一种3D打印镶拼式热冲压模具随形冷却水道的制作方法

本项目发明属于热冲压技术领域，主要涉及一种3D打印镶拼式热冲压模具随形冷却水道。

背景技术：

热冲压技术是一项专门用于成形高强度钢板和超高强钢板冲压件的新技术，成形件的强度能达到1500MPa以上，成形精度高，基本无回弹，极其适合用于汽车结构件和保安件等重要零部件上。热冲压件除了有利于提高汽车安全性能，而且在减少车身重量，降低能耗方面也是普通钢板无法比拟的。热冲压技术的关键步骤是将超高强钢板加热到奥氏体化温度以上并充分保温，然后迅速进行成形与淬火工艺，使其得到高强度的马氏体组织。成形与淬火都需要在模具内完成，因此热冲压模具成形和冷却技术极其重要，是能否获得高精度、高强度热冲压件关键之一。

为保证热冲压件的组织和性能均匀，减少制品翘曲，减少成形残余应力，就要确保零部件冷却均匀，因此应尽量保持冷却水道与模具凸凹模表面等距离。

传统冷却水道的加工以钻孔结构实现。钻孔只能加工直线状冷却水道，对于复杂曲面的结构，会使得冷却水道与凸凹模表面距离不等，冷却不均匀。采用纯3D打印模具，不仅成本较高，而且打印设备较难满足大尺寸制件的要求，使制件尺寸收到限制。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题，本实用新型提供一种3D打印镶拼式热冲压模具随形冷却水道，它具有以下特点：

(1)通过对模具的拆解加工，使得主体的凸凹模采用3D打印技术形成随形水道，也可通过传统机械加工技术形成连接结构，有效将打通水道，降低制造成本。

(2)冷却水道的形状可以随着制品的外形变化，不再是单一直线状。

(3)解决了传统水道与凸凹模表面距离不一致的问题，使冷却均匀。

(4)可以根据需要设计不同冷却水道形状，以及出入水口串并联方式，使冷却介质更容易产生湍流，提高冷却效率。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种3D打印镶拼式热冲压模具随形冷却水道，其特征在于：包括凸/凹模、冲压件、随形水道、密封圈、连接管、连接板、紧固板和型芯/腔固定板。其中随形水道采用3D打印技术直接成形，与凸/凹模表面近似平行，可供冷却介质进入流动，增加冷却面积和效率，并且随形水道通过密封圈、连接管和连接板，与紧固板和型芯/腔固定板的直通水道连接。其中密封圈套在连接管上，并固定在连接板左右两侧，连接管和连接板保持同轴连接。连接板与紧固板和型芯/腔固定板形成固定连接，并且保证连接管中心线与紧固板和型芯/腔固定板上的直通水道中心线处于同轴位置。所述水道采用计算机3D软件进行模具及其水道的模型建模，利用切片软件将模型分为若干成二维切片，导入3D打印系统中。其次，调平基板和工作台面，密闭设备，抽真空，并通入惰性气体进行防氧化保护。依据各层的二维切片模型，采用激光直接熔化(SLM)的方法对每层的金属粉末进行熔化，每加工好一层，成形腔体下降一层粉末厚度的高度，反复进行，叠加堆积，直至获得目标成形件。为增强各层连接强度，可在粉末中加入焊接活性剂来增加焊接熔深。在SLM成形过程中，上层激光扫描时，会对下层已经熔化凝固金属加热，形成一个退火效应，导致零件硬度下降，所以可将加工完成的模具进行硬化处理。所述的冷却水道可以为单出入口的串联流道，也可以为多出入口并联流道。所述的冷却水道可以为竹节状管道、缩放管道、波浪管道等多种形状，通过管道截面改变，使冷却介质在流动中更容易产生紊流，从而增加介质流动。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型仅对随形水道部分的型芯/型腔采用3D打印技术进行制造，提高制造加工效率，降低加工成本。

