一種金屬模具復(fù)合成型方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種金屬模具成型方法，具體涉及一種結(jié)合數(shù)字化無(wú)模鑄造精密成形工藝與激光熔敷工藝的金屬模具復(fù)合成型方法。
【背景技術(shù)】
[0002]激光熔覆成型技術(shù)是快速原型技術(shù)之一，能夠由CAD模型快速地制造出零件的原型，而且能夠利用與零件材質(zhì)一樣的粉末直接制造出具有最終使用功能特性的零件。與傳統(tǒng)的材料成型方法相比，具有成型零件結(jié)構(gòu)優(yōu)化、組織性能優(yōu)良，可實(shí)現(xiàn)梯度功能、柔性化程度高和無(wú)模近終成型等特點(diǎn)?，F(xiàn)有激光熔覆技術(shù)在模具制造行業(yè)主要用于局部易受磨損、沖擊、腐蝕及氧化零部件表面處理或修復(fù)，熔覆材料與模具基體冶金結(jié)合良好，工件變形小，表層質(zhì)量穩(wěn)定，表面硬度、耐磨性、耐腐蝕性顯著提高。然而，對(duì)于大、中型模具制造來(lái)說(shuō)，由于激光熔覆成型技術(shù)是直接堆積金屬(耐磨金屬和耐高溫合金等)，熔覆體積大、質(zhì)量大，消耗金屬粉末多，成型時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致成本高、加工效率低、成形精度不易控制，工藝難度大等問(wèn)題，目前在國(guó)內(nèi)外主要處于研宄階段。
[0003]與之相比，采用快速成形技術(shù)完成鑄型制造，然后澆注金屬熔液得到金屬模具的數(shù)字化無(wú)模鑄造精密成形技術(shù)，由于其成本低、效率高、精度高等優(yōu)勢(shì)，目前在金屬模具快速制造領(lǐng)域具有更強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。但由于金屬模具表面或局部不同的耐磨、耐蝕、抗氧化等要求，采用數(shù)字化無(wú)模鑄造精密成形技術(shù)澆注得到的金屬模具鑄坯必需經(jīng)過(guò)后續(xù)熱處理及表面處理等才能投入使用，而我國(guó)傳統(tǒng)的模具表面處理熱技術(shù)如堆焊、電刷鍍、熱噴涂等，由于它們所產(chǎn)生的處理層與金屬基體大多為機(jī)械結(jié)合，結(jié)合力較差，而且對(duì)工件的抗疲勞強(qiáng)度有一定的影響，導(dǎo)致產(chǎn)品存在壽命短、可靠性差、返修率高等問(wèn)題。
[0004]因此，若將數(shù)字化無(wú)模鑄造精密成形技術(shù)與上述的能夠?qū)崿F(xiàn)熔覆材料與基體冶金結(jié)合良好的激光熔覆成型技術(shù)相結(jié)合將是實(shí)現(xiàn)大中型金屬模具低成本、高效率、高精度、性能優(yōu)良、柔性化制造的一條有效途徑。目前，國(guó)內(nèi)僅有機(jī)械科學(xué)研宄總院先進(jìn)制造技術(shù)研宄中心在開(kāi)展相關(guān)技術(shù)研宄，尚未看到其他機(jī)構(gòu)將無(wú)模鑄造和激光熔覆方法集成，高效率、高質(zhì)量、低成本實(shí)現(xiàn)金屬模具快速制造的相關(guān)研宄報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，提供一種能夠低成本、快速、精密、柔性制造出性能優(yōu)良的金屬模具的復(fù)合成型方法，尤其適用于企業(yè)單件、小批量新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)試制過(guò)程中的高精度大中型金屬模具的快速制造。
[0006]發(fā)明提供了一種金屬模具復(fù)合成型方法，該方法包括如下步驟:
a.根據(jù)金屬模具性能要求、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等，對(duì)金屬模具三維CAD模型進(jìn)行分層，分別得到需采用數(shù)字化無(wú)模鑄造精密成形工藝和激光熔覆工藝進(jìn)行成型的各部位模型；
b.根據(jù)步驟a中的采用數(shù)字化無(wú)模鑄造精密成形工藝進(jìn)行成型的各部位模型結(jié)構(gòu)尺寸信息，驅(qū)動(dòng)數(shù)字化無(wú)模鑄造精密成形設(shè)備加工出金屬模具基體鑄型； C.利用步驟b得到的金屬模具基體鑄型，澆注得到金屬模具基體；
d.對(duì)金屬模具基體進(jìn)行預(yù)處理；
e.根據(jù)步驟a中的需采用激光熔覆工藝進(jìn)行成型的各部位模型結(jié)構(gòu)尺寸信息，驅(qū)動(dòng)多軸激光器在金屬模具基體上進(jìn)行激光熔覆；
f.激光熔覆完成后進(jìn)行后續(xù)處理，最終得到用于零部件成型的金屬模具。
