组合模具的制作方法

本发明涉及铸造模具技术领域，尤其涉及一种组合模具。

背景技术：

铸造行业新产品的瓶颈在于模具开发，模具开发的快与慢决定新产品的研发周期长短，现有的模具各有利弊，传统的木模成本低，能反复使用但是开发周期长，尤其是复杂的铸件，制作更困难，并且重复性欠佳；传统的消失模成本低，需要机械加工制造，但是不能反复使用；传统的金属模制作周期长，可反复使用，但不适用于大件，而且成本高；新兴的fdm模具、sla模具都是打印成型，使用效果好但是成本过高。

所以缩短模具开发周期，降低模具制造成本，能多次反复使用的模具，能适应各种复杂结构设计的模具是行业内最需要的模具。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种组合模具，本发明公开的一个方面解决的技术问题是模具开发周期长、成本高、不能反复使用、复杂铸件模具不好加工。

本发明解决其技术问题所采用的一个技术方案是：

一种组合模具，包括随型模具和支撑模具，随型模具包括主体、强化层、工作面和组装面，主体是由颗粒材料压制或者打印而成，主体表面设置强化层，或者强化层渗入主体表面，主体与砂型型腔接触的一面为工作面，且相对的另一面为组装面，支撑模具安装在主体组装面一侧，且形状与组装面形状相匹配。

使用方便成型的颗粒材料打印或者压制成为随型模具，利用这种颗粒材料方便成型的优势，以抗拉强度及硬度高的强化层的弥补颗粒材料硬度不够的缺点，加上支撑模具作为填充材料，解决整体抗拉强度和硬度的问题，同时还能使得整体质量可以是轻质的，如此得到彼此弥补缺点，集各个优点为一体的组合模具。

优选的，所述主体是由5～2000目的颗粒材料制成，可以是硅砂、熔融石英、电熔刚玉颗粒、莫来石颗粒、硅线石颗粒、高岭石熟料、耐火黏土、锆砂、金红石颗粒、尖晶石颗粒、氧化镁、氧化钙、陶粒砂、络矿砂、碳化硅粉、氮化硅粉、氧化铝粉、淀粉中的至少一种。

使用颗粒材料是因为颗粒材料易于成型的优点，以上这些颗粒材料都是可以成型，而且可以满足不同需要选用不同材料，目前最常用的是硅砂，加上硅砂可重复利用这个优点，特别适合工业化生产，但是有些特殊行业或者精细行业制作要求会不一样，所以需要选择适合的材料做随型模具主体的颗粒材料。

优选的，所述强化层呈液态时附着在主体上，且强化层固化后呈固态，附着有强化层的主体硬度不低于85hd，且抗拉强度不低于15mpa。

强化层材料是液态时附着在主体上，可以渗入颗粒材料制成的主体中，后期固化成固态后，与主体成为一体，强化层是要能附着在主体上，不能与主体分离或者容易从主体上剥离，要不然就起不到强化的作用，使得带有强化层的主体有作为模具应有的硬度和抗拉强度，以在一定压力下进行造型。

优选的，所述强化层是由由呋喃树脂、聚脲树脂、改性聚脲树脂、聚氨酯树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰-甲醛树脂、环氧树脂、聚氨酯改性有机硅树脂、黄原胶、聚醋酸乙烯乳液、聚丙烯酰胺、硅酸乙酯、硅溶胶、硫酸盐、松香、糖浆、田箐胶、煤焦油、沥青、聚乙烯醇缩醛、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、酚醛-丁腈胶、酚醛-氯丁胶、酚醛-聚氨酯胶、环氧-丁腈胶、不饱和聚酯、丙烯酸树脂、聚酰亚胺、聚苯并咪唑、酚醛-聚乙烯醇缩醛、酚醛-聚酰胺、环氧-聚酰胺、烯类聚合物、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、过氯乙烯、聚异丁烯、聚酯、聚醚、聚酰胺、聚丙烯酸酯、a-氰基丙烯酸酯、环氧-聚硫胶、有机硅树脂、呋喃树脂、过氯乙烯、聚异丁烯、聚酯、聚醚、聚酰胺、聚丙烯酸酯、a-氰基丙烯酸酯、聚乙烯醇缩醛、环氧树脂ab胶、环氧-聚酰胺ab胶、酚醛-环氧树脂ab胶中的至少一种制成。

