CN117206845A - 一种具有随形水路的模具零件的制作工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有随形水路的模具零件的制作工艺，属于模具加工技术领域。它解决了现有工艺制作的模具传热效果不佳、品质差、寿命低的问题。本工艺包括以下步骤：A、选取模具钢作为零件基材加工出模腔轮廓面形成基体部；B1、在基体部上加工形成腔体，在腔体的底壁上加工形成凹槽，对凹槽的内壁进行粗糙度加工；B2、选取熔点低于模具钢的金属材料并加工形成随形水路模型，将其嵌入凹槽并固定；C1、往腔体内浇注熔点高于随形水路模型的金属材料液体，冷却凝固后形成铸造部；C2、进行保温处理使得随形水路模型熔融成液体流出形成随形水路，冷却后完成制作。采用本工艺制作的模具零件传热效果好，具有较佳的品质和寿命。
Description
技术领域
本发明属于模具加工技术领域，涉及一种具有随形水路的模具零件的制作工艺。
背景技术
模具一般由多个模具零件构成，例如模板、动模、定模等，合模后形成用于成型工件的模腔，而为了对模具进行冷却，通常需要在模腔的的周围设置水路。模具模腔的形状是由工件决定的，模腔的轮廓面大多都是曲面，而传统模具中的水路都直通式的，处于同一平面上，因此水路的中心到模腔的轮廓面各部分之间的距离是不均的，从而导致冷却效果也是不均的，从而回影响注塑的工件的品质。
为此，人们研发了一种内部具有随形水路的模具，所谓的随形水路即指该水路呈与模腔形状一致的轨迹分布于模腔外围，能够保证该水路各处到模腔轮廓面的间距均保持一致，冷却效果均匀。
现有的内部具有随形水路的模具均采用以下方法制成：如中国专利申请(申请号：201510051427.9)公开了一种内部具有随形水路的模具及其制作方法，该方法包括：先将模仁从水路处拆分为上、下模仁和水路三个部分，先制作水路模型和下模仁辅助成型治具；再用金属粉末压制技术，用下模仁辅助成型治具压制出下模仁模型，再将水路模型放置在下模仁模型上，再继续填充金属粉末并压制，最终在成型槽内形成内部嵌有水路模型的模仁模型，对该模仁模型进行烧结脱脂，去除树脂制作的水路模型并且上、下模仁模型一体成型，则制作出内部具有随形水路的模仁，该随形水路呈与型腔形状一致的轨迹分布于型腔外围，能够对型腔进行均匀的冷却。
采用上述的方法制作的模具，形成的随形水路是由金属成型粉末直接烧结形成的，随形水路内壁的较为光滑，粗糙度不可控，影响传热的效果；同时整体烧结而成的模具会导致原型结构疏松，多孔、且具有内应力，制作易变性，模腔轮廓面粗糙多孔并受粉末颗粒大小及激光光斑的限制，后处理较难，相比于采用模具钢机加工制作形成的模具，其整体的模具品质和寿命都较差。
由于随形水路形状复杂，在模具钢中无法实现对随形水路的机加工，因此，为了保证传热的效果以及模具的品质，现有的常规做法是将整个模具切割呈多块的分体式制作，具体为：采用模具钢分别切割形成一层一层的板块，并在各层板块上加工出对应的随形水路流道段，然后对各板块上的随形水路流道段的内壁进行打磨加工增加粗糙度，再将个板块进行拼叠焊接在一起，使得各随形水路流道段拼接形成完整的随形水路。但是采用上述制作形成的模具，其在焊接处容易产生泄漏，而且随形水路整体的流畅度也不佳，影响冷却效果的均匀性。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种具有随形水路的模具零件的制作工艺，本发明所要解决的技术问题是：如何解决现有工艺制作的模具传热效果不佳、品质差、寿命低的问题。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种具有随形水路的模具零件的制作工艺，其特征在于，该工艺包括以下步骤：
A、选取模具钢作为零件基材，在零件基材上加工出模腔轮廓面形成模具零件的基体部；
B1、对基体部背离模腔轮廓面的一侧进行加工形成腔体，在腔体的底壁上加工形成凹槽，对凹槽的内壁进行粗糙度加工；
B2、选取熔点低于上述模具钢的金属材料并加工形成随形水路模型，随形水路模型的外径与上述凹槽的内径相匹配，将随形水路模型嵌入凹槽并固定；
