[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

技術領域

本發明涉及激光選區熔化技術，尤其涉及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。?

背景技術

注塑模具是一種生產塑膠制品的工具，它是將樹脂材料射入金屬模型后得到具有一定形狀的制品的裝置。模具上還有使冷卻液體（溫水或油）通過的冷卻通道和加熱器等裝置。生產過程中將已成為熔體的材料注入到主流道，經分流道、澆口射入模腔內。經過冷卻階段后打開模具，模具中的頂出裝置把頂出桿頂出，將制品推出。?

目前用于加工注塑模具的技術包括銑刨磨和線切割等傳統機加工技術。傳統方法加工的注塑模具由于受到加工方法的限制，在模具制造過程中只能將模具分為不同的部分分別加工，最后再將其組裝起來，因此成型效率很低。而且傳統制造方法無法成型復雜內腔結構，因此模具的冷卻通道都是結構簡單的直通道，對零件的冷卻效果較差，成型時間較長。?

切削加工是指用切削工具（包括刀具、磨具和磨料）把坯料或工件上多余的材料切除，使工件獲得規定的幾何形狀、尺寸和表面質量的加工方法。切削加工是機械制造中最主要的加工方法，由于它加工出的零件能達到很高的精度和很低的表面粗糙度，因此切削加工技術被廣泛應用在金屬零件制造領域中。?

但是該種方法無法成型多孔結構、內腔結構等復雜形狀零件，因此切削加工無法完成隨形模具的制造。?

激光選區熔化（SLM技術）是一種目前較為先進的激光快速成型技術，它的基本原理是先在計算機上設計出零件的三維實體模型，然后通過專用軟?件對該三維模型進行切片分層，得到各截面的輪廓數據，將這些數據導入快速成型設備，設備將按照這些輪廓數據，控制激光束選擇性地熔化各層的金屬粉末材料，逐步堆疊成三維金屬零件。?

SLM制造金屬零件的優勢在于：?

（1）個性化：適合各種復雜形狀的零件，尤其適合帶有非線性曲面的或者內部有復雜異型結構（如空腔）、用傳統方法無法制造的個性化工件；?

（2）快速制造：直接制成終端金屬零件，省掉中間過渡環節；?

（3）精度高：使用具有高功率密度的激光器，以光斑很小的激光束照射金屬粉末，使得加工出來的個性化金屬零件具有很高的尺寸精度（達0.1mm）以及好的表面粗糙度（Ra10-50μm）；?

（4）致密度高：在選區內熔化金屬制造出來的零件具有冶金結合的實體，相對致密度接近100%，力學性能甚至超過鑄造件；?

（5）材料種類多：由于激光光斑直徑很小，因此能以較低的功率熔化高熔點的金屬，使得用單一成分的金屬粉末來制造零件成為可能，而且可供選用的金屬粉末種類也得到拓展。?

雖然激光選區熔化技術具有很多的優點，但是其成型的零件跟傳統機加工零件相比，表面質量較差。成型復雜形狀的時候需要添加支撐，而加工隨形模具的內腔冷卻水路時，不能添加支撐。因此使用激光選區熔化技術加工隨形模具也很困難，過程中會出現較多缺陷，無法加工出滿足尺寸精度和表面粗糙度要求的模具。?

發明內容

本發明的目的在于提供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，在加工過程中交替使用切削加工和激光選區熔化，充分發揮兩種制造技術的優勢。?

本發明通過下述技術方案實現：?

一種具有隨形冷卻水路注塑模具的復合制造設備，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。?

所述切削加工系統包括主軸、銑刀夾具和立銑刀組成，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。?

采用上述復合制造設備制造具有隨形冷卻水路注塑模具的方法，步驟如下：?

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；?