[發(fā)明專利]一種增強型隨形冷卻模具銅的快速制造方法

有效

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• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN108179295B
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發(fā)明（設計）人: 文世峰;吳雪良;周燕;季憲泰;胡輝;王沖;魏青松;史玉升
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C9/00;C22C32/00;C22C1/10;C22F1/08;B22F3/105;B22F3/24;B33Y10/00;B33Y70/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 梁鵬;曹葆青

本發(fā)明屬于金屬模具制備相關技術領域，并公開了一種增強型隨形冷卻模具銅的快速制造方法，其包括：建立模具三維幾何模型，然后將該三維幾何模型輸入至3D打印設備中，同時生成二維切片輪廓的掃描模型；將銅基粉末和陶瓷增強相粉末混合均勻；對混合粉末進行干燥處理，然后3D打印獲得成型模具，并執(zhí)行退火和分離處理；將成型模具執(zhí)行固溶處理、淬火處理和時效處理，從而獲得所需的隨形冷卻模具銅產(chǎn)品。通過本發(fā)明，可顯著提高陶瓷增強相在銅基體中的均勻分布特性，同時起到彌散強化的作用，此外這些陶瓷相也可作為形核劑來增加形核以細化晶粒，從而提高銅質模具剛度、硬度和耐磨性等。

技術領域

本發(fā)明屬于金屬模具制備相關技術領域，更具體地，涉及一種增強型隨形冷卻模具銅的快速制造方法。

背景技術

模具是當代制造業(yè)中不可或缺的特殊基礎工業(yè)裝備，在電子、汽車、儀器、家電和通訊等產(chǎn)品中，60％～80％的零部件，都要依靠模具成型。模具制造工藝直接影響使用效益，其中模具冷卻效率及均勻性等對模具壽命、生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質量影響重大。隨形冷卻流道相較于直孔水道構成的傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)，其形狀均勻貼近型腔表面，可極大地提升冷卻效率和冷卻均勻性，但是目前傳統(tǒng)機加工與電火花加工無法制造。

更具體而言，由于冷卻流道的部署和創(chuàng)建的限制，難以有效冷卻具有深槽和薄壁的模具。目前一些研究人員已致力于將傳統(tǒng)的模具材料轉向高熱傳導材料領域。在模具材料中，銅的熱導率極高，是H13熱導率的幾十倍，極具模具制造潛力。但由于銅質地較軟，難以保證模具的剛性和持久性，極大限制了銅在高端模具中的應用，因此有必要對該材料進行增強。

現(xiàn)有技術中已經(jīng)提出了一些銅基合金的增強方法。例如，CN105200265A公開了一種TiB₂增強的鑄造青銅合金以及制造該合金的方法，其中披露了向銅合金熔體中加入TiB₂顆粒，并采用冶煉法來制備復合材料；又如，CN105256169A中公開了一種高強度納米碳化硅增強銅基復合材料及其制備方法，其中披露向銅合金中加入一定比例的納米碳化硅，并經(jīng)攪拌、熔煉、鑄造等步驟獲得復合材料。

然而，進一步的研究表明，上述現(xiàn)有銅基合金增強方法仍然具備以下的不足或缺陷：首先，在冶煉或熔煉處理的實際過程中，不僅材料利用率偏低，而且還存在組織和成分偏析等問題，特別是陶瓷相分布往往并不均勻，導致會顯著降低增強效果；其次，現(xiàn)有方案中對陶瓷相對銅基的作用機理研究尚有不足，同時存在處理工藝復雜、效率偏低以及所獲得的復合材料在剛度、硬度和耐磨性方面有待提高等問題。相應地，本領域亟需對此作出進一步的改進，以便更好地符合現(xiàn)代化銅基模具制造生產(chǎn)的更高質量和效率需求。

發(fā)明內容

針對現(xiàn)有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種增強型隨形冷卻模具銅的快速制造方法，其中通過對陶瓷相與銅材料復合過程中的作用機理進行更深入的研究，并針對性重新設計整個工藝路線及關鍵工藝條件，相應不僅可充分利用陶瓷增強相的形核質點作用及激光加工的快速冷卻效應來細化晶粒，而且較多的實際測試表明，可顯著提高陶瓷增強相在銅基體中的均勻分布特性，同時起到彌散強化的作用，進一步提高增強效果，因而尤其適用于各類高質量、高效率制備銅質隨形冷卻流道模具的應用場合。

為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明，提供了一種增強型隨形冷卻模具銅的快速制造方法，其特征在于，該方法包括下列步驟：

(a)針對待加工的隨形冷卻流道模具建立對應的三維幾何模型，然后將該三維幾何模型輸入至3D打印設備中，同時生成二維切片輪廓的掃描模型；

(b)將質量比為10：1～99：1的純銅或銅合金粉末和陶瓷增強相粉末相混合，然后在惰性氣體保護下，通過球磨的方式使兩者充分混合均勻；

(c)將通過步驟(b)處理后的混合粉末放到真空烘箱中進行干燥處理，然后將此混合粉末放入所述3D打印設備中，并根據(jù)所述掃描模型在基板上逐層制造，直至獲得成型模具；