C1、往腔体内浇注熔点高于上述随形水路模型的金属材料液体，冷却凝固后形成铸造部；
C2、然后进行保温处理使得上述随形水路模型熔融成液体流出形成随形水路，冷却后完成制作形成具有随形水路的模具零件。
模具一般由多个模具零件构成，多个零件能够相互合模形成模腔，本申请中的模具零件是指模具中具有模腔轮廓面的零部件，如注塑模具中的动模和定模。本工艺区别于常规技术，采用的是机加工与金属铸造相结合的方式进行模具的制造，模具整体的具有模腔轮廓面的基体部采用模具钢机加工成型，相比于烧结成型的模具零件具有足够的表面硬度、良好的芯部强韧性、较好的耐疲劳性、耐热性和耐腐蚀性、较小的热处理变形性能，保证了模具的品质和寿命。然后再在基体部的背面(即用于与模板相连接的一侧)加工形成腔体，并在腔体的底壁上机加工形成凹槽，将加工成型的随形水路模型嵌入凹槽内并固定，再往腔体内浇注铸造金属液体将腔体填补(金属液浇注后立马就会冷却凝固基本不会使随形水路管件模型造成熔融)形成铸造部，然后进行保温处理使得随形水路管件模型熔融从模具零件中流出，从而在模具零件中形成随形水路，此时形成的随形水路一部分内壁是由凹槽的内壁构成的，一部分是由金属液体浇注形成的，而凹槽在加工开设的过程中还能够对其内壁的粗糙度进行机加工，从而在形成随型水路后，增加冷却水和零件之间的接触面积，增加零件传热速度，提升传热的效果。同时，形成的随形水路无切割，均是条完整的水路，无焊缝，避免了泄漏，且随形水路更加贴近模腔轮廓面，不受模具零件的结构和形状限制，能够保证该随形水路的截面中心到模腔轮廓面的间距均保持一致，最大化的实现了冷却水路系统的合理化设计和布局，缩短了热成型循环周期中的冷却时间，使得塑件产品得到均匀的冷却，冷却效率更高。
在上述的具有随形水路的模具零件的制作工艺中，在所述步骤B1中，保证凹槽底部与模腔轮廓面之间形成大致均匀的壁厚，随形水路模型嵌入凹槽后紧贴凹槽的内壁固定。随形水路模型嵌入凹槽后紧贴凹槽的内壁固定，保温熔融后，凹槽的内壁构成随形水路的一部分，而凹槽在加工开设的过程中能够对其内壁的粗糙度进行机加工，增加冷却水和零件之间的接触面积，增加零件传热速度，提升传热的效果。同时，均匀的壁厚能够保证进一步保证随形水路的截面中心到模腔轮廓面的间距均保持一致，最大化的实现了冷却水路系统的合理化设计和布局，缩短了热成型循环周期中的冷却时间，使得塑件产品得到均匀的冷却，冷却效率更高。
在上述的具有随形水路的模具零件的制作工艺中，在所述步骤B1中，保证凹槽底部与模腔轮廓面之间的壁厚为3～15mm。壁厚设置在上述的范围内，能够保证足够的模腔成型面的强度要求，避免模腔轮廓面发生变形，保证了模具的品质和寿命，同时该壁厚间距又能够保证良好的冷却间距，保证较好的冷却效果。
在上述的具有随形水路的模具零件的制作工艺中，在所述步骤B1中，保证凹槽内壁的粗糙度大于Ra12.5。通过上述的设计，在形成随型水路后，能够更大程度的增加冷却水和零件之间的接触面积，增加零件传热速度。
在上述的具有随形水路的模具零件的制作工艺中，在所述步骤B1和B2中，在腔体的底壁上加工形成多个凹槽，每个凹槽内均固定随形水路模型。通过上述设计，能够设置多条随形水路，每条随形水路的直径可以相同也可以不同，每条随形水路也可以通入不同温度的冷却介质，有些地方加强冷却，在薄壁处可加入较高温度冷却介质。对于复杂结构的注塑产品，可以通过控制系统，实时调节管道内的冷却介质流速和温度，促进塑料熔体形成最佳的凝固顺序。
在上述的具有随形水路的模具零件的制作工艺中，在所述步骤B2中，各随形水路模型固定后保持进水端和出水端均伸出腔体外。避免后续往腔体内浇注熔融金属液时造成堵塞，从而保证后续保温处理过程中随形水路管件模型熔融后产生的液体能够顺畅的从模具零件中流出，能够在模具零件中形成一条完整的随形水路。作为优选，随形水路管件模型的进水端和出水端的伸出长度≥10cm。
