专利名称：激光直接快速制造滚塑模具的方法
技术领域：
本发明属于作业技术领域，涉及一种模具制造方法，特别是一种激光直接快速制造滚塑模具的方法。
背景技术：
滚塑成型作为塑料制品成型工艺的其中一种，近年来在国内外得到了迅速发展，滚塑、注塑、挤塑已并列为塑料制品成型工艺的三大支柱。但是滚塑模具成型技术相对注塑模具、挤塑模具却远远落后，难以满足塑料制品更新换代的速度。滚塑模具主要分为钢板模和铝模。钢板模的平均厚度为2.5mm 3mm，难以采用常规的CNC加工成型，只能采用传统手工方式打造而成，劳动强度大，尺寸精度低，生产周期长。铝模包括铸铝模和锻铝模；铸铝模受铸造工艺技术的限制，对于外观要求高的产品难以满足；锻铝模尺寸精度高，表面质量好，但成本昂贵，加工周期长，不适合做特大型复杂曲面的滚塑模具。总之，滚塑模具的制造成为了制约滚塑行业快速发展的瓶颈。目前，国内外对金属模具快速成形技术开展了广泛的研究，如中国专利文献记载的滚塑机模具快速制造工艺[申请号:201010224469.5 ;公告号:CN101920440B]、一种制作滚塑成型模具的方法[申请号:201210050022.X ;公开号:CN102581992A]。除上述之外还有电弧喷涂快速制模技术，选择性激光烧结技术等。电弧喷涂快速制模技术是利用电弧喷枪将两根制模专用金属丝在喷枪前短路形成电弧，金属丝经电弧熔化后在压缩空气的作用下，将熔融金属雾化并喷射到模样表面至一定厚度，从而形成金属喷涂层即模具型腔的壳体，实践证明，通过这种方式生产的滚塑模具致密度较差，模具刚性、强度不足，模具在成形过程中变形较大，成形完成后难以装配等缺陷。选择性激光烧结技术的相关文献如中国专利文献记载的一种选区激光烧结快速制造金属模具的方法[申请号=200610029765.3 ;公告号CN100446897C]，该方法制造模具具有成形工艺复杂，模具致密度不高，模具在后处理过程中收缩变形较大等问题。
发明内容
本发明的目的是提出一种激光直接快速制造滚塑模具的方法，本发明要解决成形工艺复杂的问题。本发明的目的可通过下列技术方案来实现:一种激光直接快速制造滚塑模具的方法，其特征在于，本方法包括以下步骤:A、模具设计，根据目标产品利用三维CAD软件设计滚塑模具的各个模块；并均对模块进行切片处理；B、加工模块，将一模块切片处理后的数据输入LENS快速成型机并对LENS快速成型机进行工艺参数设定；运行LENS快速成型机直至加工完成与导入数据相对应的模块；C、重复步骤B，直至完成所有模块制作；D、抛光处理,对各个模块的成型表面进行抛光处理；
E、装配，将各个模块按设计好的模具装配图进行装配。在上述的激光直接快速制造滚塑模具的方法中，所述的步骤A中的三维CAD软件为 UG、Solidfforks 或 CATIA。在上述的激光直接快速制造滚塑模具的方法中，所述的步骤A中的切片处理是将滚塑模具的模块切成每片厚度为0.08mm 0.18mm的虚拟薄片。上述厚度根据模块材料和LENS快速成型机加工能力等因素灵活确定的。在上述的激光直接快速制造滚塑模具的方法中，所述的步骤B中的输入LENS快速成型机的数据之前转换为STL文件。在上述的激光直接快速制造滚塑模具的方法中，所述的步骤B中的工艺参数设定为激光器功率、激光光斑扫描速度、金属粉末送粉量和熔覆层每层厚度中的一种或多种。一般对金属进行熔化都需要大功率的激光器，激光光斑的扫描速度影响到加工时间，扫描越快，效率越高，但需要的激光功率就越大，金属粉末送粉量要合适，太多熔融不充分，模具组织不致密，影响强度，熔覆层厚度越薄，成型周期越长，但尺寸精度高，表面粗糙度好，否则尺寸精度相对较低，表面粗糙度大，后续抛光处理麻烦。在上述的激光直接快速制造滚塑模具的方法中，所述的激光器功率为800W 1600W。在上述的激光直接快速制造滚塑模具的方法中，所述的激光光斑扫描速度为
