专利名称：钢模型腔的加工方法
技术领域：
本发明涉及型腔模的加工领域，特别涉及钢模型腔的加工方法。
背景技术：
当今制造业中，模具(包括冲压模，塑料模，锻模，铸模，金属压铸模，粉末冶金模等)作为重要的工艺装备，是保证产品制造不可或缺的组成部分。 各类模具中又以钢(包括各种特殊的工具钢，合金钢，甚至硬质合金等)的型腔模最难制造。随着制造业的飞速发展，为制造复杂形状，且硬度，强度高，韧性强的产品零件，对模具的精度，表面光洁度要求越来越高，要求模具的寿命越来越长，要求模具的生产周期越来越短，要求模具的生产效率越来越高，要求模具的生产成本越低越好，有些模具由于对其的特殊要求(如窄槽，异形小孔等)，使之很难，甚至无法制造。 钢模型腔属于盲孔型腔，当今的制造方法，往往先用传统的切削加工方法(包括使用五座标联动的数控加工中心进行切削加工)，留适当的加工余量，经过淬火以后，用工具电极进行点火花加工盲孔型腔。电火花加工有两个致命的缺点一是电火花加工属于放电加工，其工具电极是有损耗的，为了保证模具型腔的精度，就必须用多个工具电极来加工同一个型腔，即费时，又使成本翻倍地增加，而且加工精度很难保证；二是电火花加工的加工速度很慢，所以不得不采用切削加工(包括五座标联动数控加工中心进行切削加工)来予先去除大部分余量，然后再进行电火花加工以求提高生产效率。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供一种利用光固化快速成型技术、电铸技术
与电解加工技术相结合的方法来加工钢模型腔。
钢模型腔的加工方法，其特征在于，包括如下步骤 1)制作待铸件 a、利用制图软件实现模具型腔的三维重构； b、用上述三维重构的实体数据转换成STL格式文件，经过分层切片处理生成光固化快速成型设备默认的格式文件，输入到光固化快速成型设备中； c、光固化快速成型设备接收到输入的指令，制造出所需的模具型腔的树脂原型；
d、将上述的树脂原型进行导电化处理； e、将导电化处理后的树脂原型经水洗，脱脂、二次水洗、酸洗活化、三次水洗、浸渍离型剂后再水洗后作为待铸件；
2)组建电铸加工设备 所述的电铸加工设备包括直流电源、工作箱、母模、工具箱、工作台、搅拌器、防爆
系统、控制系统； 3)组建电铸液系统 所述的电铸系统包括电铸液、电铸液槽、泵、过滤器；所述的泵、过滤器及电铸液，装置在电铸液槽中，所述的泵与过滤器相连接；
4)形成电解阴极原型 待铸件作为阴极附着在母模上，置入工作箱中；待铸件阴极与阳极与直流电源相连接；所述的搅拌器安装在工作箱的内部；所述的电铸液在电铸液槽中，由泵带动经过滤器过滤，过滤后的电铸液流到工作箱中将阳极、待铸件阴极浸泡在控制系统的作用下进行电铸加工，形成所需的电解阴极原型；电铸加工过程中产生的H2由防爆系统排除；
5)电解阴极原型进行非工作面绝缘处理；
6)组建电解加工设备 所述的加工设备包括主轴、工作台、工作箱、进给系统，控制系统、直流电源、快速
短路保护装置； 7)组建电解液系统 所述的电解液系统包括电解液、泵、沉淀池和过滤池；
8)形成钢模型腔 工件作为阳极，固定于工作台上；直流电源、工件阳极及阳极、阴极间的电解液形成电流通道；由控制系统作用，当阳极及阴极之间的间隙达到加工条件时，就形成了脉冲电流，控制脉冲电流的占空比，进行电解加工；所述的进给系统带动主轴，主轴带动电解阴极上下往复运动；所述电解液经沉淀池沉淀再到过滤池中，由泵带动经过滤器过滤，流动到电解阴极和工件阴极之间构成工作区，在工作区内对工件阳极进行加工，得到所需的钢模型腔；主轴、电解阴极、工件阳极及电解液封闭在工作箱中。 所述的光固化快速成型设备选用激光源为230 355nm波长的固体激光器； 所述的光固化快速成型设备采用如下控制参数 填充扫描速度VSl = 5000mm/s ; 轮廓扫描速度Vs2 = 3000mm/s ; 扫描间距Gs = o. 1mm ; 层厚Lh二o.lmm; 光斑直径A = 0. 2mm ;所述的制图软件选用CAD、 CAM、 Pro/ENGINEER或SolidWorks软件中的任一种；