在上述的具有随形水路的模具零件的制作工艺中，在所述步骤A中，先通过3D绘图软件设计形成具有随形水路的模具零件三维造型设计图，再参照三维造型设计图选取模具钢作为零件基材进行加工形成具有模腔轮廓面的零件基体部。先进行三维造型，能够在制作之前将结构完善，将误差降到最低。
在上述的具有随形水路的模具零件的制作工艺中，在所述步骤B2中，用于加工形成随形水路模型的金属材料为铝管、镁管、铝棒或镁棒，直径为3-10mm。铝管、镁管、铝棒或镁棒较易加工成型形成随形水路模型，而且镁和铝相对于模具钢和铸造金属熔点更低，后续也较易熔融从模具零件中流出，从而能够在模具零件中形成随形水路。
在上述的具有随形水路的模具零件的制作工艺中，在所述步骤C1中，用于浇筑的金属材料液体为熔融后的球铁或铜合金液体。采用上述材料浇注后与模具钢的结合性较好，而且熔点也远高于铝和镁，在后续保温处理过程中不会变形，而且，这两种金属的导热系数远高于模具钢材，从而在保证零件机械性能基础上，有效提高模具冷却效率。
在上述的具有随形水路的模具零件的制作工艺中，在所述步骤C2中，保持保温处理在真空环境下进行，控制保温温度大于用于加工形成随形水路模型的金属材料的熔点100～300℃。真空的环境下，使得随形水路模型更易熔融从模具零件中流出，而保温的温度保持在超过上述金属材料熔点100～300℃，能够保证随形水路模型能够充分熔融，避免残留，保证形成的随形水路的质量。
在上述的具有随形水路的模具零件的制作工艺中，在所述步骤C2中，持续进行保温处理20～90min。进行持续性的保温处理，能够使得随形水路模型能够得到充分的熔融，避免残留，同时也能避免保温时间过长造成模具零件本身的热变形。
在上述的具有随形水路的模具零件的制作工艺中，在所述步骤C2中，制作完成后还对模具零件进行精加工处理。在模具零件内形成随形水路后，通过对模具零件进行精加工处理，使其尺寸及公差达到三维造型设计图的技术要求，精加工一般包括抛光、打磨等。
与现有技术相比，本具有随形水路的模具零件的制作工艺具有以下优点：
1、采用机加工与金属铸造相结合的方式进行模具的制造，模具整体具有模腔轮廓面的基体部采用模具钢机加工成型，相比于烧结成型的模具零件具有足够的表面硬度、良好的芯部强韧性、较好的耐疲劳性、耐热性和耐腐蚀性、较小的热处理变形性能，保证了模具的品质和寿命。
2、形成的随形水路一部分内壁是由凹槽的内壁构成的，而凹槽在加工开设的过程中还能够对其内壁的粗糙度进行机加工，使其粗糙度大于Ra12.5，从而在形成随型水路后，增加冷却水和零件之间的接触面积，增加零件传热速度，提升传热的效果。
3、形成的随形水路无切割，均是条完整的水路，无焊缝，避免了泄漏。
4、能够设置多条随形水路，每条随形水路的直接可以相同也可以不同，每条随形水路也可以通入不同温度的冷却介质，有些地方加强冷却，在薄壁处可加入较高温度冷却介质，对于复杂结构的注塑产品，可以通过控制系统，实时调节管道内的冷却介质流速和温度，促进塑料熔体形成最佳的凝固顺序。
5、随形水路更加贴近模腔轮廓面，不受模具零件的结构和形状限制，能够保证该随形水路的截面中心到模腔轮廓面的间距均保持一致，最大化的实现了冷却水路系统的合理化设计和布局，缩短了热成型循环周期中的冷却时间，使得塑件产品得到均匀的冷却，冷却效率更高。
附图说明
图1步骤A中加工形成基体部的剖视结构示意图。
图2是步骤B1中在基体部上加工形成腔体和凹槽后的剖视结构示意图。
图3是步骤B2中在腔体内安装固定随形水路模型后的剖视结构示意图。
图4是步骤B2中在腔体内安装固定随形水路模型后的俯视结构示意图。
图5是步骤C1中浇筑形成铸造部后的剖视结构示意图。
图6是步骤C2中保温熔融形成随形水路后的剖视结构示意图。
图中，1、基体部；11、模腔轮廓面；12、腔体；13、凹槽；2、铸造部；3、随形水路模型；4、随形水路。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例一
本具有随形水路的模具零件包括采用模具钢制成的基体部1和采用金属材料铸造形成的铸造部2，其采用以下工艺制作形成，该工艺包括以下步骤：
