CN115305413A - 一种用于变速箱压铸模具的3d打印镶块及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于变速箱压铸模具的3D打印镶块及其制备工艺，涉及模具制造技术领域。本发明包括镶块本体，所述镶块本体通过金属粉末3D打印而成，且金属粉末按重量份比包括：Ni：17.5％～19.5％；Co：8.6％～9.2％；Mo：4.6％～5.5％；Ti：0.7％～1.2％；Al：0.2％～0.35％；其余为Fe。本发明通过3D打印的方式得到镶块本体，并在镶块本体内部形成与轮廓结构随型相配的冷却水道，使得镶块本体的结构更加紧凑，冷却水道的设计更加灵活，有效的提高了镶块本体整体的加工效率，并且有效的提高了镶块本体温度控制的灵敏度和整体的质量稳定性。
Description
技术领域
本发明属于模具制造技术领域，特别是涉及一种用于变速箱压铸模具的3D打印镶块及其制备工艺。
背景技术
现有的汽车9AT高端自动变速器壳体具有内腔结构，内腔结构的内壁分布有齿圈固定槽，内腔结构在压铸模具中一般以成型镶块的方式来制作，铝液压射填充型腔时温度高且速度快，要求镶块在具备较高尺寸精度的同时还要有足够的强度、硬度、一定的韧性和良好的耐热疲劳性能。
由于产品内腔结构复杂、周边壁厚截面变化不均匀，因此在产品留模冷却过程中会产生较大的收缩应力，产品变形风险极高。为此，上述模具镶块在具备直接形成内腔结构的同时，还应具备温度调节功能，来应对不同部位温度变化带来的产品变形风险。因此，需要根据产品工艺特性在镶块内部设计出形态多变的冷却水道。
但现有的模具通常在镶块内不布置冷却水道，直接依靠生产过程中的脱模剂喷涂，来实现局部温度控制，或者通过加工中心将模具钢坯料加工成所需形状的镶块，然后在镶块内部钻出纵横交错的冷却水孔，最后用丝堵或焊接的方式将多余的钻孔进行封堵。
但采用脱模剂喷涂的方式，会使得喷涂时间增长，生产节拍大幅上升，并且温度调控不精准，产品尺寸精度较低。而采用机械加工的方式仅能在镶块上做出直孔，无法做到与镶块本身的轮廓结构随型相配，对模温控制的灵敏性较差。
为解决这一问题，只能通过增加钻孔数量的方式缩短孔间距，加工难度大且效率较低。此外，钻孔数量增加的同时，也带来后续封堵钻孔数量的大幅上升，导致镶块结构臃肿、维修复杂且存在较大的漏水隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于变速箱压铸模具的3D打印镶块，通过3D打印的方式得到镶块本体，并在镶块本体内部形成与轮廓结构随型相配的冷却水道，解决了现有镶块本体冷却水道加工难度大效率低，以及存在漏水隐患的问题。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种用于变速箱压铸模具的3D打印镶块，包括镶块本体，所述镶块本体通过金属粉末3D打印而成，且金属粉末按重量份比包括：
Ni：17.5％～19.5％；Co：8.6％～9.2％；Mo：4.6％～5.5％；Ti：0.7％～1.2％；Al：0.2％～0.35％；其余为Fe。
作为本发明的一种优选技术方案，所述镶块本体包括镶块和底座；所述镶块内部布设有第一冷却水道、第二冷却水道，端面冷却水道和高压冷却水道；所述底座开设有与第一冷却水道连通的第一进水孔和第一出水孔、与第二冷却水道连通的第二进水孔和第二出水孔、与端面冷却水道连通的进水孔和出水孔和与高压冷却水道连通的高压进水孔和高压出水孔。
作为本发明的一种优选技术方案，所述第一冷却水道和第二冷却水道结构相同，均为沿镶块本体圆周面布设的蛇形盘管结构。
作为本发明的一种优选技术方案，所述端面冷却水道成涡状线结构，且与镶块本体的端面平行设置，用于对镶块本体端部进行冷却。
作为本发明的一种优选技术方案，所述镶块通过金属粉末3D打印而成；所述底座为DIEVAR模具钢材质，通过机械加工而成；所述镶块与底座通过螺钉连接固定。
一种用于变速箱压铸模具的3D打印镶块的其制备工艺，包括以下步骤：
步骤一：通过真空气雾化制备金属粉末；
步骤二：以步骤一制备的金属粉末为原料，通过3D打印制备得到镶块本体坯体；
步骤三：对步骤二的镶块本体胚体进行热处理，再通过机械加工对镶块本体胚体进行精加工获得镶块本体。
作为本发明的一种优选技术方案，一种用于变速箱压铸模具的3D打印镶块的制备工艺，包括以下步骤：
步骤一：通过真空气雾化制备金属粉末；
步骤二：以步骤一制备的金属粉末为原料，通过3D打印制备得到镶块坯体；
步骤三：对步骤二的镶块胚体进行热处理，再通过机械加工，对镶块胚体进行精加工获得镶块；
步骤四：通过机械加工获得底座；
步骤五：通过螺钉将镶块与底座连接固定得到镶块本体。
作为本发明的一种优选技术方案，还包括对镶块本体表面涂覆PVD涂层。
