[发明专利]一种蜂窝加植钉界面结构的铜/钢复合注塑模具制造方法

说明书

本发明公开了一种蜂窝加植钉界面结构的铜/钢复合注塑模具制造方法，包括如下步骤：以钢质板材作为原始成形材料，首先采用渐进成形方法制备钢质板材渐进成形件，再在渐进成形件的一个表面上3D打印蜂窝结构，并且在蜂窝孔中种植焊钉，然后无模铸造铜/钢复合注塑模具的铜基体铸件并机械加工冷却通道，最后在铜基体铸件的钢覆层表面3D打印铜/钢复合注塑模具的钢强化层。本发明中铜/钢复合注塑模具的铜基体与钢强化层在制造过程中以蜂窝加植钉结构实现界面结合，且结合界面轮廓与铜/钢复合注塑模具的型腔曲面相似，同时，整个制造过程无需模具，实现铜/钢复合注塑模具的高质量与低成本快速制造。

技术领域

本发明涉及一种模具制造方法，尤其涉及一种蜂窝加植钉界面结构的铜/钢复合注塑模具制造方法。

背景技术

一个典型注塑成型零件的制造时间中，塑料注射后的零件冷却时间占据40％左右，这意味着冷却时间对注塑成型零件生产率的影响最大，注塑成型零件的冷却速度进而成为现代注塑模具的重要性能指标，目前主要通过优化模具结构及模具中的冷却通道来提高冷速。但受制于模具钢本身较差的导热能力，目前钢制注塑模具难以达到很高的冷却速度，生产效率提高幅度有限。同时，现有的钢制模具冷却技术难以保证注塑件各个部分均匀冷却，容易造成注塑件翘曲、尺寸精度低及表面质量不一致等问题。

由于铜具有极佳的导热性，设计制造铜/钢复合注塑模具，即注塑模的基体采用铜基体，注塑模的型腔表层采用钢强化层，既保证了注塑模具的强度和耐磨性，又使注塑模具有优异的冷却速度和冷却均匀性。但目前的铜/钢复合注塑模具制造存在一个瓶颈问题：铜与钢难以形成高质量的结合。铜/钢复合注塑模具中铜与钢难以高质量结合的原因主要有三个：(1)铜与钢两者之间存在很大的物理性质与化学性质差异，导致铜/钢连接界面难以形成高强度结合且连接界面产生很大的残余应力；(2)铜/钢复合注塑模具中铜与钢的结合界面过大，导致连接界面的残余应力更大且分布更复杂；(3)铜/钢复合注塑模具中铜与钢的结合界面轮廓如果保持和型腔曲面相似，也为复杂的空间曲面形状，则导致界面残余应力更容易引起局部开裂，同时也给连接工艺造成很大的困难。铜/钢采用平面结合，可大大降低铜/钢复合注塑模具中铜与钢的结合难度，但平面结合对应的钢强化层厚度很不均匀，不利于导热的快速性和均匀性。

因此，使铜/钢结合界面的轮廓保持和模具型腔曲面相似，同时实现铜/钢连接界面的高质量结合是制造铜/钢复合注塑模具的关键。

发明内容

发明目的：本发明目的是提供一种蜂窝加植钉界面结构的铜/钢复合注塑模具制造方法，实现铜/钢结合界面的高质量结合，同时也使铜/钢结合界面的轮廓保持和模具型腔曲面相似。

技术方案：本发明包括以下步骤：

(1)以钢质板材为原始成形材料制备渐进成形件；

(2)在渐进成形件的一个表面上3D打印蜂窝结构；

(3)在蜂窝结构的蜂窝孔中种植焊钉；

(4)制备铜/钢复合注塑模具的铜基体铸件；

(5)在铜基体铸件中加工冷却通道；

(6)在铜基体铸件的钢覆层上3D打印铜/钢复合注塑模具的钢强化层，形成铜/钢复合注塑模具毛坯件；

(7)对铜/钢复合注塑模具毛坯件进行机械加工。

所述的渐进成形件以2～6mm的钢质板材为原始成形材料制备，渐进成形件凹面或凸面的曲面形状为铜/钢复合注塑模具的凹模或凸模的型腔曲面及分型面减去钢强化层后对应的曲面形状。

所述蜂窝结构的蜂窝孔内切圆直径为8～50mm，蜂窝孔高5～20mm，蜂窝孔壁厚2～8mm，制造铜/钢复合注塑模具的凹模时，蜂窝结构打印在渐进成形件的凸面，制造铜/钢复合注塑模具的凸模时，蜂窝结构打印在渐进成形件的凹面。