A、先通过3D绘图软件设计形成具有随形水路的模具零件三维造型设计图，选取模具钢作为零件基材，模具钢的熔点在1300～1400℃之间，再参照三维造型设计图，对零件基材进行粗加工，形成具有模腔轮廓面11的零件基体部1，如图1所示。
B1、对零件基体部1背离模腔轮廓面11的一侧(即用于与模板连接的一侧)通过数控等机械加工方法进行加工形成腔体12，保证腔体12的底壁形状与模腔轮廓面11保持一致，从而使得腔体12底壁与模腔轮廓面11之间能够形成大致均匀的壁厚。在腔体12的底壁上加工形成凹槽13，同时也保证凹槽13底部与模腔轮廓面11之间形成大致均匀的壁厚，具体为保证凹槽13底部与模腔轮廓面11之间的壁厚为3mm。然后对凹槽13的内壁进行机加工，保证凹槽13内壁的粗糙度大于Ra12.5，如图2所示。本实施例中，凹槽13为弧形凹槽13，凹槽13的内径为3mm。
B2选取熔点低于上述模具钢的金属材料，具体为镁管，镁管的熔点为651℃，对其进行加工形成呈与模腔轮廓面11形状一致的轨迹分布的随形水路模型3，形成的随形水路模型3中，外径为3mm，相邻的管段之间的间距保持为6mm。将随形水路模型3嵌入凹槽13后紧贴凹槽13的内壁固定(具体固定方式可以通过焊接)，保证随形水路模型3的截面中心到模腔轮廓面11的距离一致。同时保持随形水路模型3的进水端和出水端均伸出腔体12外，具体的伸出长度为10cm，如图3和4所示，。
C1、往腔体12内浇注熔点高于上述随形水路模型3的金属材料液体，具体为熔融后的球铁液体，球铁的熔点为1200℃左右，冷却凝固后形成铸造部2。基体部1和铸造部2连为一体，如图5所示。
C2然后两上述基体部1和铸造部2保持在真空环境下进行保温处理，控制保温温度大于用于加工形成随形水路模型3的金属材料的熔点100℃，即控制保温温度为751℃，持续进行保温处理90min，使得上述随形水路模型3熔融成液体流出形成随形水路4，冷却后完成制作形成具有随形水路的模具零件，如图6所示。然后再对模具零件进行精加工处理(包括抛光、打磨等)，使其尺寸及公差达到三维造型设计图的技术要求，完成制作。
本工艺区别于常规技术，采用的是机加工与金属铸造相结合的方式进行模具的制造，模具整体的具有模腔轮廓面11的基体部1采用模具钢机加工成型，相比于烧结成型的模具零件具有足够的表面硬度、良好的芯部强韧性、较好的耐疲劳性、耐热性和耐腐蚀性、较小的热处理变形性能，保证了模具的品质和寿命。而且形成的随形水路4一部分内壁是由凹槽13的内壁构成的，一部分是由金属液体浇注形成的，而凹槽13在加工开设的过程中还能够对其内壁的粗糙度进行机加工，从而在形成随型水路后，增加冷却水和零件之间的接触面积，增加零件传热速度，提升传热的效果。同时，形成的随形水路4无切割，均是条完整的水路，无焊缝，避免了泄漏，且随形水路4更加贴近模腔轮廓面11，不受模具零件的结构和形状限制，能够保证该随形水路4的截面中心到模腔轮廓面11的间距均保持一致，最大化的实现了冷却水路系统的合理化设计和布局，缩短了热成型循环周期中的冷却时间，使得塑件产品得到均匀的冷却，冷却效率更高。
实施例二
本具有随形水路的模具零件包括采用模具钢制成的基体部1和采用金属材料铸造形成的铸造部2，其采用以下工艺制作形成，该工艺包括以下步骤：
A、先通过3D绘图软件设计模具零件，通过模流分析软件结合多年设计经验，在模具零件不同区域设置多条随形水路4，每条随形水路4的直径可以相同也可以不同，形成具有随形水路4的三维造型设计图。本实施例中，随形水路4设计为两条。选取模具钢作为零件基材，模具钢的熔点在1300～1400℃之间，再参照三维造型设计图，对零件基材进行粗加工，形成具有模腔轮廓面11的零件基体部1。
B1、对零件基体部1背离模腔轮廓面11的一侧(即用于与模板连接的一侧)通过数控等机械加工方法进行加工形成腔体12，保证腔体12的底壁形状与模腔轮廓面11保持一致，从而使得腔体12底壁与模腔轮廓面11之间能够形成大致均匀的壁厚。在腔体12的底壁上加工形成两条凹槽13，同时也保证凹槽13底部与模腔轮廓面11之间形成大致均匀的壁厚，具体为保证凹槽13底部与模腔轮廓面11之间的壁厚为9mm。然后对凹槽13的内壁进行机加工，保证凹槽13内壁的粗糙度大于Ra12.5。本实施例中，凹槽13为弧形凹槽13，凹槽13的内径为6mm。
