[发明专利]基于快速原型的锌合金模具快速制造工艺及锌合金模具材料

说明书

技术领域

本发明涉及模具的制造领域，具体来说属于快速模具制造技术。

背景技术

钢合金模具材料的熔化温度比较高、流动性教差，型腔耐腐蚀性不太理想，热传导率不高。另外，钢合金制造过程消耗能量多，对环境污染大，不适合小批量生产用模具和企业开发新产品时的试制模具快速制造。

发明内容

本发明的目的是提供基于快速原型的锌合金模具快速制造工艺及锌合金模具材料。

本发明是基于快速原型的锌合金模具快速制造工艺及锌合金模具材料，其方法的步骤为：

(1)创建产品的三维CAD模型，并输出为STL格式。可以将零件上的表面图纹直接制作出来，通过后期工艺复制在模具上。

(2)将STL格式文件输入到快速成型机中进行快速原型的制造。

(3)以快速原型做模型，制作有机硅橡胶模具。硅橡胶模具脱模容易，作为制作精密铸造用铸型的中间过渡模。

(4)对需要冷却水道的注塑模等，按照优化设计的冷却水道几何形状，用紫铜管弯制冷却水道，完成后进行水压试验，避免铸造时锌基合金从破损处流入水道。

(5)将硅橡胶模固定在模板上，并在周围放置模框。将混制好的石膏型或者陶瓷型等铸型材料注入模框内，铸型硬化后，将硅橡胶模从铸型中取出，得到具有模具镶块形状型腔的铸型。

(6)按照冷却水道的设计位置，在铸型中放置冷却水道。为了避免浇注时合金液沿进出口进入冷却水道，须将水道的进出口封堵。

(7)熔化流动性好的模具用锌合金，浇注到带有预置冷却水道的铸型中，凝固后将铸型清理后，得到预置有铜管冷却水道的锌合金模具毛坯。

(8)去除多余水道，并在冷却水出入口处加工出连接头，将模具毛坯铸件经型腔打磨抛光及周边加工后，镶入钢衬套中可得到锌合金快速模具。

如模具不需要冷却水道，可将省去(4)、(6)步及(8)步中的冷却水道加工工序。

用于以上所述的基于快速原型的锌合金模具快速制造工艺的锌合金模具材料，按重量比计，其成分为：Al 2.0～15.0％，Cu 2.0～10％，Mg 0.01～0.05％，Re 0～0.1％，余为Zn。

本发明根据零件的复杂程度不同，可以在3-7天内完成从模具设计到加工完成的所有工序，适用于注塑模、吹塑模、冲裁模、拉深模等模具种类。

本发明的有益效果在于：

由于快速原型和锌合金铸造相结合，大大缩短了模具的制造时间，并有效降低模具制造成本，大概为传统机械加工钢模的20-40％，尤其适合与小批量产品和试制产品模具的快速经济制造；

采用制造精度高的SLA等快速原型制作方法，由于锌合金和硅橡胶模的复映性好，因此可以直接制造出模具上的精细纹路，省去常规模具加工时的腐蚀和精雕等后续加工；

硅橡胶具有很好的切割性能，用薄刀片就可容易地将其切开，并且切割面间非常贴合，因此，用它来复制模具时，可以先不分上模与下模，整体浇注出软模后，再沿预定分模面将其切开，取出母模，就可同时得到上、下两半模，提高了制造效率和精度；

锌合金的铸造性能良好，熔点在380～500℃之间，如果预先设计好冷却水道的三维空间形状，并用铜管弯制出来，将其放置在铸型的相应位置，就可以很方便地将预制形状的冷却水道埋铸于模具中。采用铜管埋铸法获得的随形冷却水道，相与传统的钻孔法直管冷却水道相比，冷却效率更高；

锌合金具有熔点低、流动性好的特点，可以铸出形状复杂的立体曲面和花纹，而且具有一定的强度、硬度、韧性和塑性，其快速经济的特点非常适合于与快速原型结合制造快速模具，可用于制造多种塑料模和冲压模。

附图说明

图1是某轴类零件的CAD示意图，图2是硅橡胶浇注到放置有快速原型的模框后示意图，图3是硅橡胶模开模为上、下两半模示意图，图4是由硅橡胶模得到上半模铸型并放置冷却水道示意图，图5是锌合金浇注并加工后模具示意图。其中：1快速原型；2模框；3硅橡胶；4硅橡胶上半模；5硅橡胶下半模；6铸造型腔；7弯制的冷却铜管；8铸型；9锌合金模具；10冷却水道。

具体实施方式

本发明是基于快速原型的锌合金模具快速制造工艺，其步骤为：

(1)创建产品的三维CAD模型，并输出为STL格式。可以将零件上的表面图纹直接制作出来，通过后期工艺复制在模具上；

(2)将STL格式文件输入到快速成型机中进行快速原型的制造；

(3)以快速原型做模型，制作有机硅橡胶模具。硅橡胶模具脱模容易，作为制作精密铸造用铸型的中间过渡模；