一种具有随形冷却水道注塑模具的快速制造方法与流程

本发明涉及模具制造技术领域，特别是一种具有随形冷却水道注塑模具的快速制造方法。

背景技术：

为了使塑料制品均匀冷却，减少制品翘曲，在进行冷却水道布局时，应尽量保持冷却水道与模具型腔表面的距离相等。但由于传统的冷却水道制作加工都是通过钻孔或采用镶拼式的模具结构实现，限制了冷却水道的设计方式。其中钻孔只能加工直线状的冷却水道，而塑料制品往往具有复杂的曲面结构，直线状的冷却水道使得型腔表面与冷却水道的距离是变化的。而镶拼式的模具不仅加工上较为麻烦，镶件间的配合精度也较难以控制，在模具工作时，由于温度、注塑压力等因素的作用，镶件产生形变，容易造成冷却水泄露。因此，寻求更好的冷却技术是模具设计行业迫切需求。

随形冷却技术成为了注塑模具冷却系统研究的热点。注塑模具的随形冷却方式与传统的冷却方式的区别在于，其冷却水道的形状随着注塑制品的外形变化，不再是直线状的，理论上可以根据制品结构做成任意形状。这种冷却水道很好地解决了传统冷却水道与模具型腔表面距离不一致的问题，有利于实现制件在模腔内均匀冷却，减少冷却时间，提高冷却效率，显著改善制品的最终性能。

3d打印技术的快速发展不仅仅催生了制品的直接打印，并催生了模具中随形冷却技术的广泛应用。它以各种金属粉末材料为原料，采用较大功率的激光器选择性地熔化金属粉末后，结合快速冷却凝固技术，可以获得非平衡态、过饱和固溶体及均匀细小的金相组织，其成型零件的相对致密度可达到99％以上，机械性能与锻造零件相当甚至更好。由于采用这种技术可以制造出传统方法难以制造的复杂金属零件等特点，因此，日益受到国内外专家及企业的高度重视。但当制造注塑模具的随形冷却管道时，如果管道排布复杂且直径较小，容易造成金属粉末堵塞，致使清粉困难，同时管道内壁较为粗糙，容易影响冷却水的有效流动，从而会降低冷却效果。

当制造注塑模具的随形冷却管道时，如果管道排布复杂且直径较小，采用3d打印技术容易造成金属粉末堵塞，致使清粉困难，同时得到的水道内壁较为粗糙，容易影响冷却水的有效流动，从而降低冷却效果。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种采用预制水道法和粉末烧结技术相结合、具有随形冷却水道、管道内壁光滑、呈分层排布的注塑模具的快速制造方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种具有随形冷却水道模具的快速制造方法，包括以下步骤：

步骤1、将纸基纤维材料、粉体、助剂添加到溶剂中，搅拌、烘干后得到纸基纤维复合材料，作为预制随形冷却水道的原料；

步骤2、利用三维设计软件设计带有随形冷却水道部分的模具的三维模型，然后再将该三维模型中的随形冷却水道分布示意图导出，采用所述步骤1得到的原料制作随形冷却水道实体，并固定于待烧结的模具型腔框架中；

步骤3、将待烧结的金属复合粉末加入模具型腔框架中，通过震动方式保证金属复合粉末的密实性和均匀性；

步骤4、进行烧结成型处理过程：将步骤3得到的模具型腔框架置于带惰性气体保护功能的烧结炉低温烧结并定型，然后置于高温烧结并成型；

步骤5、将烧结成形后的模具取下，清除模具表面以及随形冷却流道表面附着的粉末，即可得到具有随形冷却水道的模具。

进一步的，所述步骤4中，所述惰性保护气体为真空、氮气或氦气，所述低温烧结定型温度为100～150℃，所述低温烧结定型时间为10～30min，所述高温烧结成型时间为30～240min。

进一步的，所述步骤1中，所述纸基纤维材料的纤维素含量为70～95％、木质素含量为0～5％、半纤维素含量为1～10％，灰分0～1％；所述粉体为包括非金属氧化物、金属氧化物、不溶性无机盐粉体的一种或几种的混合物；所述助剂包括表面活性剂、分散剂、流动助剂中的一种或几种的混合物；所述溶剂为水、酯类溶剂、醇类溶剂、酮类溶剂、醇醚类溶剂中的一种或几种的混合物。