B2选取熔点低于上述模具钢的金属材料，具体为镁棒，镁棒的熔点为651℃，对其进行加工形成呈与模腔轮廓面11形状一致的轨迹分布的随形水路模型3，形成的随形水路模型3中，外径为6mm，相邻的管段之间的间距保持为18mm，共加工形成两条随形水路模型3。将两条随形水路模型3分别嵌入对应的凹槽13后紧贴凹槽13的内壁固定(具体固定方式可以通过焊接)，保证随形水路模型3的截面中心到模腔轮廓面11的距离一致。同时保持随形水路模型3的进水端和出水端均伸出腔体12外，具体的伸出长度为12cm。
C1、往腔体12内浇注熔点高于上述随形水路模型3的金属材料液体，具体为熔融后的铜合金液体，铜合金的熔点为1000℃左右，冷却凝固后形成铸造部2。基体部1和铸造部2连为一体。
C2然后两上述基体部1和铸造部2保持在真空环境下进行保温处理，控制保温温度大于用于加工形成随形水路模型3的金属材料的熔点200℃，即控制保温温度为851℃，持续进行保温处理55min，使得上述随形水路模型3熔融成液体流出形成随形水路4，冷却后完成制作形成具有随形水路的模具零件。然后再对模具零件进行精加工处理(包括抛光、打磨等)，使其尺寸及公差达到三维造型设计图的技术要求，完成制作。
本工艺区别于常规技术，采用的是机加工与金属铸造相结合的方式进行模具的制造，模具整体的具有模腔轮廓面11的基体部1采用模具钢机加工成型，相比于烧结成型的模具零件具有足够的表面硬度、良好的芯部强韧性、较好的耐疲劳性、耐热性和耐腐蚀性、较小的热处理变形性能，保证了模具的品质和寿命。而且形成的随形水路4一部分内壁是由凹槽13的内壁构成的，一部分是由金属液体浇注形成的，而凹槽13在加工开设的过程中还能够对其内壁的粗糙度进行机加工，从而在形成随型水路后，增加冷却水和零件之间的接触面积，增加零件传热速度，提升传热的效果。同时，形成的随形水路4无切割，均是条完整的水路，无焊缝，避免了泄漏，且随形水路4更加贴近模腔轮廓面11，不受模具零件的结构和形状限制，能够保证该随形水路4的截面中心到模腔轮廓面11的间距均保持一致，最大化的实现了冷却水路系统的合理化设计和布局，缩短了热成型循环周期中的冷却时间，使得塑件产品得到均匀的冷却，冷却效率更高。每条随形水路4也可以通入不同温度的冷却介质，有些地方加强冷却，在薄壁处可加入较高温度冷却介质，对于复杂结构的注塑产品，可以通过控制系统，实时调节管道内的冷却介质流速和温度，促进塑料熔体形成最佳的凝固顺序。
实施例三
本具有随形水路的模具零件包括采用模具钢制成的基体部1和采用金属材料铸造形成的铸造部2，其采用以下工艺制作形成，该工艺包括以下步骤：
A、先通过3D绘图软件设计形成具有随形水路的模具零件三维造型设计图，选取模具钢作为零件基材，模具钢的熔点在1300～1400℃之间，再参照三维造型设计图，对零件基材进行粗加工，形成具有模腔轮廓面11的零件基体部1。
B1、对零件基体部1背离模腔轮廓面11的一侧(即用于与模板连接的一侧)通过数控等机械加工方法进行加工形成腔体12，保证腔体12的底壁形状与模腔轮廓面11保持一致，从而使得腔体12底壁与模腔轮廓面11之间能够形成大致均匀的壁厚。在腔体12的底壁上加工形成凹槽13，同时也保证凹槽13底部与模腔轮廓面11之间形成大致均匀的壁厚，具体为保证凹槽13底部与模腔轮廓面11之间的壁厚为15mm。然后对凹槽13的内壁进行机加工，保证凹槽13内壁的粗糙度大于Ra12.5(如图1步骤B1所示)。本实施例中，凹槽13为弧形凹槽13，凹槽13的内径为10mm。
B2选取熔点低于上述模具钢的金属材料，具体为铝管，铝管的熔点为660℃，对其进行加工形成呈与模腔轮廓面11形状一致的轨迹分布的随形水路模型3，形成的随形水路模型3中，外径为10mm，相邻的管段之间的间距保持为30mm。将随形水路模型3嵌入凹槽13后紧贴凹槽13的内壁固定(具体固定方式可以通过焊接)，保证随形水路模型3的截面中心到模腔轮廓面11的距离一致。同时保持随形水路模型3的进水端和出水端均伸出腔体12外，具体的伸出长度为15cm。