作为本发明的一种优选技术方案，所述3D打印时的铺粉厚度为40～50μm，扫描间距为0.1～0.15mm时，激光功率为300～340W，激光体能量密度为58～70J/mm3。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过3D打印的方式将金属粉末打印成镶块本体，使得在镶块本体内部形成与之轮廓结构随型相配的第一冷却水道、第二冷却水道，端面冷却水道和高压冷却水道，避免了通过机械加工的方式，导致镶块本体加工难度大和加工效率低，以及钻孔数量增加，存在较大的漏水隐患的情况发生，从而使得镶块本体的结构更加紧凑，冷却水道的设计更加灵活，有效的提高了镶块本体整体的加工效率，并且有效的提高了镶块本体温度控制的灵敏度和整体的质量稳定性。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
图1为本发明的一种用于变速箱压铸模具的3D打印镶块及其制备工艺的结构示意图；
图2为第一冷却水道的结构示意图；
图3为第二冷却水道的结构示意图；
图4为端面冷却水道的结构示意图；
图5为高压冷却水道的结构示意图；
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1-镶块本体，101-镶块，102-底座，103-第一冷却水道，104-第二冷却水道，105-端面冷却水道，106-高压冷却水道，1031-第一进水孔，1032-第一出水孔，1041-第二进水孔，1042-第二出水孔，1051-进水孔，1052-出水孔，1061-高压进水孔，1062-高压出水孔。
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，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组件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。
实施例一
请参阅图1所示，一种用于变速箱压铸模具的3D打印镶块，包括镶块本体1，镶块本体1通过金属粉末3D打印而成，且金属粉末按重量份比包括：Ni：17.5％～19.5％；Co：8.6％～9.2％；Mo：4.6％～5.5％；Ti：0.7％～1.2％；Al：0.2％～0.35％；其余为Fe。
如图2～5所示，镶块本体1包括镶块101和底座102；镶块101内部布设有第一冷却水道103、第二冷却水道104，端面冷却水道105和高压冷却水道106。
底座102开设有与第一冷却水道103连通的第一进水孔1031和第一出水孔1032、与第二冷却水道104连通的第二进水孔1041和第二出水孔1042、与端面冷却水道105连通的进水孔1051和出水孔1052和与高压冷却水道106连通的高压进水孔1061和高压出水孔1062。
其中，第一冷却水道103和第二冷却水道104结构相同，均为沿镶块本体1圆周面布设的蛇形盘管结构，用于对镶块本体1圆周面进行冷却和温度控制。端面冷却水道105成涡状线结构，且与镶块本体1的端面平行设置，用于对镶块本体1端部进行冷却。高压出水孔1062根据特定的冷却需求与镶块本体1的轮廓随型相配。
通过3D打印的方式将金属粉末打印成镶块本体，使得在镶块本体内部形成与之轮廓结构随型相配的第一冷却水道、第二冷却水道，端面冷却水道和高压冷却水道，使得镶块本体的结构更加紧凑，冷却水道的设计更加灵活，有效的提高了镶块本体整体的加工效率，并且有效的提高了镶块本体温度控制的灵敏度和整体的质量稳定性，杜绝了镶块本体存在漏水的隐患。
一种用于变速箱压铸模具的3D打印镶块的其制备工艺，包括以下步骤：
步骤一：通过真空气雾化制备金属粉末，金属粉末按重量份比包括：Ni：18％；Co：9％；Mo：5％；Ti：0.75％；Al：0.3％；其余为Fe。其中，Ti和Al元素促进铸态组织中残余铁素体体积分数的增大，wt(Ti)在0.7％时，Al元素的加入对钢的强塑性具有提高作用，但当wt(Ti)大于1.2％时，Al元素的加入恶化塑性。因此，选择wt(Ti)＝0.75％；wt(Al)＝0.3％。
步骤二：以步骤一制备的金属粉末为原料，通过3D打印制备得到镶块本体坯体，并在打印过程中在镶块本体坯体内部形成第一冷却水道103、第二冷却水道104，端面冷却水道105和高压冷却水道106。
步骤三：对步骤二的镶块本体胚体进行热处理，再通过机械加工对镶块本体胚体进行精加工获得镶块本体1。
实施例二
基于实施例一，将镶块101和底座102设计为分体式结构，其中，镶块101通过金属粉末3D打印而成，底座102为DIEVAR模具钢材质，通过机械加工而成，镶块101与底座102通过螺钉连接固定。通过分体式的设计，使得镶块本体1整体的制造成本得到降低，并且有利于缩短整体的生产加工周期。
根据上述的一种用于变速箱压铸模具的3D打印镶块的制备工艺，包括以下步骤：
步骤一：通过真空气雾化制备金属粉末，金属粉末的组分与实施例一中相同。
步骤二：以步骤一制备的金属粉末为原料，通过3D打印制备得到镶块坯体，并在打印过程中在镶块本体坯体内部形成第一冷却水道103、第二冷却水道104，端面冷却水道105和高压冷却水道106。
