[發(fā)明專利]一種注塑模具隨形冷卻結(jié)構(gòu)的3D精密成型方法

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• 申請日: 2015-10-19
• 公開（公告）號: CN105128227A
• 公開（公告）日: 2015-12-09
• 發(fā)明（設計）人: 李鵬飛;王莉敏;邵長斌;徐華輝;孫福
• 申請（專利權(quán)）人: 西安智拓精密焊接科技有限公司
• 主分類號: B29C33/38
• 分類號: B29C33/38;B29C45/73;B29C45/26;B33Y30/00
• 代理公司: 西安西達專利代理有限責任公司 61202
• 代理人: 李文義

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于模具制造技術(shù)領域，具體涉及一種注塑模具隨形冷卻結(jié)構(gòu)的3D精密成型方法。

背景技術(shù)

在傳統(tǒng)注塑模具冷卻水道設計中，由于制造手段的限制，只能采用簡單冷卻水道（如對金屬毛坯進行車、銑、刨、鉆、磨、電蝕等），而不能制造出如隨形冷卻流道等三維復雜冷卻系統(tǒng)。

文獻《注塑模具冷卻系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及研究進展》中指出，冷卻系統(tǒng)對塑件成型的影響顯著且主要表現(xiàn)在：a注塑成型過程中，冷卻時間約占成型周期50%～80%，冷卻系統(tǒng)的改善對生產(chǎn)效率的提高至關(guān)重要；b合理的冷卻系統(tǒng)能夠使模具各個部位的溫度保持均勻，提高塑件表面質(zhì)量；c合理的冷卻系統(tǒng)能夠保持恒定的模具溫度，從而提高塑件的尺寸精度；d合理的冷卻系統(tǒng)可以有效地改善模具內(nèi)部的溫度場，降低塑件內(nèi)應力，從而增強塑件力學性能。

隨形冷卻流道是通過在離模具型腔表面一定距離處設置冷卻管路，且冷卻管路隨著模具型腔結(jié)構(gòu)的變化而變化。文獻《TheDesignofConformalCoolingChannelsinInjectionMoldingTooling》中指出，與傳統(tǒng)模具冷卻方式相比，隨形冷卻方式一般能縮短其注塑周期20%左右，同時注塑零件的變形減少15%。

目前隨形冷卻流道的制造主要通過快速成型技術(shù)實現(xiàn)，如直接金屬沉積、直接金屬激光燒結(jié)、選擇性激光燒結(jié)、選擇性激光融化等。上述技術(shù)都是采用金屬粉末進行快速成型，利用離散－堆積原理使成型進入零件內(nèi)部，但是其均存在制造成本高、可加工材料種類受限、生產(chǎn)效率低、零件表面質(zhì)量欠佳（達不到傳統(tǒng)加工方法所實現(xiàn)的精度和表面粗糙度）和成型零件強度偏低（達不到傳統(tǒng)加工方法所實現(xiàn)的強度）等缺點。

除了采用上述的金屬粉末快速成型方法，采用分層實體擴散焊方法也可以實現(xiàn)注塑模具隨形冷卻流道的制造。分層實體擴散焊是一種快速成型技術(shù)，其核心思想是離散堆積，即以層板或薄片做造型，根據(jù)設計可在薄板上加工一定的結(jié)構(gòu)，然后將多層薄板疊起裝配、擴散焊接，從而完成實體制造。該方法的優(yōu)點為：a突破了零件幾何形狀復雜程度的限制，可以制造任意復雜結(jié)構(gòu)的零件；b特別適合于制造具有內(nèi)部流道或腔體的零件；c可滿足批量化工業(yè)生產(chǎn)的需要。

但是采用擴散焊方法直接連接模具鋼時，會出現(xiàn)焊接變形量大和接頭強度低兩大問題，具體為：

當采用擴散焊方法對模具鋼工件進行焊接時，需要對工件施加一定壓力，使其待焊表面微觀凸凹不平處產(chǎn)生塑性變形達到緊密接觸。在允許范圍內(nèi)，焊接壓力越大時，接頭強度越高；焊接壓力越小時，接頭強度越低。故高強度接頭的獲得，需要采用大的焊接壓力。

但是當焊接壓力較大時，會導致焊接變形量大，尤其是在焊接復雜多層結(jié)構(gòu)（如曲面結(jié)構(gòu)、空心結(jié)構(gòu)等）時，由于存在復雜結(jié)構(gòu)承受焊接壓力的不均勻性，會導致塌陷、串腔等，焊接變形量大，嚴重影響了表面精度；而當焊接壓力較小時，連接界面明顯，焊接接頭強度較低。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種注塑模具隨形冷卻結(jié)構(gòu)的3D精密成型方法，即在擴散焊界面添加中間層，但焊后接頭中間層完全消失。其焊接機制有兩種：其一是中間層金屬不與母材發(fā)生反應，在焊接保溫過程中，熔融態(tài)的中間層金屬沿母材晶界向其內(nèi)部擴散，直至中間層完全消失；其二是中間層金屬可與母材發(fā)生反應，在焊接保溫過程中，中間層金屬向母材基體擴散、反應，直至中間層完全消失。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種注塑模具隨形冷卻結(jié)構(gòu)的3D精密成型方法，包括以下步驟：

1）首先針對注塑模具型腔面輪廓，基于傳熱計算，建立高效熱交換的隨形冷卻流道三維模型；

2）基于易于加工的基本原則，對隨形冷卻流道的三維模型進行層結(jié)構(gòu)劃分，采用機械加工、激光或化學刻蝕的方法加工出相應的各層結(jié)構(gòu)，將各層結(jié)構(gòu)按照對應的次序疊放、定位；

3）隨后采用添加中間層的擴散焊方法，在一定的焊接工藝參數(shù)下對層結(jié)構(gòu)進行焊接，選取Cu、Au、Mn、Sn或Zn其中某一純金屬作為中間層，實現(xiàn)隨形冷卻流道的3D精密成型；

所述的焊接工藝參數(shù)，焊接真空度不低于10^-2Pa,溫度高于中間層金屬熔點、或者Fe-中間層金屬二元相圖共晶點30～100℃，壓力為0.1～1MPa，保溫時間為0.5～1.5h；以下為以金屬Cu、Au、Mn、Sn或Zn其中某一純金屬作為中間層的焊接工藝：