C1、往腔体12内浇注熔点高于上述随形水路模型3的金属材料液体，具体为熔融后的球铁液体，球铁的熔点为1200℃左右，冷却凝固后形成铸造部2。基体部1和铸造部2连为一体。
C2、然后两上述基体部1和铸造部2保持在真空环境下进行保温处理，控制保温温度大于用于加工形成随形水路模型3的金属材料的熔点300℃，即控制保温温度为960℃，持续进行保温处理20min，使得上述随形水路模型3熔融成液体流出形成随形水路4，冷却后完成制作形成具有随形水路的模具零件。然后再对模具零件进行精加工处理(包括抛光、打磨等)，使其尺寸及公差达到三维造型设计图的技术要求，完成制作。
本工艺区别于常规技术，采用的是机加工与金属铸造相结合的方式进行模具的制造，模具整体的具有模腔轮廓面11的基体部1采用模具钢机加工成型，相比于烧结成型的模具零件具有足够的表面硬度、良好的芯部强韧性、较好的耐疲劳性、耐热性和耐腐蚀性、较小的热处理变形性能，保证了模具的品质和寿命。而且形成的随形水路4一部分内壁是由凹槽13的内壁构成的，一部分是由金属液体浇注形成的，而凹槽13在加工开设的过程中还能够对其内壁的粗糙度进行机加工，从而在形成随型水路后，增加冷却水和零件之间的接触面积，增加零件传热速度，提升传热的效果。同时，形成的随形水路4无切割，均是条完整的水路，无焊缝，避免了泄漏，且随形水路4更加贴近模腔轮廓面11，不受模具零件的结构和形状限制，能够保证该随形水路4的截面中心到模腔轮廓面11的间距均保持一致，最大化的实现了冷却水路系统的合理化设计和布局，缩短了热成型循环周期中的冷却时间，使得塑件产品得到均匀的冷却，冷却效率更高。
实施例四
本具有随形水路的模具零件包括采用模具钢制成的基体部1和采用金属材料铸造形成的铸造部2，其采用以下工艺制作形成，该工艺包括以下步骤：
A、先通过3D绘图软件设计形成具有随形水路的模具零件三维造型设计图，选取模具钢作为零件基材，模具钢的熔点在1300～1400℃之间，再参照三维造型设计图，对零件基材进行粗加工，形成具有模腔轮廓面11的零件基体部1。
B1、对零件基体部1背离模腔轮廓面11的一侧(即用于与模板连接的一侧)通过数控等机械加工方法进行加工形成腔体12，保证腔体12的底壁形状与模腔轮廓面11保持一致，从而使得腔体12底壁与模腔轮廓面11之间能够形成大致均匀的壁厚。在腔体12的底壁上加工形成凹槽13，同时也保证凹槽13底部与模腔轮廓面11之间形成大致均匀的壁厚，具体为保证凹槽13底部与模腔轮廓面11之间的壁厚为8mm。然后对凹槽13的内壁进行机加工，保证凹槽13内壁的粗糙度大于Ra12.5。本实施例中，凹槽13为弧形凹槽13，凹槽13的内径为5.5mm。
B2、选取熔点低于上述模具钢的金属材料，具体为铝棒，铝棒的熔点为660℃，，对其进行加工形成呈与模腔轮廓面11形状一致的轨迹分布的随形水路模型3，形成的随形水路模型3中，外径为5.5mm，相邻的管段之间的间距保持为15mm。将随形水路模型3嵌入凹槽13后紧贴凹槽13的内壁固定(具体固定方式可以通过焊接)，保证随形水路模型3的截面中心到模腔轮廓面11的距离一致。同时保持随形水路模型3的进水端和出水端均伸出腔体12外，具体的伸出长度为13cm。
C1、往腔体12内浇注熔点高于上述随形水路模型3的金属材料液体，具体为熔融后的铜合金液体，铜合金的熔点为1000℃左右，冷却凝固后形成铸造部2。基体部1和铸造部2连为一体。
C2、然后两上述基体部1和铸造部2保持在真空环境下进行保温处理，控制保温温度大于用于加工形成随形水路模型3的金属材料的熔点150℃，即控制保温温度为810℃，持续进行保温处理65min，使得上述随形水路模型3熔融成液体流出形成随形水路4，冷却后完成制作形成具有随形水路的模具零件。然后再对模具零件进行精加工处理(包括抛光、打磨等)，使其尺寸及公差达到三维造型设计图的技术要求，完成制作。
