形状尺寸一致，壁厚1.5～5.0mm，预留后续加工余量0.5～1.0mm，其外表面具有凸筋和凹槽相间分布，凸筋高为2mm，凹槽深为2mm。壳形薄壁构件两端设有管道连接口，口径20mm，并加工有螺纹，H13壳形薄壁构件一端端口覆盖透气钢片后连接有金属管，另一端是耐高温颗粒支撑物装入口，在耐高温颗粒支撑物后也安装上透气钢片，填充耐高温颗粒支撑物后再连接上金属管，并对壳体外表面进行清洁处理。
步骤二：填充耐高温颗粒支撑物
本实施例耐高温颗粒支撑物采用颗粒特征尺寸为2～5mm的耐高温石英颗粒或三氧化二铝陶瓷颗粒，经装入口装入壳形薄壁构件型腔，振动压实至充满壳形薄壁构件型腔，将耐高温颗粒支撑物封闭在壳形薄壁构件的型腔中；
步骤三：型腔模具块整体的制备
将填充了耐高温颗粒支撑物的壳形薄壁构件作为砂型铸造的型芯，安装组合固定在重力铸造的砂型中，并保持壳体薄壁构件外表面的清洁，一端的金属管接冷却气源，通气冷却壳体构件型芯内表面，另一端金属管作为出气口；一端的金属管接冷却气源，压缩空气可以从连接管输入，经过透气钢片，再从耐高温颗粒支撑物之间的间隙穿过对壳体薄壁构件的型芯内表面进行冷却。浇注金属液体至填满壳形薄壁构件型芯周围砂型的空间，金属液体从壳体薄壁构件的型芯开始由内向外顺序凝固，金属液体进入壳形薄壁构件外表面凸筋之间的凹槽内，金属液体凝固后，铸造组织与壳体材料互相嵌入咬合，型腔壳体与铸件基体牢固可靠地结合在一起，完全凝固后容器壳形薄壁构件与铸件冶金结合在一起，所述金属液体可以是铸钢或球墨铸铁或灰口铸铁，获得型腔表层为耐热合金H13钢而基体为铸件的型腔模具块整体，将铸造获得的型腔模具块整体从砂型中卸出，拆卸连接管和透气钢片，清除掉颗粒填充物和型砂，并进行清洁处理。
步骤四：成套压铸模具的制备
本实施例首先采用H13耐热钢金属粉末增材快速成型制造出与模具型腔完整表面匹配的壳形薄壁构件，再镶嵌复合铸造出型腔模具块整体，沿分模面切分成两块，一块加工成定模模块，一块加工成动模模块；然后沿分模面分切，获得定模模块和动模模块；对型腔表面进行激光快速扫描二次烧结均匀硬化热处理，然后再球磨抛光至达到压铸型腔模具使用要求；最后将定模模块和动模模块分别安装在定模座和动模座中，并分别安装在模架上，组合在一起获得成套压铸模具。
实施例2
本实施例所述一种压铸型腔模具的制造方法包括的步骤及其工艺条件与实施例1基本相同，与实施例1不同的是本实施例将耐热镍合金模具钢或耐热钨合金模具钢材料热挤压获得丝坯，再通过扁口模具拉拔将耐热镍合金模具钢或耐热钨合金模具钢材料制造获得精确尺寸的扁丝，然后采用金属丝材快速成型机，将耐热钢扁丝制造成与模具型腔形状尺寸一致并且两端具有管道连接口的壳形薄壁构件。
实施例3
本实施例所述一种压铸型腔模具的制造方法包括的步骤及其工艺条件与实施例1基本相同，与实施例1不同的是本实施例采用耐热钨合金的粉末材料，通过激光烧结增材快速成型机制造出壳形薄壁构件。
以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种压铸型腔模具的制造方法，其特征在于该方法包括以下步骤及其工艺条件：
步骤一：制备与模具型腔内表面匹配的壳形薄壁构件
采用耐热合金钢通过激光烧结增材快速成型机制造出壳形薄壁构件，壳形薄壁构件内表面形状尺寸与模具型腔形状尺寸一致，外表面分布有若干相间排列的凸筋和凹槽，两端设有管道连接口，壳形薄壁构件一端端口覆盖透气钢片后连接有金属管，另一端为耐高温颗粒支撑物装入口，也安装有透气钢片，待耐高温颗粒支撑物充满壳形薄壁构件型腔后，再连接上金属管；
步骤二：填充耐高温颗粒支撑物
耐高温颗粒支撑物经装入口装入壳形薄壁构件型腔，振动压实至充满壳形薄壁构件型腔，将耐高温颗粒支撑物封闭在壳形薄壁构件的型腔中；将填充了耐高温颗粒支撑物的壳形薄壁构件作为砂型铸造的型芯，安装组合固定在重力铸造的砂型中，
步骤三：型腔模具块整体的制备
将填充了耐高温颗粒支撑物的壳形薄壁构件作为砂型铸造的型芯，安装组合固定在重力铸造的砂型中，并保持壳体薄壁构件外表面的清洁，一端的金属管接冷却气源，通气冷却壳体构件型芯内表面，另一端金属管作为出气口；浇注金属液体至填满壳形薄壁构件型芯周围砂型的空间，金属液体从壳体薄壁构件的型芯开始由内向外顺序凝固，完全凝固后壳形薄壁构件与铸件冶金结合，获得表层为耐热合金钢而基体为铸件的型腔模具块整体，将铸造获得的型腔模具块整体从砂型中卸出，拆卸连接管和透气钢片，清除掉填充的耐高温颗粒支撑物和型砂，并进行清洁处理；
步骤四：成套压铸模具的制备
(1)步骤三所制备的型腔模具块整体，沿分模面切分成两块，一块加工成定模模块，一块加工成动模模块；
(2)型腔表面处理
对型腔表面进行激光快速扫描二次烧结均匀硬化热处理，然后再球磨抛光至达到压铸型腔模具使用要求；
(3)组装压铸模具，将定模模块和动模模块分别安装在定模座和动模座中，并分别安装在模架上，组合在一起获得成套压铸模具。
2.根据权利要求1所述的一种压铸型腔模具的制造方法，其特征在于：步骤一所述壳形薄壁构件壁厚1.5～5.0mm，并预留后续加工余量0.5～1.0mm。
3.根据权利要求1所述的的一种压铸型腔模具的制造方法，其特征在于：步骤一所述壳形薄壁构件所用耐热合金钢为耐热镍合金模具钢或耐热钨合金模具钢或H13耐热合金模具钢。
4.根据权利要求3所述的一种压铸型腔模具的制造方法，其特征在于：所述壳形薄壁构件所用耐热合金钢为耐热合金钢金属粉末或耐热合金钢金属扁丝。
5.根据权利要求1所述的一种压铸型腔模具的制造方法，其特征在于：步骤二所述耐高温颗粒支撑物为石英砂或三氧化二铝陶瓷颗粒，其尺寸为2-5毫米。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种压铸型腔模具的制造方法，其特征在于：所述金属液体为铸钢或球墨铸铁或灰口铸铁。
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