一种用于低熔点金属电弧喷涂模具的母模制备及脱模方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于低熔点金属电弧喷涂模具的母模制备及脱模方法，包括：将石蜡加热到熔化状态，向其加入硬脂酸或聚乙烯，以及短切玻璃丝，搅拌均匀，得到改性石蜡；将改性石蜡灌入模具尺寸围框中，待固化后去掉围框，得到改性石蜡母模；对改性石蜡母模进行机械加工，得到所需喷涂型面；对具有喷涂型面的改性石蜡母模表面进行粗化处理，得到模具母模基体；对模具母模基体进行喷涂，将喷涂完成后的模具母模基体加热至改性石蜡熔融状态后倒出，实现母模与喷涂型壳之间的脱模。本发明制备的喷涂母模切削加工性好，制造工艺方便简单，可采用加热的方式迅速将其与喷涂后的喷涂型壳脱开，同时不伤及喷涂型壳表面，节约了脱模时间，降低了脱模难度。
【专利说明】一种用于低熔点金属电弧喷涂模具的母模制备及脱模方法【【技术领域】】
[0001]本发明涉及低熔点金属电弧喷涂快速模具制造技术，特别涉及一种用于低熔点金属电弧喷涂模具的母模制备及脱模方法。
【【背景技术】】
[0002]随着全球经济的进一步一体化，制造业竞争显得越发激烈。如何缩短生产周期并降低成本，成了制造商首要考虑的问题。多品种小批量时代的逐步来临使得企业要求模具制造能保证新产品快速占领市场，开发快速经济模具越来越引起人们的重视，例如用环氧、聚脂或其中混入金属、陶瓷、玻璃等增强材料制作的快速软模，可用于上百件注塑成形以及汽车覆盖件试制。其主要特点是制造工艺简单、生产周期短、价格便宜。但由于材料的导热性和机械性能不高，这种模具难以用于高频率的批量注塑成形以及金属拉延件批量成形。近年来出现了一种快速制造模具的新工艺，它不同于过去所提的简易模，而是一种全新的方法。快速模具制造技术(Rapid Tooling,简称RT)就是指用快速成型工艺及相应的后续加工，来快速制作模具。快速模具制造技术一般可以分为直接快速制模技术与间接快速制模技术两大类。电弧喷涂快速模具即属于间接快速模具的一种。
[0003]热喷涂技术(ThermalSpraying Technology)在 1909年由瑞士的Μ.U.Shoop先生发明，是表面工程学的重要组成部分。作为热喷涂方法的一种，电弧喷涂技术就是将两根金属丝材作为自耗性电极，利用两根金属丝端部短路产生的电弧使丝材熔化，同时使用压缩气体将已熔化的金属雾化成微熔滴，并使其加速，以很高的速度沉积到基体表面从而形成涂层的一种工艺。相对其它热喷涂方法，电弧喷涂技术具有喷涂工艺灵活、热能利用率高、寿命长、效率高、可以方便的制备伪合金涂层、安全性好等优点。其应用主要体现在长效防腐、维修和表面改性、快速制模等方面。
[0004]金属电弧喷涂 快速制模技术是一种基于“复制”的制模技术，它以一个实物模型(或称为原型)作为母模，用电弧喷涂的方法在母模表面沉积形成一定厚度的致密金属涂层，即模具型壳。模具型壳精确拷贝了原型的形状，获得了所需的模具型腔，在完成补强、脱模、抛光等后处理工艺后，即可完成模具的快速制造。从产品图纸到产品生产，中间包括模具结构设计、制造、检测、装配、试模等环节。电弧喷涂快速模具制模工艺具体流程为:通过模具结构设计得到模具结构图，从模具结构图提出模具型面图，根据喷涂工艺需要添加工艺补充面和工艺结构得到样式图，根据样式图制备基体母模并表面处理，通过电弧喷涂的方法在基体表面沉积一定厚度模具型壳，型壳精确复制基体外形，在型壳背面添加围框结构并填充背衬材料，待背衬材料凝固后，去除母模并清理模具型面，在后处理后即可获得简易快速模具，与钢结构装配组装后，即可试模。与传统的钢模具制造相比，金属电弧喷涂制模技术具有制模速度快、生产周期短、制造成本低等优点，同时还拥有一定的模具寿命，成为新产品开发及小批量生产的重要途径。