本工艺区别于常规技术，采用的是机加工与金属铸造相结合的方式进行模具的制造，模具整体的具有模腔轮廓面11的基体部1采用模具钢机加工成型，相比于烧结成型的模具零件具有足够的表面硬度、良好的芯部强韧性、较好的耐疲劳性、耐热性和耐腐蚀性、较小的热处理变形性能，保证了模具的品质和寿命。而且形成的随形水路4一部分内壁是由凹槽13的内壁构成的，一部分是由金属液体浇注形成的，而凹槽13在加工开设的过程中还能够对其内壁的粗糙度进行机加工，从而在形成随型水路后，增加冷却水和零件之间的接触面积，增加零件传热速度，提升传热的效果。同时，形成的随形水路4无切割，均是条完整的水路，无焊缝，避免了泄漏，且随形水路4更加贴近模腔轮廓面11，不受模具零件的结构和形状限制，能够保证该随形水路4的截面中心到模腔轮廓面11的间距均保持一致，最大化的实现了冷却水路系统的合理化设计和布局，缩短了热成型循环周期中的冷却时间，使得塑件产品得到均匀的冷却，冷却效率更高。
实施例五
本具有随形水路的模具零件包括采用模具钢制成的基体部1和采用金属材料铸造形成的铸造部2，其采用以下工艺制作形成，该工艺包括以下步骤：
A、先通过3D绘图软件设计模具零件，通过模流分析软件结合多年设计经验，在模具零件不同区域设置多条随形水路4，每条随形水路4的直径可以相同也可以不同，形成具有随形水路4的三维造型设计图。本实施例中，随形水路4设计为三条。选取模具钢作为零件基材，模具钢的熔点在1300～1400℃之间，再参照三维造型设计图，对零件基材进行粗加工，形成具有模腔轮廓面11的零件基体部1。
B1、对零件基体部1背离模腔轮廓面11的一侧(即用于与模板连接的一侧)通过数控等机械加工方法进行加工形成腔体12，保证腔体12的底壁形状与模腔轮廓面11保持一致，从而使得腔体12底壁与模腔轮廓面11之间能够形成大致均匀的壁厚。在腔体12的底壁上加工形成两条凹槽13，同时也保证凹槽13底部与模腔轮廓面11之间形成大致均匀的壁厚，具体为保证凹槽13底部与模腔轮廓面11之间的壁厚为11mm。然后对凹槽13的内壁进行机加工，保证凹槽13内壁的粗糙度大于Ra12.5。本实施例中，凹槽13为弧形凹槽13，三个凹槽13的内径分别为7mm、8mm和9mm。
B2、选取熔点低于上述模具钢的金属材料，具体为铝棒，铝棒的熔点为660℃，对其进行加工形成呈与模腔轮廓面11形状一致的轨迹分布的随形水路模型3，形成的随形水路模型3中，相邻的管段之间的间距保持为15mm，共加工形成三条随形水路模型3，三条随形水路模型3的外径分别为7mm、8mm和9mm。将三条随形水路模型3分别嵌入对应的凹槽13后紧贴凹槽13的内壁固定(具体固定方式可以通过焊接)，保证随形水路模型3的截面中心到模腔轮廓面11的距离一致。同时保持随形水路模型3的进水端和出水端均伸出腔体12外，具体的伸出长度为11cm。
C1、往腔体12内浇注熔点高于上述随形水路模型3的金属材料液体，具体为熔融后的铜合金液体，铜合金的熔点为1000℃左右，冷却凝固后形成铸造部2。基体部1和铸造部2连为一体。
C2、然后两上述基体部1和铸造部2保持在真空环境下进行保温处理，控制保温温度大于用于加工形成随形水路模型3的金属材料的熔点220℃，即控制保温温度为880℃，持续进行保温处理45min，使得上述随形水路模型3熔融成液体流出形成随形水路4，冷却后完成制作形成具有随形水路的模具零件。然后再对模具零件进行精加工处理(包括抛光、打磨等)，使其尺寸及公差达到三维造型设计图的技术要求，完成制作。
