一种快速均匀冷却的铸造模具的制作方法

本实用新型涉及金属模具，尤其是指一种快速均匀冷却的铸造模具。

背景技术：

模具是工业生产中常用的工具，在实际生产过程中通常采用普通的模具钢机械加工制造，如果希望熔体快速固化成型，就需要给它快速降温冷却，这就是模具的冷却系统。专利200620015517.9，描述了一种水冷型的压铸冲头，高温的铝液对模具传热，使得模具温度持续上升，这时就需要对模具实施冷却；专利200920207288.4介绍了一种低压铸造模具油冷降温装置。对于模具的冷却，一般采取的是将冷却介质通入冷却管道中，冷却介质与模具特定位置进行热交换，使得模具温度降低。但是，目前加快模具冷却换热的方法主要还是通过增加入口流速、减小通道内径来实现，而增加入口流速势必要增大水泵的功率，而减少通道内径所起的作用也是有限的。提高流体热交换能力，除了寻找具有快速热交换能力的流体之外，还可以通过机械搅拌、振荡、插入物扰流等方法来实现。比如，专利201320532431.3介绍了一种采用组合纽带插入物强化换热装置，该插入物可以分区域将中心流体与边界层流体进行置换，提高中心流体与边界层流体的混合效果，达到强化换热的目的。但是，管道内插入物虽然有利于强化换热，但是也带来了一定的压力损失，并且插入物的结垢降低换热能力也是制约其使用的重要的因素。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足与缺点，提供一种结构简单、成形材料快速凝固的快速均匀冷却的铸造模具。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：

一种快速均匀冷却的铸造模具，其特征在于：上模和下模组合而成的模具型腔是由模具块体和粉末冶金复合表层构成，所述模具块体是金属丝材烧结而成的多孔隙金属块体经机加工获得与上模和下模相吻合的形状，其全部表面覆盖金属粉末复合表层；上模和下模分别安装有冷却流体入口管和冷却流体出口管，连接处设有密封圈；所述冷却流体入口管与冷却流体入口相连，与模具块体相通，并和冷却流体出口管形成冷却流体通道。

所述冷却流体入口管中安装有超声波振子，通过导线与超声波发生器相连。

所述多孔隙金属块体，其内部含孔隙率为65％至80％。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、本实用新型所述的快速均匀冷却的铸造模具冷却流体可以到达金属粉末与金属丝材的界面，界面的面积大，与模具型腔面的距离短；流体与模具的热交换充分，模具上的温差减小，模具的温度较为均匀，可以显著提高流体与模具热交换效率，实现快速冷却模具，这样可以缩短单件产品的生产周期，提高生产效率。

2、本实用新型所述的快速均匀冷却的铸造模具可以使模具型腔内的被成形材料快速冷却，获得快速凝固组织，提高成形零件的力学性能；铸件从模腔中卸出温度较低，铸件的热变形小，有利于提高易变形薄壁铸件的尺寸精度；

3、本实用新型所述的快速均匀冷却的铸造模具可以在入口管上连接超声波发生器，冷却流体产生超声振动可以提高流体与模具的热交换效率，也可以提高流体在多孔材料中的流速，并防止产生水垢。