[0005]由于电弧喷涂快速模具的型腔尺寸、几何精度等完全取决于母模，喷涂层的质量与母模也有密切的关系。理想情况下，喷涂模具将与母模具有完全相同的形状和精度，并且母模易于清理和去除，最好是可以达到重复循环利用的环保效果。因此，母模制作在电弧喷涂快速制模工艺过程中具有重要的地位和作用，是制模的前提和基础。
[0006]对于低熔点金属电弧喷涂制模技术，如喷涂铝、锌、锌铝合金等，可采用的母模材料种类较多，目前主要有快速原型树脂件、石膏材料及中密度板等，但树脂件易变形，需进行额外支撑加固，工艺较复杂，成本较高；石膏材料及中密度板成本较低，均由切削加工获得最后型面，但石膏对机床金属具有腐蚀性，严重威胁机床的使用寿命；同时，由于模具型面复杂，喷涂型壳的固化收缩使得目前这三类材料都存在脱模困难的问题，且均属于破坏性脱模，母模材料不能重复利用。人工去除母模费时费力，操作不当时还易伤及型面，因此，研究适合于低熔点金属电弧喷涂快速模具便捷脱模的母模制备及脱模方法是提高金属电弧喷涂快速制模效率，降低成本，实现环保性亟须解决的问题。
【
【发明内容】
】
[0007]本发明的目的在于提供一种用于低熔点金属电弧喷涂模具的母模制备及脱模方法，该方法可实现低熔点金属电弧喷涂模具的便捷脱模，且其环保并可循环利用。
[0008]为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案予以实现:
[0009]一种用于低熔点金属电弧喷涂模具的母模制备及脱模方法，包括如下步骤:
[0010]1)按质量百分比为0.5~20%的硬脂酸或聚乙烯、不大于2%的短切玻璃丝以及其余为中温石腊，分别称取硬脂酸或聚乙烯、短切玻璃丝和中温石腊，备用，其中，短切玻璃丝的长度为3~5mm ；
[0011]2)将石蜡加热到熔化状态，向其加入硬脂酸或聚乙烯，以及短切玻璃丝，搅拌均匀，得到改性石蜡；
[0012]3)将步骤2)中配置好的改性石蜡灌入模具尺寸围框中，待固化后去掉围框，得到改性石蜡母模，其中，母模坯料留有不大于IOmm的加工余量；
[0013]4)对改性石蜡母模进行机械加工，得到所需喷涂型面；
[0014]5)对具有喷涂型面的改性石蜡母模表面进行粗化处理，得到模具母模基体；
[0015]6)对模具母模基体进行低熔点金属电弧喷涂，将喷涂完成后的模具母模基体加热至改性石蜡熔融状态后倒出，实现母模与喷涂型壳之间的脱模。
[0016]本发明进一步改进在于:中温石蜡的熔点大于等于70度。
[0017]本发明进一步改进在于:步骤2)中，将硬脂酸或聚乙烯加热熔化后再加入石蜡中。
[0018]本发明进一步改进在于:步骤3)中，用木框根据所需模具尺寸钉制模具尺寸围框，其用以获得整体母模坯料。
[0019]本发明进一步改进在于:步骤4)中，对改性石蜡母模进行切削加工，得到所需喷涂型面。
[0020]本发明进一步改进在于:步骤5)中，对改性石蜡母模表面粗化处理的方法包括使用粗砂布打磨表面，或者采用切削改性石蜡母模表面。
[0021]本发明进一步改进在于:步骤5)中，对改性石蜡母模表面粗化处理后，其表面粗糙度为Ra5~Ral5。