使用上述任意一种材料，都满足上一条的要求，可以附着在主体上，并且固化的硬度能达到要求，而且上述材料都有一种特性就是，没有固化前是液态的，这样是方便涂刷或者喷涂或者浸泡从而能渗入颗粒材料中，然后达到一定温度固化之后，在常温下就能保持固化状态，而且有很高的硬度和强度，方便工业生产加工，同时能满足抗拉强度和硬度需要。

优选的，所述强化层渗入所述主体表面至少2毫米。

从上述可以看出，选用颗粒材料的原因就是颗粒材料之间有缝隙，可以让强化层渗入，从而起到效果，不论是过于颗粒之间过于致密还是强化层无法渗入，都会导致不能达到要求，所以渗入深度也是抗拉强度和硬度的保证，理论上是渗透越深效果越好，但实际上渗入达到2毫米的时候，就能满足初步抗拉强度和硬度方面的要求了，所以强化层渗入至少2毫米。

优选的，所述主体包括拼接体、连接块，主体由至少两个拼接体拼接成型；所述连接块同时与至少两个相邻的拼接体连接，将至少两个拼接体相对固定；最优的，其中所述连接块为蝶形或花形。

将主题分解成了若干拼接体，是方便做成大型模具，做一些大型铸件的是时候，相对应的模具也是巨大的，设计成拼接的，减少制作体积，同时后期组装成型，也方便模具的转运和运输。通过连接块将相邻的拼接体连接，使得相邻的拼接体之间相对固定，没有相对位移，最终组装得到完整的主体。其中连接块一般是水平设置，

优选的，所述拼接体还包括卡槽，相邻的所述拼接体分别设置有相互匹配的凸出或者凹陷的卡槽，即通过凸出摆放在凹陷中将相邻的拼接体拼接成型。

连接块一般都水平设置，所以竖直方向一般会选用拼接体之间通过突出或者凹陷连接，限制两个拼接体水平方向的移动，同时将拼接体之间连接更为稳固。

优选的，所述主体还包括加强筋，所述主体为夹层为空腔的双层或者多层，且两层结构之间设置有加强筋，所述加强筋两端分别与两层结构连接，双层或者多层与加强筋一体成型。

颗粒材料打印出来的主体想要增加自身硬度就是增加厚度，如此就要增加整个模具的质量，对于搬运和组装都很不方便，所以将主体设计成双层或者多层，且中间的空腔有加强筋制成，这样既可以提高硬度又可以减少质量，一举两得。加上强化层会使得主体整体硬度和抗拉强度都有所提高，所以这种双层或者多层不仅不会降低整体强度，还会因为强化层面积的层架，提高整体硬度，降低主体厚度。

优选的，所述支撑模具由木材、金属、树脂中的至少一种材料制成。

随型模具要是空心的，就会对于抗拉强度和硬度方面要求更好，所以要选用具有一定抗拉强度和硬度的材料制作支撑模具，填充随型模具组装面一侧的空腔，使得整个模具抗拉强度和硬度都有所提高。

优选的，所述支撑模具为镂空状或者格栅状。

同时支撑模具要考虑质量问题，过重的花不方便翻转、搬运和使用，所以在抗拉强度和硬度合适的情况下，要尽量减少质量，从而得到轻质的支撑模具。

优选的，所述支撑模具外部轮廓与由至少一个立方体和/或至少一个长方体组成的立体形状外轮廓一致。

这就是要求支撑模具易于制作，同时不会相对随型模具转动，简单的立方体或者长方体都是利用长条状或者板状的材料就能得到，不用再次加工成弧形圆形等形状，减低支撑模具的加工难度，提高加工效率，更快更好地就能得到支撑模具，甚至可以批量制作同型号的支撑模具，匹配上不同型号的随型模具，就能实现快速组装的效果。