进一步的，所述步骤3中，所述模具金属粉末包括铁基金属粉末、铜基金属粉末、锌基金属粉末、铝基金属粉末或镍基高温合金粉末。

相比于现有技术，本发明的优点在于：本发明采用预制水道法和粉末烧结技术相结合的办法，制造具有随形冷却水道、管道内壁光滑、呈分层排布的模具，避免直接采用slm技术制造带有复杂排布和管径较小的随形冷却管道的注塑模时，容易在管道附近造成金属粉末堵塞，致使清粉困难的问题，使随形冷却管道内表面光滑，致密性好，有效提高冷却介质的有效流动和冷却能力。

附图说明

图1为本发明的流程示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。

如图1所示，一种具有随形冷却水道模具的快速制造方法，包括以下步骤：

步骤1、将纸基纤维材料、粉体、助剂添加到溶剂中，搅拌、烘干后得到纸基纤维复合材料，作为预制随形冷却水道的原料；

步骤2、利用三维设计软件设计带有随形冷却水道部分的模具的三维模型，然后再将该三维模型中的随形冷却水道分布示意图导出，采用所述步骤1得到的原料制作随形冷却水道实体，并固定于待烧结的模具型腔框架中；

步骤3、将待烧结的金属复合粉末加入模具型腔框架中，通过震动方式保证金属复合粉末的密实性和均匀性；

步骤4、进行烧结成型处理过程：将步骤3得到的模具型腔框架置于带惰性气体保护功能的烧结炉低温烧结并定型，然后置于高温烧结并成型；

步骤5、将烧结成形后的模具取下，清除模具表面以及随形冷却流道表面附着的粉末，即可得到具有随形冷却水道的模具。

所述步骤4中，所述惰性保护气体为真空、氮气或氦气，所述低温烧结定型温度为100～150℃，所述低温烧结定型时间为10～30min，所述高温烧结成型时间为30～240min。

所述步骤1中，所述纸基纤维材料的纤维素含量为70～95％、木质素含量为0～5％、半纤维素含量为1～10％，灰分0～1％；所述粉体为包括非金属氧化物、金属氧化物、不溶性无机盐粉体的一种或几种的混合物；所述助剂包括表面活性剂、分散剂、流动助剂中的一种或几种的混合物；所述溶剂为水、酯类溶剂、醇类溶剂、酮类溶剂、醇醚类溶剂中的一种或几种的混合物。

所述步骤3中，所述模具金属粉末包括铁基金属粉末、铜基金属粉末、锌基金属粉末、铝基金属粉末或镍基高温合金粉末。

实施例1

(1)将经漂白的松木纤维通过匀浆机分散处理5min，加水稀释至固含量60％，再加入5％的粒径为3000目的碳酸钙粉末，搅拌均匀。取5g硬脂酸锌、0.5g分散剂和前述悬浮液充分混合，在常温下搅拌10min，将所得纸基复合物在60℃烤箱中真空干燥24h，即可得到纸基复合材料；

(2)利用三维设计软件设计带有随形冷却水道部分的模具的三维模型，然后再将该三维模型中的随形冷却水道分布示意图导出，采用所述步骤1得到的原料制作随形冷却水道实体，并固定于待烧结的模具型腔框架中，制作过程中可用少许水软化复合材料，提高成型性；

(3)将待烧结的铁基金属复合粉末加入模具型腔框架中，添加过程中通过震动保证金属复合粉末的密实性和均匀性；

(4)将步骤3得到的模具型腔框架置于烧结炉，在氮气气体保护下，于120℃烧结20min定型，然后置于1180℃烧结60min成型；

(5)将烧结成形后的模具取下，清除模具表面以及随形冷却流道表面附着的粉末，即可得到具有随形冷却水道的模具。

实施例2

(1)将滤纸纤维通过匀浆机分散处理5min，加乙醇稀释至固含量60％，搅拌均匀。取3g硬脂酸锌、3g硬脂酸镁、1g乙撑双硬脂酸酰胺和前述悬浮液充分混合，在常温下研磨、搅拌30min，将所得纸基复合物在60℃烤箱中真空干燥24h，即可得到纸基复合材料；

(2)利用三维设计软件设计带有随形冷却水道部分的模具的三维模型，然后再将该三维模型中的随形冷却水道分布示意图导出，采用所述步骤1得到的原料制作随形冷却水道实体，并固定于待烧结的模具型腔框架中，制作过程中可用少许水软化复合材料，提高成型性；

(3)将待烧结的铁基金属复合粉末加入模具型腔框架中，添加过程中通过震动保证金属复合粉末的密实性和均匀性；

(4)将步骤3得到的模具型腔框架置于烧结炉，于135℃真空烧结20min定型，然后置于1200℃真空烧结60min成型；

(5)将烧结成形后的模具取下，清除模具表面以及随形冷却流道表面附着的粉末，即可得到具有随形冷却水道的模具。