[0007]進(jìn)一步地，步驟b中的鑄型為砂型、石膏型、石墨型或陶瓷型。
[0008]進(jìn)一步地，步驟d中的預(yù)處理，包括除去金屬模具基體關(guān)鍵部位毛刺、銹跡、油污、雜質(zhì)。
[0009]進(jìn)一步地，步驟e中的激光熔覆過(guò)程，可針對(duì)不同部位的性能要求分別選用用相應(yīng)的熔覆材料和熔覆工藝參數(shù)。
[0010]進(jìn)一步地，步驟f中的后續(xù)處理，包括除去金屬模具表面的毛刺、銹跡、油污、雜質(zhì)或?qū)饘倌＞哌M(jìn)行后期機(jī)加工。
[0011]采用本發(fā)明的金屬模具復(fù)合成型方法，將數(shù)字化無(wú)模鑄造精密成形技術(shù)與激光熔覆成型技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)有效結(jié)合起來(lái)，可以實(shí)現(xiàn)金屬模具的快速制造，制造過(guò)程不需其它專(zhuān)用加工設(shè)備和工裝，模具產(chǎn)品最終只需進(jìn)行少量精加工甚至不需加工，材料可回收再利用，基本不產(chǎn)生廢棄物；這種方法不僅制造速度快，精度高，而且快速凝固條件下獲得的模具結(jié)構(gòu)內(nèi)部晶粒細(xì)小，性能優(yōu)良，是傳統(tǒng)模具制造工業(yè)的重大變革。本發(fā)明的實(shí)施可以為企業(yè)和社會(huì)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，同時(shí)對(duì)促進(jìn)我國(guó)模具及其下游產(chǎn)業(yè)自主研發(fā)能力具有戰(zhàn)略意義。
【附圖說(shuō)明】
[0012]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0013]圖1是根據(jù)本發(fā)明方法進(jìn)行金屬?zèng)_壓模具復(fù)合成型制造示意圖；
圖中標(biāo)號(hào)a為基體，b為轉(zhuǎn)角，c為凸臺(tái)。
【具體實(shí)施方式】
[0014]為了清楚地表達(dá)出本發(fā)明的金屬模具復(fù)合成型方法步驟特點(diǎn)，以下結(jié)合圖1，列舉一個(gè)金屬?zèng)_壓模具采用該方法進(jìn)行快速精密制造的實(shí)施例。
[0015]首先根據(jù)金屬?zèng)_壓模具性能要求、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等，對(duì)金屬?zèng)_壓模具三維CAD模型進(jìn)行分層，分別得到需采用數(shù)字化無(wú)模鑄造精密成形工藝進(jìn)行加工的基體a和采用激光熔覆工藝進(jìn)行表面處理的成型的關(guān)鍵部位轉(zhuǎn)角b、凸臺(tái)C。
[0016]金屬?zèng)_壓模具基體a材料選用Crl2MoV模具鋼，由金屬?zèng)_壓模具基體a機(jī)構(gòu)尺寸信息驅(qū)動(dòng)無(wú)模鑄造精密成形機(jī)進(jìn)行加工，鑄切削速度取100mm/s，分別選用的刀具進(jìn)行粗加工、?6mm的刀具進(jìn)行精加工，主軸轉(zhuǎn)速為6000rpm，最終加工出金屬模具基體砂型，將砂型組裝并澆注得到該金屬?zèng)_壓模具的基體a ;待基體a冷卻后，對(duì)其表面進(jìn)行預(yù)處理，除去關(guān)鍵部位毛刺、銹跡、油污、雜質(zhì)等。
[0017]之后，將金屬?zèng)_壓模具的基體a進(jìn)行預(yù)熱，由于金屬?zèng)_壓模具的關(guān)鍵部位受力不同，因此性能要求不同，需要采用不同的熔覆材料，金屬?zèng)_壓模具的轉(zhuǎn)角b熔覆材料選用Ν?60合金粉末(硬度提高)，金屬?zèng)_壓模具的凸臺(tái)c熔覆材料選用Ni60+30%WC合金粉末(硬度都提高，耐磨性提高)，粒度為140~325目；熔覆過(guò)程采用相同的工藝參數(shù)，激光方式采用往復(fù)直線運(yùn)行方式，激光光斑直徑2_，輸出功率3Kw，掃面速度8mm/s，送粉量20g/min，搭接率65%，并對(duì)激光熔覆區(qū)域進(jìn)行氬氣保護(hù)。激光熔覆后的金屬?zèng)_壓模具無(wú)需進(jìn)行表面熱處理，只需除去金屬模具表面的油污、雜質(zhì)等，并依據(jù)模具尺寸要求對(duì)其進(jìn)行后續(xù)少量機(jī)加工即可投入生產(chǎn)使用。
[0018]觀察采用本發(fā)制造的金屬?zèng)_壓模具熔覆層組織形態(tài)，所形成的的熔覆層與基體為良好的冶金結(jié)合；對(duì)該金屬?zèng)_壓模具基體a、轉(zhuǎn)角b、凸臺(tái)c各部位取樣進(jìn)行硬度和耐磨性分析，凸臺(tái)c熔覆層耐磨性能優(yōu)于轉(zhuǎn)角b熔覆層，轉(zhuǎn)角b、凸臺(tái)c兩部位熔覆層硬度相差不大，但無(wú)論是耐磨性或硬度，轉(zhuǎn)角b、凸臺(tái)c都明顯優(yōu)于基體a。