0.2m/min 0.35m/min。在上述的激光直接快速制造滚塑模具的方法中，所述的金属粉末送粉量为5g/min 20g/mino在上述的激光直接快速制造滚塑模具的方法中，所述的熔覆层每层厚度与虚拟薄片厚度相同。在上述的激光直接快速制造滚塑模具的方法中，所述的步骤B中加入LENS快速成型机内的金属粉末的粒度为40 100 μ m。在上述的激光直接快速制造滚塑模具的方法中，所述的步骤B中LENS快速成型机加工模块过程均在惰性气体保护下进行。与现有技术相比，本激光直接快速制造滚塑模具的方法主要包括数据制作、加工各个模块、抛光和装配，因此工艺步骤少且各个工艺容易实施，于是具有成形工艺简单的优点。本方法与选区激光烧结快速制造金属模具的方法相比主要没有焙烧和金属浸渗工序，由此完全杜绝了模具在后处理过程中收缩变形较大等问题。本方法还可用于滚塑模具表面的快速修复。本方法尤其适合应用于滚塑模具的单件、小批量快速成形制造，推动了滚塑行业的发展。利用本方法生产滚塑模具，由于采用激光快速成型工艺制作模块，因此具有生产周期短、成形精度高的优点。各个模块之间可采用焊接或螺栓连接等机械连接，因此具有强度高的优点。同时还具有材料利用率高，成本低，模具制造周期短，模具致密度高、尺寸精度闻等优点。
图1是本发明中塑料车壳滚塑钢板模具的立体结构示意。图2是本发明中塑料车壳滚塑钢板模具中一模块的立体结构示意。图3是本发明中塑料方形水箱铝合金滚塑模具的立体结构示意。图4是本发明中塑料方形水箱铝合金滚塑模具中一模块的立体结构示意。
具体实施例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。实施例一本实例是制造塑料车壳滚塑钢板模具的方法。本激光直接快速制造滚塑模具的方法由数据制作、加工各个模块、抛光处理和装配步骤组成。具体来说，数据制作是根据目标产品(塑料车壳)利用UG、Solidfforks或CATIA三维CAD软件设计滚塑模具的各个模块；如图2所示。然后均对模块进行切片处理；切片处理是将滚塑模具的模块切成每片厚度为0.08mm 0.18mm的虚拟薄片。利用三维CAD软件还可将相关模块之间限定为焊接连接和/或螺栓连接等机械连接装配成滚塑模具(如图1所示)。加工各个模块包括加工模块和按上述工序加工其他模块。加工模块是将一模块切片处理后的数据输入LENS快速成型机并对LENS快速成型机进行工艺参数设定。工艺参数设定为激光器功率、激光光斑扫描速度、金属粉末送粉量和熔覆层每层厚度中的一种或多种。激光器功率为800W 1600W ;激光光斑扫描速度为0.2m/min 0.35m/min ;金属粉末送粉量为5g/min 20g/min ;上述数据根据实际情况可灵活地组合。熔覆层每层厚度优选与虚拟薄片厚度相同。运行LENS快速成型机直至加工完成与导入数据相对应的模块。加入LENS快速成型机内的金属粉末的粒度为40 100 μ m。由于目标模具采用钢板，因此加入的金属粉末的材料与钢板材料相对应。为了使制作的数据能适用于LENS快速成型机，均需将输入LENS快速成型机的数据之前转换为STL文件。为了避免金属粉末逐层进行激光熔覆和烧结成形过程中金属发生氧化等反应，LENS快速成型机加工模块过程均在惰性气体保护下进行，如氩气、氦气、氩-氦混合气体。按上述工序加工其他模块是将下一模块切片处理后的数据输入LENS快速成型机替换加工模块中对应步骤。抛光处理是为了提高成型表面的光洁度，即对各个模块的成型表面进行抛光处理。装配是将各个模块按滚塑模具装配图纸进行装配。更具体来说，制造塑料车壳滚塑钢板模具的方法中采用工业用横流CO2激光器作为能源，波长为10.6,金属粉末米用铁粉；激光光斑扫描速度为0.3m/min,金属粉末送粉量为18g/min，熔覆层每层厚度为0.15mm，激光器对成型机送粉装置喷出的金属粉末逐层进行激光熔覆和烧结成形模块。