所述的分层切片处理选用Rpdata软件； 所述的导电化处理选用化学喷银或涂以银漆中的至少一种；
所述的电铸液选用CuS04 5H20、 H2S04与固体颗粒的复合型电铸液；
所述的CuS04 5H20的浓度为70 250g/l， H2S04的浓度为50 200g/l ;
所述的固体颗粒选用碳化硅、二氧化二铝或者二硫化钼中的至少一种；
所述的浸渍离型剂选用重铬酸钾； 所述的直流电源选用配有短路快速切断装置的大功率集成组件IGBT脉冲电源；
所述的电解液选用NaNo3与Na2S04、Na2C03或化(]103的混合溶液，NaNo3浓度为10 17% ; 所述的脉冲电流其占空比为1 : 3 5; 所述的电解液的流动方式为正向流动、反向流动或侧向流动中的至少一种；
所述的工作台的材料选用花岗石、大理石、耐蚀水泥或环氧树脂中的至少一种。
本发明的有益效果 —、用快速成型方法制作待铸件，比用传统方法制作电火花工具电极或电解阴极
效，省掉了切削机床、数控机床和刀具，生产效率高、成本低，精度及表面质量好； 二、用电解方法代替电火花方法使得具有如下优点 1、电解加工的生产效率高，约为电火花加工的5 10倍，比切削加工的生产效率还高，且加工生产率不受加工精度和表面粗糙度的限制； 2、可以达到好的表面粗糙度(Ral. 25 0. 2um)和±0. lmm左右的平均加工精度。
3、由于加工过程中不存在机械切削力，所以不会产生由切削力所引起的残余应力和变形，没有飞边毛剌； 4、加工过程中阴极工具不损耗，可长期使用，成本降低。
三、用电铸方法制作电解阴极，精度高、金属致密，电解效果好。
图1为本发明的工艺流程 图2为电铸加工示意图；图3电解加工流程图。
具体实施方式
实施例1 下面结合具体实施例，对本发明做详细的说明，但本发明并不局限于此实施例。
以飞机覆盖件冲压模的加工为例，其加工步骤如下
1)制作待铸件 a、利用CAD制图软件实现模具型腔的三维重构； b、用上述三维重构的实体数据转换成STL格式文件，经过Rpdata软件分层切片处
理生成光固化快速成型设备默认的格式文件，输入到光固化快速成型设备中； 所述的STL格式文件，是快速原型系统所应用的标准文件类型，例如常见的TXT文件。 c、光固化快速成型设备接收到输入的指令，制造出所需的模具型腔的树脂原型；
d、将上述的树脂原型进行化学喷银处理； e、将导电化处理后的树脂原型用水冲洗，以去除掉喷银处理中残留的药剂及微粒
杂质；将清洗好的树脂原型进行脱脂处理，以去除附着在表面的油脂类污渍；二次水洗后
进行酸洗活化，以保持当树脂原型作为待铸件能够更好的吸附电铸液中的金属离子；再将
脱脂及酸洗活化后的树脂原型三次水洗后，用重铬酸钾作为浸渍离型剂处理树脂原型使得
当电铸完成后，电铸层能与母模顺利分开，上述步骤结束后，再次水洗得到待铸件，迅速置
入工作箱的电铸液中； 2)组建电铸加工设备 所述的电铸加工设备包括直流电源7、母模5、工具箱10、工作台14、搅拌器9、防
爆系统8、控制系统11; 3)组建电铸液系统 所述的电铸系统包括电铸液2、电铸液槽1、泵3、过滤器4 ;
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所述的泵3、过滤器4及电铸液2，装置在电铸液槽1中，所述的泵3与过滤器4相连接； 所述的电铸液选用70g/1的CuS04 5H20， 150g/l的H2S04 ;