优选的，所述组装面与所述支撑模具完全接触，且所述支撑模具与所述组装面接触的面为平整平面。

这是防止组装面与支撑面之间有空隙或者空腔，造成薄弱点，通过设计组装面的形状，还有将所述支撑模具外侧覆一层平面板的方式，实现组装面与支撑面的完全接触，提高整体硬度，减少单位面积的受力。

优选的，所述组装面包括安装结构a，所述支撑模具包括安装结构b，所述组装面的安装结构a突出或者凹陷，相对应支撑模具上的安装结构b是对应的凹陷或者凸出，通过突出摆放在凹陷中将所述组装面和所述支撑模具相对固定。

使用这种突出卡在凹陷的方式相对固定组装面和支撑模具，一方面是易于制作，也方便组装，另一方面提高组装面积，提高稳固性，延长使用寿命。优选的是在组装面上设计向内凹陷的梯形，对应的在支撑模具外侧设计向外突出的梯形，梯形是上小下大状，如此安装之后，限制所述随形模具和所述支撑模具竖直方向的相对移动，更稳固。

优选的，还包括铆型杆，所述铆型杆同时贯穿所述随型模具和所述支撑模具，将所述随型模具和所述支撑模具相对固定。

优选的，所述铆型杆包括上端的帽体和下部的杆体，所述帽体的横截面积大于所述杆体的横截面积，所述帽体设置在所述随型模具中。

利用铆型杆同时固定多和随型模具或者支撑模具，提高整体锲合度，而且方便操作组装，使得整体稳固性提高。

优选的，所述主体还包括铆型孔，所述主体为夹层为空腔的双层或者多层，所述铆型孔设置在所述双层或者多层的空腔中或者所述铆型孔贯穿所述主体，所述铆型杆设置在所述铆型孔中。

利用夹层的空腔容纳铆型杆，增加接触面的同时便于设计，同时更方便组装，而且不突出于表面，提高结构稳定性，更方便相对固定不同层的主体。

优选的，还包括底板，底板上设置所述随型模具和支撑模具，所述支撑模具固定在所述底板上，所述铆型杆同时贯穿所述随型模具、所述支撑模具和所述底板。

为模具设计底板是方便后期造型工作，而且方便吊装运输，而且有了底板之后随型模具、支撑模具和底板三者固定，一体型更好，而且方便运输和使用。

优选的，还包括吊把，在所述随型模具两侧各设置两个突出的吊把，所有吊把的交叉点与重心重合。

优选的，还包括吊运孔，所述随型模具顶面设置有吊运孔，吊运孔有一个圆形空腔，且空腔上部设置一个长条状的开口，长条状开口的长度与圆形空腔直径一致，吊具为倒t型，底端从长条状开口放入空腔中后，吊具旋转90°，从而卡在空腔中，从而吊起随型模具。

后面设计的吊把和吊运孔都是为了方便转移组合模具用的，因为要制作大型砂型的话，相对应的组合模具也很巨大，所以要便于运输，轻便的就用吊运孔，重的就用吊把或者配合底板进行运输。

由上述技术方案可知，本发明公开的一个方面带来的一个有益效果是，优选的是使用硅砂制作主体，通过增加了强化层，克服了砂模本身硬度低的缺点，使得砂模满足作为模具的硬度要求，而且成本低，硅砂可以回收再生，反复利用，砂模设计打印或者压制成型的速度都较快，周期短，简单的结构能快速压制成型，复杂的结构可以通过增材打印方式一次打印成型，精度高制造方便快捷，也就是利用砂模塑性容易的有点。另一方面使用木材、金属或者树脂作为支撑模具，使用这种有一定硬度和抗拉强度的材料，做成镂空或者格栅状，得到轻质还有一定硬度的支撑模具作为支撑，利用这些材料硬度方面的优势，而且做成格栅和镂空以减轻重量，各种方面均有优势，最终得到是一种质量不重、硬度足够、外形精度高的一种新型模具，具备开发周期短、成本低、能反复使用、复杂模具依旧能快捷加工制得等等优点。