通过合模和试模生产，生产出的样品在几何尺寸及外观上完全满足实用要求。实施例二本实施例与实施例一不同的地方在于，本实例是制造方形水箱滚塑铝合金模具的方法。本方法中的金属粉末为招合金粉末，激光光斑扫描速度为0.25m/min,送粉量为15g/min，熔覆层厚度每层为0.1_，激光器对成型机送粉装置喷出的金属粉末逐层进行激光熔覆和烧结成形模块(如图4所示)。再按方形水箱滚塑铝合金模具进行实际装配得到方形水箱滚塑铝合金模具(如图3所示)。
权利要求
1.激光直接快速制造滚塑模具的方法，其特征在于，本方法包括以下步骤: A、模具设计，根据目标产品利用三维CAD软件设计滚塑模具的各个模块；并均对模块进行切片处理； B、加工模块，将一模块切片处理后的数据输入LENS快速成型机并对LENS快速成型机进行工艺参数设定；运行LENS快速成型机直至加工完成与导入数据相对应的模块； C、重复步骤B，直至完成所有模块制作； D、抛光处理，对各个模块的成型表面进行抛光处理； E、装配，将各个模块按设计好的模具装配图进行装配。
2.根据权利要求1所述的激光直接快速制造滚塑模具的方法，其特征在于，所述的步骤A中的切片处理是将滚塑模具的模块切成每片厚度为0.08mm 0.18mm的虚拟薄片。
3.根据权利要求1所述的激光直接快速制造滚塑模具的方法，其特征在于，所述的步骤B中的输入LENS快速成型机的数据之前转换为STL文件。
4.根据权利要求2或3所述的激光直接快速制造滚塑模具的方法，其特征在于，所述的步骤B中的工艺参数设定为激光器功率、激光光斑扫描速度、金属粉末送粉量和熔覆层每层厚度中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的激光直接快速制造滚塑模具的方法，其特征在于，所述的激光器功率为800W 1600W。
6.根据权利要求4所述的激光直接快速制造滚塑模具的方法，其特征在于，所述的激光光斑扫描速度为0.2m/min 0.35m/min。
7.根据权利要求4所述的激光直接快速制造滚塑模具的方法，其特征在于，所述的金属粉末送粉量为5g/min 20g/min。
8.根据权利要求4所述的激光直接快速制造滚塑模具的方法，其特征在于，所述的熔覆层每层厚度与虚拟薄片厚度相同。
9.根据权利要求1或2或3所述的激光直接快速制造滚塑模具的方法，其特征在于，所述的步骤B中加入LENS快速成型机内的金属粉末的粒度为40 100 μ m。
10.根据权利要求1或2或3所述的激光直接快速制造滚塑模具的方法，其特征在于，所述的步骤B中LENS快速成型机加工模块过程均在惰性气体保护下进行。
全文摘要
本发明提供了一种激光直接快速制造滚塑模具的方法，属于作业技术领域。它解决了现有的激光直接快速制造滚塑模具的方法包括以下步骤A、模具设计；B、加工模块，将一模块切片处理后的数据输入LENS快速成型机并对LENS快速成型机进行工艺参数设定；运行LENS快速成型机直至加工完成与导入数据相对应的模块；C、重复步骤B，直至完成所有模块制作；D、抛光处理，对各个模块的成型表面进行抛光处理；E、装配，将各个模块按设计好的模具装配图进行装配。本激光直接快速制造滚塑模具的方法主要包括数据制作、加工各个模块、抛光和装配，因此工艺步骤少且各个工艺容易实施，于是具有成形工艺简单的优点。
文档编号B22F3/105GK103100711SQ20131002402
公开日2013年5月15日 申请日期2013年1月11日 优先权日2013年1月11日
发明者朱国才, 江财明, 陈银君 申请人:温岭市旭日滚塑科技有限公司