[發明專利]一種非預埋式異型彎曲水道熱作模具及其制造方法

無效

• 申請號: 201310451338.4
• 申請日: 2013-09-24
• 公開（公告）號: CN103522026A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 胡平;趙立信;賀斌;盈亮
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B23P15/24
• 分類號: B23P15/24;B22C9/22;B22C9/10
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 范爍;李洪福

技術領域

本發明涉及金屬材料成形領域，具體地說是一種非預埋式異型彎曲水道熱作模具及其制造方法。

背景技術

目前，包含異型彎曲冷卻水道系統的熱作模具可用于汽車、軌道車輛、船舶、機械工業和建筑等行業，尤其在汽車行業，應用場合較多。由于環境污染日趨嚴重和資源的日漸匱乏，上述行業推行整裝輕量化成為科技發展的必然趨勢，因而高強度鋼板和鎂鋁合金被大量使用。采用溫熱成形是最適合于高強度鋼板和鎂鋁合金成形的方法。這要求包括溫熱沖壓等熱作模具具有良好的熱機械性能、高的耐磨性，紅硬性、抗氧化性、熱穩定性和抗熱疲勞性等，以保證在工作時模具尺寸精度穩定，表面硬度良好，能夠承受板料劇烈熱摩擦和氧化皮帶來的磨損。熱作模具在高溫下，前述性能嚴重降低，影響了模具使用壽命和零件質量。為了保證成形零件質量的穩定性，必須使模具在連續工作狀態時保持在較低溫度，目前普遍采用的方法為在熱作模具內部設置冷卻水道。

傳統熱作模具冷卻水道主要以采用機械鉆孔、剛性水管預埋隨模具毛坯一體鑄造方式加以實現。機械鉆孔方式無法加工彎曲水道以適應復雜型面模具，同時受限于機加深度必須將模具分為眾多鑲塊，造成鑲塊間密封困難，冷卻液的流動性降低，沖壓過程中也容易產生間隙，嚴重影響熱沖壓件的質量。直水道也會使模具冷卻不均勻，影響熱沖壓件的模內淬火質量、影響模具強度及壽命，也會影響熱沖壓件的生產效率。吉林大學（朱超.超高強度鋼板的熱沖壓成形模具設計及優化[D].吉林大學:材料科學與工程學院,2010,5；一種汽車高強鋼沖壓件熱成形模具制造方法[P].中國，發明專利，CN102179499A，2011.09.14）和哈爾濱工業大學（王洪光.熱成形模具混排式冷卻系統冷卻效果研究[D].哈爾濱工業大學:機電工程學院,2011,6；李林濤.汽車保險杠熱成形模具及其預埋式冷卻系統研究[D].哈爾濱工業大學:機電工程學院,2010,6）研究的剛性水管預埋鑄造方式也可以得到內部具有隨型彎曲冷卻水道的熱沖壓模具，但是，剛性水道管的彎折難度大，工序復雜，精度不高，截面幾乎局限為圓形，且鑄造時剛性水道管難與鑄造母材融合而形成氣隙，并在冷卻后無法進行清除，顯著影響模具冷卻功能，而且根據相關文獻（Q.Bai.An?efficient?closed-form?method?for?determining?interfacial?heat?transfer?coefficient?in?metal?forming,International?Journal?of?Machine?Tools&Manufacture56(2012)102-110）報道，板料與模具的換熱與所承受的壓強相關，當模具型面復雜時，并不是水道采用隨型的辦法制造就可以確保型面溫度均勻，而必須是按壓非等距過渡分布或者采用互有影響的異型水道。另外，天津職業技術師范大學的發明專利（一種高強鋼板熱沖壓模具制造方法[P].中國，發明專利，CN102744328A，2012.10.24）中研究了一種具有隨型水道熱沖壓模具的制造方法，其技術特征不能適用于型面較復雜且異型水道彎曲交叉布置的模具；其次，隨型水道通過拼焊方式加工會導致外表面加工困難，水道與模具壁存在一定間隙會對模具散熱造成很大影響。再者，用螺栓將凸凹模剖分部分緊固的方式在受到連續沖擊載荷時容易出現松動，造成模具的損傷。

發明內容

根據上述提出的技術問題，而提供一種非預埋式異型彎曲水道熱作模具及其制造方法。

本發明采用的技術手段如下：

一種非預埋式異型彎曲水道熱作模具的制造方法，其特征在于包括如下步驟：

A.鑄態模具毛坯制作：

①前期準備：將制作好的具有模具表面形狀的鑄型（鑄型由相應的陽模造型制得）、異型彎曲水道芯整體結構和澆注系統裝配合箱待澆注；

陽模主要根據模具的三維數模制造木模或鋁模，由寶珠砂制作成模具毛坯的型腔，澆注時作為下箱或使用3D激光打印設備將砂子打印成包含模具型面在內的整個的型腔。

所述異型彎曲水道芯整體結構包括多條運用數值模擬優化設計的異型彎曲水道芯、固定在所述異型彎曲水道芯兩端的進、出集水槽固定芯和將進、出集水槽固定芯固定的整體固定芯；所述異型彎曲水道芯為可用水道三維數模制作的模具制成的陶瓷芯，所述進、出集水槽固定芯為砂芯或所述異型彎曲水道芯整體結構為采用3D打印技術制作的整體芯結構。當所述異型彎曲水道芯為陶瓷芯時，在所述進、出集水槽固定芯外側還設有用于固定陶瓷芯的金屬定位模板。