4、本实用新型所述铸造模具制造方法也可以应用于塑料高分子材料成型模具的制造。

5、本实用新型所述铸造模具结构简单，稳定可靠，操作方便，实施容易，生产成本较低，应用领域量大面广，市场应用前景良好，可以创造重大的经济效益。

附图说明

图1是一种快速均匀冷却的铸造模具的型腔结构示意图。

具体实施方式

下面结合多个具体实施例及其附图对本实用新型作进一步说明。

实施例1

如图1所示，一种快速均匀冷却的铸造模具的型腔结构示意图(不含模架和安装连接部分)，图1中，1是冷却流体入口，2是密封圈，3是粉末冶金复合表层，4是模具块体，5是上模，6是模具型腔，7是冷却流体出口管，8是下模，9是冷却流体入口管，10是超声波振子，11是导线，12是超声波发生器。上模5和下模8由模具块体4和粉末冶金复合表层3构成，所述模具块体4是金属丝材烧结而成的多孔隙的金属块体经机加工获得与上模5和下模8相吻合的形状，且采用滚挤压方法在其全部表面覆盖粉末冶金复合表层3；上模5和下模8分别安装有冷却流体入口管9和冷却流体出口管7，连接处设有密封圈2；所述冷却流体入口管9与冷却流体入口1相连，与模具块体4相通，并和冷却流体出口管7形成冷却流体通道，上模5和下模8组合在一起构成模具型腔6；超声波振子10安装在冷却流体入口管9中，通过导线11与超声波发生器12相连。

上述铸造模具制造方法包括以下工艺步骤：

一、金属块体压制烧结：

将120根丝径为50微米的不锈钢金属长纤维丝材通过制绳机编织成绳，使金属长纤维产生塑性弯曲扭曲变形，再切断为5毫米长的短切金属丝，切断后的绳会自动散开形成弯曲塑性变形的短切金属丝；再将扭弯短切金属丝均匀地分布在压制模具中，压力机压制成内部含多孔隙的金属块体，所述内部含多孔隙的金属块体的孔隙率达65％至80％，再真空烧结，烧结温度为1300摄氏度至1350摄氏度，烧结时间为2小时，烧结后块体孔隙率基本不变，制备获得内部含孔隙率为65％至80％的多孔隙金属块体。

二、粉末冶金复合表层的制备：

将内部含多孔隙的金属块体经常规机械加工获得具有模具型腔及安装辅助结构的模具块体4；在模具块体4全部表面上热喷涂耐热的h13合金粉末或304不锈钢粉末复合表层3，复合表层的厚度为0.5至3毫米，全部覆盖多孔隙的模具金属块体表面，并进行二次真空烧结，烧结温度为1300摄氏度至1450摄氏度，烧结时间为2小时。

三、滚挤压粉末冶金复合表层：

滚挤压模具块体4全部表面的耐热合金粉末或不锈钢粉末，使金属粉末塑性变形，提高表面质量，封堵其表面的孔隙，获得型腔模具块体上模5和下模8。

四、形成冷却流体通道：

在模具型腔块体4的一边开设冷却流体入口1，连接冷却流体入口管9，另一边开设出口，连接冷却流体出口管7，并密封，从冷却流体入口1，经冷却流体入口管9，进入被滚挤压粉末冶金表层3封闭的金属丝材烧结多孔材料4，和冷却流体出口管7形成冷却流体通道。

超声波振子10安装在冷却流体入口管9中，通过导线11与超声波发生器12相连。超声波发生器12的超声振子使冷却水产生超声振动，冷却水产生超声振动可以进一步提高水与模具的热交换效率，也可以提高水在多孔材料中的流速，并防止产生水垢。

采用同样的方法制造出铸造模具的上模5和下模8，组合在一起构成模具型腔6。铸造时，模具型腔6中充满铝合金或锌合金，模具温度较高。当冷却水从入口管进入多孔材料内部，就会扩散充满多孔材料部份达到金属粉末与金属丝材的界面，界面的面积大，与模具型腔面的距离短，可以显著提高流体与模具热交换效率，实现快速冷却模具，这样可以缩短单件产品的生产周期，提高生产效率；金属丝相互交错压制烧结的材料孔隙率容易控制，材料力学性能高；采用耐热的h13合金粉末做表层，合金丝和合金粉末烧结材料用于铸造模具使用寿命长。

实施例2

与实施例1不同的是本实施例金属丝为合金丝的丝径为500微米，切断为15毫米长的短切金属丝。在模具型腔全部表面上热喷涂不锈钢粉末。

以上所述之实施例子只为本实用新型之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。