[發明專利]一種具有隨形冷卻水路注塑模具的復合制造方法及其設備

有效

• 申請號: 201310325261.6
• 申請日: 2013-07-30
• 公開（公告）號: CN103418985A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 王迪;楊永強;劉睿誠;宋長輝
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B23P9/02
• 分類號: B23P9/02;B22F3/105
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 蔡茂略

1.一種具有隨形冷卻水路注塑模具的復合制造設備，其特征在于，包括光束聚焦系統、近波長同軸視覺定位系統、粉末鋪設系統、氣體保護系統；

所述光束聚焦系統，包括依次光路連接的光纖激光器、擴束鏡、掃描振鏡和F-θ組合透鏡；

所述近波長同軸視覺定位系統，包括切削加工系統、鍍膜反射鏡片、工業CCD和用于給待加工零件照明的照明裝置；所述鍍膜反射鏡片設置在擴束鏡與掃描振鏡之間的光路中；所述工業CCD設置在鍍膜反射鏡片的上方；

所述粉末鋪設系統，包括成型缸、鋪粉刮板、粉末缸、設置在成型缸和粉末缸底部的升降活塞、控制系統，升降活塞連接控制系統；

所述氣體保護系統，包括密封成型室、連接在密封成型室一側的保護氣裝置，以及連接在密封成型室另一側的粉塵凈化裝置；

所述光纖激光器與控制系統連接；

所述切削加工系統設置在密封成型室內。

2.根據權利要求1所述的具有隨形冷卻水路注塑模具的復合制造設備，其特征在于，所述切削加工系統包括主軸、銑刀夾具和立銑刀，其中主軸中的電動機帶動銑刀夾具旋轉，立銑刀安裝在銑刀夾具的環槽中，銑刀夾具內部具有潤滑油路。

3.采用權利要求1或2所述復合制造設備制造具有隨形冷卻水路注塑模具的方法，其特征在于如下步驟：

第一步：用三維軟件設計出模具的3D造型，然后利用magics軟件進行擺放位置和切片操作，最后利用路徑規劃軟件確定每一層的掃描路徑；

然后針對不同的金屬粉末材料，選擇合適的基板，將基板安裝在成型缸中；然后使用鋪粉刮板，將粉末缸內的金屬粉末鋪展成20微米至60微米厚度的薄層；

第二步：采用激光選區熔化方法進行加工；控制系統按照設置好的掃描路徑控制掃描振鏡偏轉，掃描振鏡指引激光束在成型缸上的金屬粉末薄層上移動，將金屬粉末熔化形成金屬實體；

掃描完一層的輪廓之后，繼續進行粉末鋪設；在選區激光熔化加工過程中，對每一層都進行激光表面重熔處理；在整個加工過程中采用變密度加工方法，調節關鍵參數來改變致密度，在模具內部需要排氣地方獲得預先設計的致密度，使得模具的注塑過程中產生的煙氣容易排出；

本步驟和上述第一步應反復進行，當疊層厚度達到0.15mm～0.3mm時，啟動切削加工系統，轉為切削加工；

所述激光表面重熔處理是指，在每層掃描結束后，將該層掃描線偏轉90°后，以相對SLM快的速度和大的間距對表面進行重熔，每一道重熔的掃描線，垂直掃過SLM層的掃描線，重新熔化SLM掃描線頂峰，并填平相鄰或多道掃描線之間的溝壑，使掃描層表層趨于平滑致密，令下一層鋪粉均勻降低掃描時產生微孔的可能性；

所述變密度加工方法是指，將待加工的模具分為殼體區及內部填充區兩個成型區域，殼體區采用致密態成型，內部填充區采用非致密態成型；通過調整參數控制對固體基礎的熔化量，實現非致密態組織與致密態組織的切換；

第三步：進行精密切削加工；在每一次切削加工開始前，照明裝置發射經過擴束后的激光，照射到待加工模具的表面；照明激光依次經過F-θ組合透鏡、掃描振鏡和呈45°度角的鍍膜反射鏡片發射到工業CCD中；工業CCD獲取一幀待加工模具上表面的圖像，該圖像經過量化處理后變為數字圖像發送到控制系統中；由控制系統對攝取的待加工模具的圖像進行處理和特征量識別，定位出切削加工的基準點位置；立銑刀在同軸視覺定位系統的指令下，實現精確定位；在主軸的帶動下切削待加工模具的輪廓；激光選區熔化成型模具過程中會出現一些缺陷，比如表面粗糙，出現球化，懸垂面出現翹曲和粉末粘附現象，此時利用立銑刀切削待加工模具的輪廓，去除激光選區熔化階段產生的缺陷，得到符合要求的模具表面質量和尺寸精度；

第四步：反復進行上述三個步驟，最后得到具有符合質量及精度要求的隨形冷卻水路注塑模具。

4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于：

在上述隨形冷卻水路注塑模具的加工成型過程中，需要對密封成型室進行惰性氣體保護，充滿氬氣或氮氣；

在隨形冷卻水路注塑模具的加工過程中，保護氣裝置向密封成型室內不斷通入氮氣或氬氣。