[0022]本发明进一步改进在于:步骤6)中，先对模具母模基体的中间部位的改性石蜡进行破坏铲除，再对其余改性石蜡加热至其熔融状态后倒出。
[0023]本发明进一步改进在于:采用热水或加热装置使改性石蜡熔融。
[0024]本发明进一步改进在于:对喷涂好的喷涂型壳添加背衬后，将喷涂完成后的模具母模基体加热至改性石蜡熔融状态后倒出，实现母模与喷涂型壳之间的脱模。
[0025]本发明将改性石蜡材料应用于低熔点金属电弧喷涂快速制模工艺中，与现有的快速原型件、石膏及中密度板等母模基体相比，使用本发明制作的母模基体具有以下优点:
[0026]1、本发明的改性石蜡可反复加热凝固，重复利用，相对成本低，环保无污染；
[0027]2、可用沸水加热使得改性石蜡熔化，室温固化，生产能耗小，制造工艺简单，操作方便，以及制造周期短；
[0028]3、模具母模基体易与喷涂型壳脱离，将人从费时费力的脱模工作中解脱出来，且不伤及喷涂型壳表面质量；
[0029]4、本发明原料来源广泛，易获得。
【【专利附图】
【附图说明】】
[0030]图1至图4为金属电弧喷涂快速制模工艺流程，其中，图1为母模制备；图2为金属喷涂型壳制备过程；图3为在喷涂好的金属型壳后添加背衬；图4为将母模去除以形成最终的金属电弧喷涂模具。
[0031]其中:I为母模，2为喷枪，3为金属喷涂型壳，4为围框，5为背衬。`【【具体实施方式】】
[0032]下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
[0033]参见图1至图4，为金属电弧喷涂快速制模工艺流程，其中，图1 (a)为母模I制备，包括母模坯料准备及加工和表面粗化；图2为金属喷涂型壳3制备过程，主要用喷枪2将雾化后的金属喷涂到经过处理的母模I表面形成金属喷涂型壳3 ;图3为在喷涂好的金属型壳后添加背衬5，以实现其力学性能的增强；图4为将母模I去除以形成最终的金属电弧喷涂模具，图3和4中，序号4表示围框。本发明主要针对整个金属电弧喷涂制模工艺流程中的母模制备(如图1所示)和母模脱模部分(如图4所示)。
[0034]本发明一种用于低熔点金属电弧喷涂模具的母模制备及脱模方法，包括如下步骤:
[0035]I)按质量百分比为0.5~20%的硬脂酸或聚乙烯、不大于2%的短切玻璃丝以及其余为中温石蜡，分别称取硬脂酸或聚乙烯、短切玻璃丝和中温石蜡，备用，其中，中温石蜡的熔点大于等于70度，短切玻璃丝的长度为3~5mm ;
[0036]2)将石蜡加热到熔化状态，向其加入硬脂酸或聚乙烯，以及短切玻璃丝，搅拌均匀，得到改性石蜡，其中，将硬脂酸或聚乙烯加热熔化后再加入石蜡中；
[0037]3)将步骤2)中配置好的改性石蜡灌入模具尺寸围框中，待固化后去掉围框，得到改性石蜡母模，其中，母模坯料留有不大于10_的加工余量，采用木框根据所需模具尺寸钉制模具尺寸围框；
[0038]4)对改性石蜡母模进行切削加工，得到所需喷涂型面；
[0039]5)对具有喷涂型面的改性石蜡母模表面进行粗化处理，得到模具母模基体；[0040]6)对模具母模基体进行低熔点金属电弧喷涂，对喷涂好的喷涂型壳添加背衬后，将喷涂完成后的模具母模基体加热至改性石蜡熔融后倒出，实现母模与喷涂型壳之间的脱模，其中，对改性石蜡母模表面粗化处理的方法包括使用粗砂布打磨表面，或者采用切削改性石蜡母模表面，对改性石蜡母模表面粗化处理后，其表面粗糙度为Ra5~Ral5。
[0041]上述步骤6)中，也可以先对模具母模基体的中间部位的改性石蜡进行破坏铲除，再对其余改性石蜡加热至其熔融后倒出，其中，可采用热水使改性石蜡熔融。