4)形成电解阴极原型 待铸件6作为阴极附着在母模5上，置入工作箱10中；待铸件阴极6与阳极13与直流电源7相连接；所述的搅拌器9安装在工作箱10的内部；所述的电铸液2在电铸液槽1中，由泵3带动经过滤器4过滤，过滤后的电铸液2流到工作箱10中将阳极13、待铸件阴极6浸泡，在控制系统11的作用下进行电铸加工，形成所需的电解阴极原型；电铸加工过程
中产生的^由防爆系统8排除； 5)电解阴极原型进行烧瓷处理；
6)组建电解加工设备 所述的加工设备包括主轴15、工作台16、工作箱17、进给系统18，控制系统19、直流电源20、快速短路保护装置30 ;
7)组建电解液系统 所述的电解液系统包括浓度为15%的NaNo3与NaC103的复合电解液21、泵22、过滤器23、沉淀池24和过滤池25 ;所述的沉淀池24与过滤池25连接，所述的泵22和过滤器23相连接，安装在过滤池25内部；
4)形成钢模型腔 工件作为阳极26，将其固定于工作台15上；直流电源20、工件阳极26及阳极26、电解阴极27间的混合电解液28形成电流通道；所述的快速保护装置30用以保护直流电源20的工作；由控制系统18作用，当阳极26及阴极27之间的间隙达到加工条件时，就形成了脉冲电流，控制脉冲电流的占空比为1 : 5，进行电解加工；所述的进给系统18带动主轴15，主轴15带动电解阴极27上下往复运动；所述的电解液28经沉淀池24，把大颗粒的杂质沉淀在沉淀池24中，进入到过滤池25中，电解液28由泵22带动进入到与泵22相连接的过滤器23中再次过滤，进入到电解阴极27和工件阳极22之间构成工作区28，在工作区28内对工件阳极26进行电解加工，得到所需的钢模型腔；电解过程中生成的^由防爆系统29排除；主轴15、电解阴极27、工件阳极26及电解液28封闭在工作箱17中。
所述的光固化快速成型设备选用激光源为230 355nm波长的固体激光器；
所述的光固化快速成型设备采用如下控制参数
填充扫描速度VSl = 5000mm/s ;
轮廓扫描速度Vs2 = 3000mm/s ;
扫描间距Gs = o. 1mm ;
层厚Lh二o.lmm;
光斑直径A = 0. 2mm ;
权利要求
钢模型腔的加工方法，其特征在于，包括如下步骤1)制作待铸件a、利用制图软件实现模具型腔的三维重构；b、用上述三维重构的实体数据转换成STL格式文件，经过分层切片处理生成光固化快速成型设备默认的格式文件，输入到光固化快速成型设备中；c、光固化快速成型设备接收到输入的指令，制造出所需的模具型腔的树脂原型；d、将上述的树脂原型进行导电化处理；e、将导电化处理后的树脂原型经水洗，脱脂、二次水洗、酸洗活化、三次水洗、浸渍离型剂后再水洗后作为待铸件；2)组建电铸加工设备所述的电铸加工设备包括直流电源、工作箱、母模、工具箱、工作台、搅拌器、防爆系统、控制系统；3)组建电铸液系统所述的电铸系统包括电铸液、电铸液槽、泵、过滤器；所述的泵、过滤器及电铸液，装置在电铸液槽中，所述的泵与过滤器相连接；4)形成电解阴极原型待铸件作为阴极附着在母模上，置入工作箱中；待铸件阴极与阳极与直流电源相连接；所述的搅拌器安装在工作箱的内部；所述的电铸液在电铸液槽中，由泵带动经过滤器过滤，过滤后的电铸液流到工作箱中，将阳极、待铸件阴极浸泡在控制系统的作用下进行电铸加工，形成所需的电解阴极原型；电铸加工过程中产生的H2由防爆系统排除；5)电解阴极原型进行非工作面绝缘处理；6)组建电解加工设备所述的加工设备包括主轴、工作台、工作箱、进给系统，控制系统