本工艺区别于常规技术，采用的是机加工与金属铸造相结合的方式进行模具的制造，模具整体的具有模腔轮廓面11的基体部1采用模具钢机加工成型，相比于烧结成型的模具零件具有足够的表面硬度、良好的芯部强韧性、较好的耐疲劳性、耐热性和耐腐蚀性、较小的热处理变形性能，保证了模具的品质和寿命。而且形成的随形水路4一部分内壁是由凹槽13的内壁构成的，一部分是由金属液体浇注形成的，而凹槽13在加工开设的过程中还能够对其内壁的粗糙度进行机加工，从而在形成随型水路后，增加冷却水和零件之间的接触面积，增加零件传热速度，提升传热的效果。同时，形成的随形水路4无切割，均是条完整的水路，无焊缝，避免了泄漏，且随形水路4更加贴近模腔轮廓面11，不受模具零件的结构和形状限制，能够保证该随形水路4的截面中心到模腔轮廓面11的间距均保持一致，最大化的实现了冷却水路系统的合理化设计和布局，缩短了热成型循环周期中的冷却时间，使得塑件产品得到均匀的冷却，冷却效率更高。每条随形水路4也可以通入不同温度的冷却介质，有些地方加强冷却，在薄壁处可加入较高温度冷却介质，对于复杂结构的注塑产品，可以通过控制系统，实时调节管道内的冷却介质流速和温度，促进塑料熔体形成最佳的凝固顺序。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了基体部1、模腔轮廓面11、腔体12、凹槽13、铸造部2、随形水路模型3、随形水路4等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
Claims (10)
1.一种具有随形水路的模具零件的制作工艺，其特征在于，该工艺包括以下步骤：
A、选取模具钢作为零件基材，在零件基材上加工出模腔轮廓面(11)形成模具零件的基体部(1)；
B1、对基体部(1)背离模腔轮廓面(11)的一侧进行加工形成腔体(12)，在腔体(12)的底壁上加工形成凹槽(13)，对凹槽(13)的内壁进行粗糙度加工；
B2、选取熔点低于上述模具钢的金属材料并加工形成随形水路模型(3)，随形水路模型(3)的外径与上述凹槽(13)的内径相匹配，将随形水路模型(3)嵌入凹槽(13)并固定；
C1、往腔体(12)内浇注熔点高于上述随形水路模型(3)的金属材料液体，冷却凝固后形成铸造部(2)；
C2、然后进行保温处理使得上述随形水路模型(3)熔融成液体流出形成随形水路(4)，冷却后完成制作形成具有随形水路(4)的模具零件。
2.根据权利要求1所述的具有随形水路的模具零件的制作工艺，其特征在于，在所述步骤B1中，保证凹槽(13)底部与模腔轮廓面(11)之间形成大致均匀的壁厚，随形水路模型(3)嵌入凹槽(13)后紧贴凹槽(13)的内壁固定。
3.根据权利要求2所述的具有随形水路的模具零件的制作工艺，其特征在于，在所述步骤B1中，保证凹槽(13)底部与模腔轮廓面(11)之间的壁厚为3～15mm。
4.根据权利要求1所述的具有随形水路的模具零件的制作工艺，其特征在于，在所述步骤B1中，保证凹槽(13)内壁的粗糙度大于Ra12.5。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的具有随形水路的模具零件的制作工艺，其特征在于，在所述步骤B1和B2中，在腔体(12)的底壁上加工形成多个凹槽(13)，每个凹槽(13)内均固定随形水路模型(3)。
6.根据权利要求1或2或3或4所述的具有随形水路的模具零件的制作工艺，其特征在于，在所述步骤B2中，各随形水路模型(3)固定后保持进水端和出水端均伸出腔体(12)外。
7.根据权利要求1或2或3或4所述的具有随形水路的模具零件的制作工艺，其特征在于，在所述步骤B2中，用于加工形成随形水路模型(3)的金属材料为铝管、镁管、铝棒或镁棒，直径为3-10mm。
8.根据权利要求1或2或3或4所述的具有随形水路的模具零件的制作工艺，其特征在于，在所述的步骤C2中，保持保温处理在真空环境下进行，控制保温温度大于用于加工形成随形水路模型(3)的金属材料的熔点100～300℃。
9.根据权利要求8所述的具有随形水路的模具零件的制作工艺，其特征在于，在所述步骤C2中，持续进行保温处理20～90min。
10.根据权利要求1或2或3或4所述的具有随形水路的模具零件的制作工艺，其特征在于，在所述步骤C1中，用于浇筑的金属材料液体为熔融后的球铁或铜合金液体。
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2022
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