[0042]实施例1:
[0043]制作某车型覆盖件冲压模具母模，尺寸为:800mmX 600mmX 150mm。
[0044]包括步骤如下:
[0045]I)石蜡改性:以中温石蜡162为原料基料，以硬脂酸及长度为3mm短切玻璃丝为改性材料，各使用原料的质量百分比是:硬脂酸10%，长度为3mm短切玻璃丝1%，其余为中温石腊162 ；
[0046]2)搅拌均匀:先将中温石蜡162用加热设备将其加热到90度熔化，向其中加入熔化的硬脂酸和短切玻璃丝，搅拌均匀，观察少无气泡及玻璃丝分布较均匀，得到改性石蜡；
[0047]3)钉制围框:将需要母模尺寸稍微放大，以便留有足够加工及喷涂余量，根据模具尺寸钉制820 X 620 X 155mm围框，并在围框下放置起吊用支撑支架；
[0048]4)将配置好的改性石蜡灌入该围框中，室温固化后去掉围框；
[0049]5)对改性石蜡母模进行切削加工，得到所需喷涂型面；
[0050]6)采用粗砂布或粗钢刷对母模表面进行粗化处理，得到适合喷涂的表面粗糙度要求；
[0051]7)得到模具母模基体，送入喷涂间进行低熔点金属电弧喷涂；
[0052]8)将喷涂完成加背衬后的母模周围用钢板加高，用沸水熔掉后倒出置于专用容器中，固化后存放，等下次需要制作新母模时，再熔化使用。
[0053]实施例2:
[0054]制作某车型覆盖件冲压模具母模，尺寸为:1000mmX 800mmX 200mm。
[0055]包括步骤如下:
[0056]I)石蜡改性:以中温石蜡162为原料基料，以聚乙烯及长度为3mm短切玻璃丝为改性材料，各使用原料的质量百分比是:聚乙烯10%，长度为3mm短切玻璃丝1%，其余为中温石腊162 ；
[0057]2)搅拌均匀:先将中温石蜡162用加热设备将其加热到90度熔化，向其中加入熔化的聚乙烯和短切玻璃丝，搅拌均匀，观察少无气泡及玻璃丝分布较均匀，得到改性石蜡；
[0058]3)钉制围框:将需要母模尺寸稍微放大，以便留有足够加工及喷涂余量，根据模具尺寸钉制1020 X 820 X 205mm围框，并在围框下放置起吊用支撑支架；
[0059]4)将配置好的改性石蜡灌入该围框中，室温固化后去掉围框；
[0060]5)对改性石蜡母模进行切削加工，得到所需喷涂型面；
[0061]7)采用粗砂布或粗钢刷对母模表面进行粗化处理，得到适合喷涂的表面粗糙度要求；
[0062]8)得到模具母模基体，送入喷涂间进行低熔点金属电弧喷涂；
[0063]9)将喷涂完成加背衬后的母模周围用钢板加高，置于烘箱中，加热至90度时，改性石蜡处于融熔状，从烘箱中取出后倒出置于专用容器中，固化后存放，等下次需要制作新母模时，再熔化使用。
[0064]综上所述，本发明的原理是利用低熔点金属喷涂雾化颗粒到达母模基体上时温度较低特点，采用简单易熔材料，实现高效、省力快速脱模。所采用的石蜡改性材料，提高了石蜡的强度，可以承受在喷涂过程中的喷涂压力和变形引起的拉力，且在喷涂过程中，表面可以耐受喷涂颗粒的温度，在沸水状态下即可熔化，在室温下又可固化，进而反复循环利用，具有环保无污染特性。因此，本发明是促进低熔点金属电弧喷涂快速模具应用的一种突破性方法，兼顾了高效、经济性和环保性，并且保证了喷涂型壳在脱模过程中不会出现可能由操作不当引起的表面质量问题。