附图说明

附图1是根据本发明公开的一个实施例的组合模具隐去一个拼接体后的结构示意图。

附图2是附图1的剖视图。

附图3是根据本发明公开的一个实施例的组合模具的随型模具的结构示意图。

附图4是附图3所示结构的剖视图。

附图5是附图3所示结构另一个角度的剖视图。

附图6是附图3所示结构的仰视图。

附图7是根据本发明公开的一个实施例的组合模具的支撑模具的结构示意图。

附图8是附图7所示结构仰角视图。

附图9是附图7所示结构的剖视图。

附图10是根据本发明公开的一个实施例的组合模具的支撑模具的结构示意图。

附图11是根据本发明公开的一个实施例的组合模具的随型模具的结构示意图。

附图12是附图11所示结构的仰视图。

附图13是附图10和附图11所示结构组装到一起的组合模具结构示意图。

图中：随型模具10、主体11、拼接体110、连接块111、卡槽112、加强筋113、铆型孔114、强化层12、工作面13、组装面14、安装结构a140、支撑模具20、安装结构b21、铆型杆30、底板40、吊把50、吊运孔60。

具体实施方式

结合本发明的附图，对发明实施例的一个技术方案做进一步的详细阐述。

模具在铸造行业十分重要，现有的模具各有优缺点，模具的发展很慢，因为特别合适的并不多，所以还是传统模具占据绝大多数。随着技术的发展3dp成型技术是目前使用最为广泛的增材制造技术之一，其主要是采用逐层铺设粉末材料然后通过喷涂粘粘剂打印成形，粉末材料可以是硅砂、陶瓷粉末、金属粉末、沙粒等，现在主要是通过沙粒打印出来砂型。增材制造有着显著的优点，就是复杂的形状依旧通过软件可以快捷设计出来，但是要是作为模具，就有着致命的缺点，就是达不到模具的硬度和抗拉强度要求。所以增材制造也就一直打印砂型，从来没有人考虑用增材制造出来的产品做模具。考虑模具成本，降本提质增效。3dp砂模打印成本为木模的0.6-0.7倍，采用3dp砂模能够较大程度降低模具成本，提高生产效率。

为了解决砂型表面硬度和抗拉强度不够的问题，在砂型表面设置强化层12，使得表面硬度和抗拉强度都成倍提高，满足了模具的要求，保证足够的反复使用次数，使用方便成型的颗粒材料打印或者压制成为随型模具，利用这种颗粒材料方便成型的优势，以抗拉强度及硬度高的强化层12的弥补颗粒材料硬度不够的缺点，加上支撑模具20作为填充材料，解决整体抗拉强度和硬度的问题，同时还能使得整体质量可以是轻质的，如此得到彼此弥补缺点，集各个优点为一体的组合模具。

实施例1：

一种组合模具，包括随型模具10、支撑模具20和铆型杆30，随型模具10包括主体11、强化层12、工作面13和组装面14，主体11是由颗粒材料压制或者打印而成，主体11表面设置强化层12，或者强化层12渗入主体11表面，主体11与砂型型腔接触的一面为工作面13，且相对的另一面为组装面14，支撑模具20安装在主体11组装面14一侧，且形状与组装面14形状相匹配，因为模具有的是为了形成铸件的外部结构例如附图10-13所示，有的是为了形成铸件的内腔结构如附图1-9所示，所以会有不同，但是总归是随型模具10的工作面13是与砂型型腔接触的一面，相对的另一面为组装面14，组装面14与支撑模具20连接。

参照附图7和附图5所示，组装面14包括安装结构a140，所述支撑模具20包括安装结构b21，所述组装面14的安装结构a140突出或者凹陷，相对应支撑模具20上的安装结构b21是对应的凹陷或者凸出，通过突出摆放在凹陷中将所述组装面14和所述支撑模具20相对固定。

参照附图1和附图2做事，铆型杆30同时贯穿所述随型模具10和所述支撑模具20，将所述随型模具10和所述支撑模具20相对固定，铆型杆30包括上端的帽体和下部的杆体，所述帽体的横截面积大于所述杆体的横截面积，所述帽体设置在所述随型模具中。