[0019]采用本發(fā)明的金屬模具復(fù)合成型方法，可實(shí)現(xiàn)金屬模具的精密、快速制造，制造過(guò)程不需其它專(zhuān)用加工設(shè)備和工裝，模具產(chǎn)品最終只需進(jìn)行少量精加工甚至不需加工，基本不產(chǎn)生廢棄物；成形模具不僅結(jié)構(gòu)內(nèi)部晶粒細(xì)小，性能優(yōu)良，而且可根據(jù)需要獲得較好的局部使用性能。
[0020]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種金屬模具復(fù)合成型方法，其特征在于，該方法包括如下步驟: a.根據(jù)金屬模具性能要求、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等，對(duì)金屬模具三維CAD模型進(jìn)行分層，分別得到需采用數(shù)字化無(wú)模鑄造精密成形工藝和激光熔覆工藝進(jìn)行成型的各部位模型； b.根據(jù)步驟a中的采用數(shù)字化無(wú)模鑄造精密成形工藝進(jìn)行成型的各部位模型結(jié)構(gòu)尺寸信息，驅(qū)動(dòng)數(shù)字化無(wú)模鑄造精密成形設(shè)備加工出金屬模具基體鑄型； c.利用步驟b得到的金屬模具基體鑄型，澆注得到金屬模具基體； d.對(duì)金屬模具基體進(jìn)行預(yù)處理； e.根據(jù)步驟a中的需采用激光熔覆工藝進(jìn)行成型的各部位模型結(jié)構(gòu)尺寸信息，驅(qū)動(dòng)多軸激光器在金屬模具基體上進(jìn)行激光熔覆； f.激光熔覆完成后進(jìn)行后續(xù)處理，最終得到用于零部件成型的金屬模具。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬模具復(fù)合成型方法，其特征在于，所述的步驟b中的鑄型為砂型、石膏型、石墨型或陶瓷型。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬模具復(fù)合成型方法，其特征在于，所述的步驟d中的預(yù)處理，包括除去金屬模具基體關(guān)鍵部位毛刺、銹跡、油污、雜質(zhì)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬模具復(fù)合成型方法，其特征在于，所述的步驟e中的激光熔覆過(guò)程，可針對(duì)不同部位的性能要求分別選用用相應(yīng)的熔覆材料和熔覆工藝參數(shù)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬模具復(fù)合成型方法，其特征在于，所述的步驟f中的后續(xù)處理，包括除去金屬模具表面的毛刺、銹跡、油污、雜質(zhì)或?qū)饘倌＞哌M(jìn)行后期機(jī)加工。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種金屬模具復(fù)合成型方法，其步驟包括：a、對(duì)金屬模具CAD模型進(jìn)行分層；b、采用步驟a的模型分層信息，驅(qū)動(dòng)數(shù)字化無(wú)模鑄造精密成形設(shè)備加工出金屬模具基體鑄型；c、利用得到的基體鑄型，澆注得到金屬模具基體；d、對(duì)金屬模具基體進(jìn)行預(yù)處理；e、根據(jù)步驟a中的模型分層信息，驅(qū)動(dòng)多軸激光器在金屬模具基體上進(jìn)行激光熔覆；f、后續(xù)處理，最終得到用于零部件成型的金屬模具。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)金屬模具的精密、快速制造，制造過(guò)程不需其它專(zhuān)用加工設(shè)備和工裝，模具產(chǎn)品最終只需進(jìn)行少量精加工甚至不需加工，基本不產(chǎn)生廢棄物；成形模具不僅結(jié)構(gòu)內(nèi)部晶粒細(xì)小，性能優(yōu)良，而且可根據(jù)需要獲得較好的局部使用性能。
【IPC分類(lèi)】C23C24/10, B22C9/00
【公開(kāi)號(hào)】CN104894557
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510281138
【發(fā)明人】單忠德, 孫福臻, 李柳
【申請(qǐng)人】機(jī)械科學(xué)研究總院先進(jìn)制造技術(shù)研究中心
【公開(kāi)日】2015年9月9日
【申請(qǐng)日】2015年5月28日