、直流电源、快速短路保护装置；7)组建电解液系统所述的电解液系统包括电解液、泵、沉淀池和过滤池；8)制成钢模型腔工件作为阳极，固定于工作台上；直流电源、工件阳极及阳极、阴极间的电解液形成电流通道；由控制系统作用，当阳极及阴极之间的间隙达到加工条件时，就形成了脉冲电流，控制脉冲电流的占空比，进行电解加工；所述的进给系统带动主轴，主轴带动电解阴极上下往复运动；所述电解液经沉淀池沉淀再到过滤池中，由泵带动经过过滤器过滤，流动到电解阴极和工件阴极之间构成工作区，在工作区内对工件阳极进行加工，得到所需的钢模型腔；主轴、电解阴极、工件阳极及电解液封闭在工作箱中。
2. 根据权利要求1所述的钢模型腔的加工方法，其特征在于所述的光固化快速成型设备选用激光源为230 355nm波长的固体激光器。
3. 根据权利要求1或2所述的钢模型腔的加工方法，其特征在于所述的光固化快速成型设备采用如下控制参数填充扫描速度VSl = 5000mm/s ;轮廓扫描速度Vs2 = 3000mm/s ;扫描间距Gs = o. 1mm ;层厚Lh = o. 1mm ;光斑直径= 0. 2mm。
4. 根据权利要求1所述的钢模型腔的加工方法，其特征在于所述的制图软件选用CAD、 CAM、 Pro/ENGINEER或SolidWorks软件中的任一种。
5. 根据权利要求1所述的钢模型腔的加工方法，其特征在于所述的分层切片处理选用Rpdata软件。
6. 根据权利要求1所述的钢模型腔的加工方法，其特征在于所述的导电化处理选用化学喷银或涂以银漆中的至少一种。
7. 根据权利要求l所述的钢模型腔的加工方法，其特征在于所述的电铸液选用CuS04 5H20、H2S04。
8. 根据权利要求7所述的钢模型腔的加工方法，其特征在于所述的CuS04 *5H20的浓度为70 250g/l， H2S04的浓度为50 200g/l。
9. 根据权利要求1所述的钢模型腔的加工方法，其特征在于所述的浸渍离型剂选用重铬酸钾。
10. 根据权利要求1所述的钢模型腔的加工方法，其特征在于所述的直流电源选用配有短路快速切断装置的大功率集成组件IGBT脉冲电源。
11. 根据权利要求1所述的钢模型腔的加工方法，其特征在于所述的电解液选用NaNo3与Na2S04、 Na2C03或NaC103的混合溶液。
12. 根据权利要求1所述的钢模型腔的加工方法，其特征在于所述的脉冲电流其占空比为1 : 3 5。
13. 根据权利要求1所述的钢模型腔的加工方法，其特征在于所述的电解液的流动方式为正向流动、反向流动或侧向流动中的至少一种。
14. 根据权利要求l所述的钢模型腔的加工方法，其特征在于所述的工作台的材料选用花岗石、大理石、耐蚀水泥或环氧树脂中的至少一种。
15. 根据权利要求11所述的钢模型腔的加工方法，其特征在于所述的NaNo3浓度为10 17%。
全文摘要
本发明公开了钢模型腔的加工方法，包括利用光固化快速成型技术与电铸技术相结合制作电解阴极，组建电解加工设备，组建电解液系统和形成钢模型腔四个步骤；本发明的有益效果在于用快速成型方法制作电解阴极，比用传统方法制作电火花工具电极或电解阴极效，省掉了切削机床、数控机床和道具，生产效率高、成本低，精度及表面质量好；此外，电解加工的生产效率高，约为电火花加工的5～10倍，比切削加工的生产效率还高，且加工生产率不受加工精度和表面粗糙度的限制；可以达到好的表面粗糙度和加工精度。
文档编号B23H3/00GK101767230SQ200910184508
公开日2010年7月7日 申请日期2009年8月28日 优先权日2009年8月28日
发明者刘延禄, 刘江, 陈进刚 申请人:刘延禄;陈进刚;刘江