步骤三：对步骤二的镶块胚体进行热处理，再通过机械加工，对镶块胚体进行精加工获得镶块101。
步骤四：通过机械加工获得底座102，如通过机械加工在底座102的端面开设出与第一冷却水道103连通的第一进水孔1031和第一出水孔1032、与第二冷却水道104连通的第二进水孔1041和第二出水孔1042、与端面冷却水道105连通的进水孔1051和出水孔1052和与高压冷却水道106连通的高压进水孔1061和高压出水孔1062。
步骤五：通过螺钉将镶块101与底座102连接固定，从而得到镶块本体1，最终通过底座102与模具连接即可。
实施例三
在实施例一或实施例二的基础上，还包括对在最终获得的镶块本体1表面涂覆PVD涂层。同时，实施例一和实施例二中3D打印时的参数设定相同，包括铺粉厚度为40～50μm，扫描间距为0.1～0.15mm时，激光功率为300～340W，激光体能量密度为58～70J/mm3。
具体的，铺粉厚度为50μm，扫描间距为0.11mm时，激光功率为320W，激光体能量密度在70J/mm3之间，通过测定，根据上述设定的参数制备后激光选区熔化成型试样的额相对致密度达到99.97％以上。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (9)
1.一种用于变速箱压铸模具的3D打印镶块，其特征在于：包括镶块本体(1)，所述镶块本体(1)通过金属粉末3D打印而成，且金属粉末按重量份比包括：
Ni：17.5％～19.5％；
Co：8.6％～9.2％；
Mo：4.6％～5.5％；
Ti：0.7％～1.2％；
Al：0.2％～0.35％；
其余为Fe。
2.根据权利要求1所述的一种用于变速箱压铸模具的3D打印镶块，其特征在于，所述镶块本体(1)包括镶块(101)和底座(102)；所述镶块(101)内部布设有第一冷却水道(103)、第二冷却水道(104)，端面冷却水道(105)和高压冷却水道(106)；
所述底座(102)开设有与第一冷却水道(103)连通的第一进水孔(1031)和第一出水孔(1032)、与第二冷却水道(104)连通的第二进水孔(1041)和第二出水孔(1042)、与端面冷却水道(105)连通的进水孔(1051)和出水孔(1052)和与高压冷却水道(106)连通的高压进水孔(1061)和高压出水孔(1062)。
3.根据权利要求2所述的一种用于变速箱压铸模具的3D打印镶块，其特征在于，所述第一冷却水道(103)和第二冷却水道(104)结构相同，均为沿镶块本体(1)圆周面布设的蛇形盘管结构。
4.根据权利要求2所述的一种用于变速箱压铸模具的3D打印镶块，其特征在于，所述端面冷却水道(105)成涡状线结构，且与镶块本体(1)的端面平行设置，用于对镶块本体(1)端部进行冷却。
5.根据权利要求2或3或4所述的一种用于变速箱压铸模具的3D打印镶块，其特征在于，所述镶块(101)通过金属粉末3D打印而成；所述底座(102)为DIEVAR模具钢材质，通过机械加工而成；所述镶块(101)与底座(102)通过螺钉连接固定。
6.根据权利要求1～4任意一项所述的一种用于变速箱压铸模具的3D打印镶块的其制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：通过真空气雾化制备金属粉末；
步骤二：以步骤一制备的金属粉末为原料，通过3D打印制备得到镶块本体坯体；
步骤三：对步骤二的镶块本体胚体进行热处理，再通过机械加工对镶块本体胚体进行精加工获得镶块本体(1)。
7.根据权利要求5所述的一种用于变速箱压铸模具的3D打印镶块的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：通过真空气雾化制备金属粉末；
步骤二：以步骤一制备的金属粉末为原料，通过3D打印制备得到镶块坯体；
步骤三：对步骤二的镶块胚体进行热处理，再通过机械加工，对镶块胚体进行精加工获得镶块(101)；
步骤四：通过机械加工获得底座(102)；
步骤五：通过螺钉将镶块(101)与底座(102)连接固定得到镶块本体(1)。
8.根据权利要求6或7所述的一种用于变速箱压铸模具的3D打印镶块及其制备工艺，其特征在于，还包括对镶块本体(1)表面涂覆PVD涂层。
9.根据权利要求6或7所述的一种用于变速箱压铸模具的3D打印镶块的制备工艺，其特征在于，所述3D打印时的铺粉厚度为40～50μm，扫描间距为0.1～0.15mm时，激光功率为300～340W，激光体能量密度为58～70J/mm3。
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2022
- 2022-08-12 CN CN202210968062.6A patent/CN115305413A/zh active Pending
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