其中主体11是由硅砂、熔融石英、电熔刚玉颗粒、莫来石颗粒、硅线石颗粒、高岭石熟料、耐火黏土、锆砂、金红石颗粒、尖晶石颗粒、氧化镁、氧化钙、陶粒砂、络矿砂、碳化硅粉、氮化硅粉、氧化铝粉、淀粉中的至少一种颗粒材料制成，颗粒材料是5～2000目，最佳的是由70～800目的颗粒材料制成。

强化层12呈液态时附着在主体11上，因为主体11是颗粒状，所以便于强化层12附着在主体11上至少2毫米或者渗入主体11至少2毫米，强化层12固化后呈固态，附着有强化层12的主体11硬度不低于85hd，且抗拉强度不低于15mpa。

强化层12包括环氧树脂ab胶、环氧-聚酰胺ab胶、酚醛-环氧树脂ab胶、酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰-甲醛树脂、环氧树脂、有机硅树脂、呋喃树脂、不饱和聚酯、丙烯酸树脂、聚酰亚胺、聚苯并咪唑、酚醛-聚乙烯醇缩醛、酚醛-聚酰胺、环氧-聚酰胺、烯类聚合物、聚酯、聚醚、聚酰胺、聚丙烯酸酯、a-氰基丙烯酸酯、聚乙烯醇缩醛、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、酚醛-丁腈胶、酚醛-氯丁胶、酚醛-聚氨酯胶、环氧-丁腈胶、环氧-聚硫胶中的至少一种。

参照附图7-9所示，其中支撑模具20由木材、金属、树脂中的至少一种材料制成的镂空状或者格栅状。如此可以减轻重量，而且还能满足支撑要求。支撑模具20的原料板材厚度为80-120毫米，支撑模具20格栅间距为150-250毫米，这样即减少用料还结构稳定。

上述是随型模具10一体成型的组装模具，适用于体积较小的模具，利用颗粒材料便于成型的有点，配合强化层12硬度和抗拉伸强度高的特点，搭配成为一个满足模具需要的与型腔形状相匹配的壳状结构，由制成镂空状的支撑模具20填充，支撑模具20硬度方面更强，而且做成质量轻状，以此得到组装模具。

实施例2：

在实施例1的基础上，参照附图3-6所示，所述主体11还包括加强筋113，将主体11做成双层的，主体11为夹层为空腔的双层或者多层，且两层结构之间设置有加强筋113，所述加强筋113两端分别与两层结构连接，双层或者多层与加强筋113一体成型。每层壁厚为20-50毫米。加强筋113间距100-300毫米。

主体11做成双层或者多层之后在表面附着或者渗入强化层12，得到随型模具10，如此减轻了主体11的质量，同时还提高了强化层12的面积，从而提高了随型模具10整体的硬度和抗拉强度，得到质量更轻同时强度和硬度更高的随型模具10。

实施例3：

在实施例1或者实施例2的基础上，所述主体11包括拼接体110、连接块111、卡槽112，主体11由至少两个拼接体110拼接成型；所述连接块111同时与至少两个相邻的拼接体110连接，将至少两个拼接体110相对固定。相邻的所述拼接体110分别设置有相互匹配的凸出或者凹陷的卡槽112，即通过凸出摆放在凹陷中将相邻的拼接体110拼接成型。

参照附图1和附图3所示，利用连接块111或者卡槽112将相邻的拼接体110连接到一起，使得拼接体110成为一个整体，一般蝶形或者花型的连接块111是水平设置，连接拼接体110，竖直方面是通过突出还有凹陷配合的卡槽112连接拼接体110，如此从各个方向限定拼接体110，使得拼接体110成为一个整体。