(2)采用拆解加工方式，便于拆卸修复或更换。

(3)应用3D打印技术，按照设计的三维模型，逐层制造，降低制造的复杂程度。

(4)依据复杂曲面和结构的零部件，可快速加工出其随形流道的模具。

(5)冷却水道可根据需要设计多种形状，根据口径比不同，形成紊流，增加冷却效果。

本实用新型克服了现有热冲压模具冷却不均匀和纯3D打印制造尺寸有限，成本高等问题，通过对模具的拆解加工，使得主体的凸凹模采用3D打印技术形成随形水道，也可通过传统机械加工技术形成连接结构，有效将打通水道，降低制造成本，而且便于拆卸修复或更换。利用3D打印技术可成形复杂随形冷却水道，并能通过单个(/多个)出入水口的串联(/并联)，形成单股(/多股)冷却路径，使模具整体冷却更加充分、迅速和均匀，有效减少模具残余内应力，延长使用寿命，减少制件回弹变形，有效的满足现代企业连续生产要求，提高生产效率和成品率，利于随形冷却水道的推广应用，具有较好的工程适应价值。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。其中：

图1为本实用新型一种3D打印镶拼式热冲压模具随形冷却水道；

图2为本实用新型串联水道示意图；

图3为本实用新型并联水道示意图；

图4为本实用新型竹节状水道示意图；

图5为本实用新型缩放管水道示意图；

图6为本实用新型波浪状水道示意图；

附图中的标记编号说明如下：1、冲压件；2、随形水道；3、密封圈；4、连接管；5、连接板；6、紧固板；7、型芯/腔固定板；8、凸/凹模。

具体实施方式

本实用新型的具体实施例，如图1所示，一种3D打印镶拼式热冲压模具随形冷却水道，包括凸/凹模8、冲压件1、随形水道2、密封圈3、连接管4、连接板5、紧固板6和型芯/腔固定板7。其中随形水道2采用3D打印技术直接成形，与凸/凹模8表面近似平行，可供冷却介质进入流动，增加冷却面积和效率，并且随形水道2通过密封圈3、连接管4和连接板5，与紧固板6和型芯/腔固定板7的直通水道连接。其中密封圈3套在连接管4上，并固定在连接板5左右两侧，连接管4和连接板5保持同轴连接。连接板5与紧固板6和型芯/腔固定板7形成固定连接，并且保证连接管4中心线与紧固板6和型芯/腔固定板7上的直通水道中心线处于同轴位置。

所述水道采用计算机3D软件进行模具及其水道的模型建模，利用切片软件将模型分为若干成二维切片，导入3D打印系统中。其次，调平基板和工作台面，密闭设备，抽真空，并通入惰性气体进行防氧化保护。依据各层的二维切片模型，采用激光直接熔化(SLM)的方法对每层的金属粉末进行熔化，每加工好一层，成形腔体下降一层粉末厚度的高度，反复进行，叠加堆积，直至获得目标成形件。为增强各层连接强度，可在粉末中加入焊接活性剂来增加焊接熔深。在SLM成形过程中，上层激光扫描时，会对下层已经熔化凝固金属加热，形成一个退火效应，导致零件硬度下降，所以可将加工完成的模具进行硬化处理。

如图2所示，为单出入口的串流流道，冷却介质在冷却水道4中只沿一条路径流动，若制件尺寸过大，容易形成较大温差，因此该方法适用于尺寸较小的制件。当制件较大时，且需要快速冷却时，就可以选择如图3所示的并联流道，该方法采用多个流道，当介质进入冷却水道4时，就可分支多股水道进行冷却。

如图4至图6，所述的冷却水道，4可以为竹节状管道、缩放管道、波浪管道等多种形状，通过管道截面改变，使冷却介质在流动中更容易产生紊流，从而增加介质流动。

本实用新型克服了现有热冲压模具冷却不均匀和纯3D打印制造尺寸有限，成本高等问题，通过对模具的拆解加工，使得主体的凸凹模采用3D打印技术形成随形水道，也可通过传统机械加工技术形成连接结构，有效将打通水道，降低制造成本，而且便于拆卸修复或更换。利用3D打印技术可成形复杂随形冷却水道，并能通过单个(/多个)出入水口的串联(/并联)，形成单股(/多股)冷却路径，使模具整体冷却更加充分、迅速和均匀，有效减少模具残余内应力，延长使用寿命，减少制件回弹变形，有效的满足现代企业连续生产要求，提高生产效率和成品率，利于随形冷却水道的推广应用，具有较好的工程适应价值。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。