[0065]以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明方法所作的进一步详细说明，不能认定本发明方法的【具体实施方式】仅限于此，对于本发明方法所属【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明方法构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明方法由所提交的 权利要求书确定专利保护范围。
【权利要求】
1.一种用于低熔点金属电弧喷涂模具的母模制备及脱模方法，其特征在于，包括如下步骤: 1)按质量百分比为0.5~20%的硬脂酸或聚乙烯、不大于2%的短切玻璃丝以及其余为中温石腊，分别称取硬脂酸或聚乙烯、短切玻璃丝和中温石腊，备用，其中，短切玻璃丝的长度为3~5mm ； 2)将石蜡加热到熔化状态，向其加入硬脂酸或聚乙烯，以及短切玻璃丝，搅拌均匀，得到改性石蜡； 3)将步骤2)中配置好的改性石蜡灌入模具尺寸围框中，待固化后去掉围框，得到改性石蜡母模，其中，母模坯料留有不大于10_的加工余量； 4)对改性石蜡母模进行机械加工，得到所需喷涂型面； 5)对具有喷涂型面的改性石蜡母模表面进行粗化处理，得到模具母模基体； 6)对模具母模基体进行低熔点金属电弧喷涂，将喷涂完成后的模具母模基体加热至改性石蜡熔融状态后倒出，实现母模与喷涂型壳之间的脱模。
2.根据权利要求1所述的一种用于低熔点金属电弧喷涂模具的母模制备及脱模方法，其特征在于:中温石蜡的熔点大于等于70度。
3.根据权利要求1所述的一种用于低熔点金属电弧喷涂模具的母模制备及脱模方法，其特征在于: 步骤2)中，将硬脂酸或聚乙烯加热熔化后再加入石蜡中。
4.根据权利要求1所述的一种用于低熔点金属电弧喷涂模具的母模制备及脱模方法，其特征在于:步骤3)中，用木框根据所需模具尺寸钉制模具尺寸围框，其用以获得整体母模坯料。
5.根据权利要求1所述的一种用于低熔点金属电弧喷涂模具的母模制备及脱模方法，其特征在于:步骤4)中，对改性石蜡母模进行切削加工，得到所需喷涂型面。
6.根据权利要求1所述的一种用于低熔点金属电弧喷涂模具的母模制备及脱模方法，其特征在于:步骤5)中，对改性石蜡母模表面粗化处理的方法包括使用粗砂布打磨表面，或者采用切削改性石蜡母模表面。
7.根据权利要求1或6所述的一种用于低熔点金属电弧喷涂模具的母模制备及脱模方法，其特征在于:步骤5)中，对改性石蜡母模表面粗化处理后，其表面粗糙度为Ra5~Ral5。
8.根据权利要求1所述的一种用于低熔点金属电弧喷涂模具的母模制备及脱模方法，其特征在于:步骤6)中，先对模具母模基体的中间部位的改性石蜡进行破坏铲除，再对其余改性石蜡加热至其熔融状态后倒出。
9.根据权利要求1或8所述的一种用于低熔点金属电弧喷涂模具的母模制备及脱模方法，其特征在于:采用热水或加热装置使改性石蜡熔融。
10.根据权利要求1所述的一种用于低熔点金属电弧喷涂模具的母模制备及脱模方法，其特征在于:步骤6)中，对喷涂好的喷涂型壳添加背衬后，将喷涂完成后的模具母模基体加热至改性石蜡熔融状态后倒出，实现母模与喷涂型壳之间的脱模。
【文档编号】C23C4/06GK103882362SQ201410102752
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年3月19日 优先权日:2014年3月19日
【发明者】吴华英, 魏润强, 王永信, 卢秉恒, 郭成, 马逸飞 申请人:西安交通大学, 西安瑞特快速制造工程研究有限公司