实施例4：

在实施例1-3的基础上，还包括底板40、吊把50和吊运孔60，底板40上设置所述随型模具10和支撑模具20，所述支撑模具20固定在所述底板40上，所述铆型杆30同时贯穿所述随型模具10、所述支撑模具20和所述底板40。吊把50在所述随型模具两侧各设置两个突出的吊把50，吊把50突出50毫米左右，端面为防滑凸台设计。所有吊把50的交叉点与重心重合。吊运孔60设置在所述随型模具10顶面，吊运孔60有一个圆形空腔，且空腔上部设置一个长条状的开口，长条状开口的长度与圆形空腔直径一致，吊具为倒t型，底端从长条状开口放入空腔中后，吊具旋转90°，从而卡在空腔中，从而吊起随型模具10。

设计的底板40、吊把50和吊运孔60都是为了方便转移组合模具用的，因为要制作大型砂型的话，相对应的组合模具也很巨大，所以要便于运输，轻便的就用吊运孔60，重的就用吊把50或者配合底板40进行运输。

实施例5：

上述任意一种实施例中的支撑模具20优化设计成，支撑模具20外部轮廓与由至少一个立方体和/或至少一个长方体组成的立体形状外轮廓一致。同时组装面14与所述支撑模具20完全接触，且所述支撑模具20与所述组装面14接触的面为平整平面。就是在上面格栅或者镂空支撑模具20的最外层蒙皮，最外层板厚度12毫米左右。

优化设计的支撑模具20是由简单的正方体或者长方体堆积而成，在特殊情况下可以扩展成圆球、圆柱、圆锥等简单的立体形状，这是为了方便制作和组装，简化制作难度，提高效率。组装面14与支撑模具20接触的一面是完全接触，是防止有了空隙造成应力增加，成为薄弱点从而在随型模具10承受压力过大的时候损坏。

工业化生产的时候，可以批量拼接出来一些不同规格的通用支撑模具20，同一规格的支撑模具20，可以与不同规格的随型模具10组合，随型模具10的的工作面13按照砂型型腔形状设计，大小在一定范围的随型模具10的组装面14是一个规格，且与对应规格的支撑模具20一致，如此可以节约时间，实现快速组合，也提高了工作效率。甚至在支撑模具20有限的情况下，一个支撑模具20和多个随型模具10根据需要迅速分别完成组合。而且在随型模具10或者支撑模具20损坏的时候，保留另一个，可高利用率。

上述所有实施例中随型模具是使用颗粒材料制成主体，然后涂施强化层，对于单纯主体和涂施强化层的主体的硬度和抗拉强度做了实验，具体实验结果如下。

即使用硅砂颗粒，用3d打印方式得到主体，进行对比实验，对比没有加强化剂的主体(处理前)和本方案所述加有强化剂的主体(处理后)的性能，结果如下面所示。

表1处理前后性能对比

通过表1可以看出，处理后使得模型的抗拉强度和硬度大大提高，尤其是抗拉强度高达20mpa，几乎是没有处理前的十几倍；硬度最高达98hd。很好的解决了模型由于硬度、硬度较低，在使用、挪动、搬运或运输过程中就容易断裂、损坏的问题。

所以可以看出随型模具是完全可以达到需要的抗拉强度和硬度，能胜任模具的工作。

上述任意一种实施例具体的设计过程如下：

具体组装模具根据需要设计，在模具是大型模具的时候，先将随型模具10主体11形状，然后切分成若干拼接体110，然后设计双层或者多层，然后设计加强筋113的位置，设计连接块111的位置，同时在性对应的拼接体110上设置与连接块111匹配的凹陷，如果是打印成型的，在一开始就将双层空腔中的铆型孔114一并设计打印出来，如此一体成型，设计上下两层连接体之间卡槽112的位置和形状，同时设计出支撑模具20的外轮廓。

根据支撑模具20的外轮廓，设计支撑模具20，设计格栅或者镂空的间距或者尺寸，最后将与组装面14接触一侧蒙皮，保证与组装面14完全接触。

最后就是按照设计制作，然后组装成型。

使用本发明所述组合模具，能够在保证铸造模具使用抗拉强度的前提下，反复重负利用，复杂形状也易于得到，结构重量轻，模具成本低，同时易于现场搬运或翻转等操作。同时因为随型模具10组装面14是壳状，有效提高3dp砂模打印用材料的利用率，减少打印时间，缩短整个成型生产周期，推进组合模具的产业化应用。