[发明专利]高熔点金属模具型壳无内应力快速制造工艺与装备

说明书

技术领域

本发明涉及快速模具的制造方法与装备，特别涉及一种高熔点金属模具型壳无内应力快速制造工艺与装备。

背景技术

金属电弧喷涂快速制模技术是一种基于“复制”的制模技术，它以一个实物模型(或称为原型)作为母模，以电弧为热源，通过高速气流将熔融状态的金属材料雾化，并使其喷射、沉积在母模表面上，形成一定厚度的致密金属型壳，即模具型壳。模具型壳精确拷贝了原型的形状，获得了所需的模具型腔，在完成补强、脱模、抛光等后处理工艺后，即可完成模具的快速制造。电弧喷涂模具制造完成后一般不再需要另外的机械加工，就可以直接用于成形制造。根据实际情况与需要也可以进行少切削量的数控精加工，因此，电弧喷涂制模技术实质上是一种“近净成形制模技术”。

金属喷涂模具以母模为标准，模具型腔尺寸、几何精度完全取决于母模，型腔表面及其精细花纹一次同时形成，故制模速度快，制造周期短，成本低，同时拥有较长的模具寿命，制造周期约为传统数控加工的一半，制造费用可以节省至少25％以上，成为新产品开发及小批量生产的重要途径。模具表面光洁度好，工艺简单，设备要求低，比较适合于注射成型模、压铸模、板料冲压模的快速制造，在表面形状复杂及具有精细花纹的各种聚氨酯制品的吹塑、吸塑、PVC注射、PU发泡及各类注射成型模具中，花纹复制的特征细节甚至可以达到5μm。

目前该快速模具制造技术已被广泛地应用于飞机、汽车、家电、家具、制鞋、美术工艺品等行业。在美国及中国东南沿海，几乎所有的聚氨酯鞋底制造商在其自动成型生产设备上都采用了电弧喷涂模具进行生产。在汽车制造中，可以用来生产驾驶盘、汽车仪表盘、坐垫、头部靠垫、阻流板、汽车内饰顶蓬等。近年来，电弧喷涂制模技术已经开始用于制造汽车覆盖件冲压模具，喷涂材料不同，喷涂模具的强度、硬度、精度和寿命也不尽相同，因而应用范围也存在差异，有的适合用于汽车样车的试制，有的甚至可以在生产线上替代传统的钢模具进行生产。

在国内，喷涂制模的材料主要是中低熔点金属，西安交通大学和烟台机械工艺研究所为国内最早的研发单位，西安交通大学先进制造技术研究所，自90年代以来，对表面成型制模技术、低熔点合金浇铸成型制模技术以及模具树脂制模技术等快速制模工艺进行了长期的研究和实践，并在金属电弧喷涂成型快速制模技术上拥有发明专利(ZL200810232335.0；ZL03134500.X)。在长安汽车、洛阳一拖、上海中顺、柳州微汽等企业应用。经试制检验，合格的快速模具的3D数据用于制造大批量生产用钢模具，可避免在钢模具的设计和制作上的反复，保证钢模具一次加工成功。

因为喷涂材料是中低熔点的Zn和Al伪合金，强度和硬度相对较低，模具寿命较短，所制得的模具只能用于新产品试制和小批量生产，而且不能制造大型模具，特别是拉深系数较大的大型汽车覆盖件模具，严重制约了快速制造技术在模具制造中的应用和发展。

高熔点、高硬度材料的电弧喷涂技术在金属母模上比较容易实现，但在非金属母模表面制造模具型壳，工艺上存在较大困难。例如，碳素钢、合金钢等高熔点金属在喷涂时型壳收缩率、热应力、孔隙率都比较大，型壳易开裂、翘曲、剥落，模具型壳制造困难，工艺参数控制难以掌握，模具型壳变形和内应力都较大，无法满足工业生产需要。

发明内容

本发明针对中低熔点金属电弧喷涂快速制模技术存在的不足，提供一种高熔点金属模具型壳无内应力快速制造工艺与装备，其制造速度快，周期短，成本低，同时拥有较长的模具寿命。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高熔点金属模具型壳无内应力快速制造工艺，具体制备步骤为：

步骤1，母模的毛化处理；

步骤2，母模表面合金化处理：在经过毛化处理的母模表面上喷涂2-5mm具有结合性能高的低熔点的镍铝合金，或钼铝合金，或锌铝合金；

步骤3，高熔点金属电弧喷涂：将高熔点金属喷涂材料喷涂到经过合金化处理的母模表面，喷涂时在计算机的控制之下，根据母模轮廓形状移动喷枪，以高熔点金属丝材作为自熔性电极气体放电产生温度极高的电弧为热源，通过压缩气体的高速气流将熔融状态的高熔点金属材料雾化，将熔融的喷涂粒子喷射、沉积在经过合金化的母模表面上，一层截面成形完成后，工作台下降一定高度，再进行下一层的喷涂，如此循环，最终形成5-30mm厚度的致密金属涂层，即模具型壳。

所述步骤1的毛化处理过程为：利用压力0.2～1.3Mpa的压缩气体携带粒径为10～50μm的微细磨料、经喷嘴以150～180m/s的高速对母模表面磨擦毛化加工，使母模表面粗糙度Ra值达到3.2-12.5μm。