專利名稱：復(fù)合材料快速模具制造方法及復(fù)合材料快速模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種快速模具制造方法及快速模具，特別涉及一種利用高塑性的復(fù)合
材料的快速模具制程及復(fù)合材料快速模具。
背景技術(shù)：
—般傳統(tǒng)鈑金模具皆為鋼模，模具鋼胚經(jīng)取料、粗加工、應(yīng)力釋除、線切割、放電、 研磨加工、拋光到表面處理等嚴(yán)格道次始得產(chǎn)出模具，開發(fā)時(shí)程相對較為冗長且造價(jià)高昂， 因此，新車測試或維修備品件等具有少量多樣的零件產(chǎn)品，業(yè)界常選擇快速模具(又稱暫 用模具或簡易模具)取代永久性的鋼模。 —般快速模具因材料與制程的不同區(qū)分為低熔點(diǎn)合金或鋅合金、鑄鐵模具、樹脂 模具、電鑄模具與金屬噴涂模具等。上述現(xiàn)有的快速模具工法尚無法廣泛應(yīng)用產(chǎn)業(yè)上，理由 約如下列所示低熔點(diǎn)合金為鉛、鉍、錫等金屬組成的合金，價(jià)格相對較昂貴且使用時(shí)需要 加熱設(shè)備，鋅合金與鑄鐵亦需要高溫熔解爐熔煉成鑄胚，低熔點(diǎn)合金、鋅合金與鑄鐵應(yīng)用時(shí) 皆須完成鑄胚，然后將鑄胚再加工出模面始成模具；請參照圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)的樹脂模 具剖視圖。樹脂模具10為使用樹脂、硬化劑與填充物混合后灌注而成形模仁，對于大型鈑 金件的模具而言，全部應(yīng)用樹脂材料的成本非常高，造成模具成本降低有限。
因此，現(xiàn)有的鈑金沖壓快速模具(如低熔點(diǎn)合金或鋅合金、鑄鐵模具、樹脂模具、 電鑄模具與金屬噴涂模具等)相對地較無法完全針對少量多樣大型鈑金件提供快速、經(jīng)濟(jì)
及有效率的市場需求，實(shí)際應(yīng)用上仍有許多改善的空間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明欲解決的問題在于，提供一種復(fù)合材料快速模具的制造方法及復(fù)合材料快
速模具，該復(fù)合材料快速模具是應(yīng)用鑄造領(lǐng)域所使用的砂模制成快速模具的大部分面積的
主體部，再于砂模的至少一表面上灌注成型一樹脂硬化層而形成；以可應(yīng)用于大型復(fù)雜曲
面產(chǎn)品的簡易模具制造且具有縮短時(shí)程、精度佳、質(zhì)量好、又有經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢。 本發(fā)明解決上述制程問題的技術(shù)手段系提供一種復(fù)合材料快速模具制造方法，步
驟包含成型一砂模主體，該砂模主體具有一第一表面，該第一表面造型粗略對應(yīng)于一工件
原型表面造型；制作一樹脂模具框件，該樹脂模具框件的一容置空間內(nèi)具有至少一個定位
支撐件；將該工件原型設(shè)置于該定位支撐件上；于該樹脂模具框件中組合并定位該砂模主
體，該砂模主體的該第一表面與該工件原型表面相對并保持一間隙；于該樹脂模具框件的
該容置空間中灌注一樹脂混合液，以于該第一表面上形成一樹脂混合材料層；以及取出該
樹脂混合液硬化結(jié)合于該砂模主體所形成的該復(fù)合材料快速模具。 本發(fā)明解決上述產(chǎn)品問題的技術(shù)手段提供一種復(fù)合材料快速模具，包含一砂模 主體，具有一第一表面；以及一樹脂混合材料層，成型于該第一表面上，該樹脂混合材料層 形成一工作表面。 本發(fā)明的有益技術(shù)效果在于，本發(fā)明提供一種新式的以樹脂與砂模為主要成分的復(fù)合材料模具及其制造工藝，樹脂材料可復(fù)制高復(fù)雜表面質(zhì)量佳模具表面，樹脂結(jié)構(gòu)的內(nèi) 部充填耐高溫高強(qiáng)度鑄造用砂模材料，型砂價(jià)格低廉且經(jīng)高溫?zé)Y(jié)后強(qiáng)度佳，樹脂與砂模 結(jié)合的復(fù)合材結(jié)構(gòu)應(yīng)用于大型復(fù)雜曲面產(chǎn)品的簡易模具制造具有縮短時(shí)程、精度佳、質(zhì)量 好、又有經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢。


圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)的樹脂模具剖視圖2所示為本發(fā)明復(fù)合材料快速模具制造方法實(shí)施例的流程圖3A至圖3E所示為圖2的結(jié)構(gòu)剖面示意圖4所示為本發(fā)明復(fù)合材料快速模具埋設(shè)支撐架體實(shí)施例的剖示圖；以及
圖5所示為本發(fā)明復(fù)合材料快速模具的表面形成粗糙面實(shí)施例的剖示圖。
其中，附圖標(biāo)記說明如下
10樹脂材料模具20砂模主體21支撐架體211固定栓22第一表面30工件原型40樹脂模具框件41容置空間42蓋板43定位支撐件44間隙50樹脂混合液51樹脂混合材料層60復(fù)合材料快速模具61工作表面70抽真空設(shè)備S粗糙面
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)配合附圖將本發(fā)明較佳實(shí)施例詳細(xì)說明如下。 首先請參照圖2所示的本發(fā)明復(fù)合材料快速模具制造方法實(shí)施例的流程圖以及 圖3A至圖3E所繪示圖2的結(jié)構(gòu)剖面示意圖。本實(shí)施例中，其制造方法包含
步驟S100 :成型一砂模主體20，該砂模主體20具有一第一表面22，較佳地，該第 一表面22的造型約略對應(yīng)于一工件原型30的表面造型(如圖3A所示)。上述砂模主體 20以一鑄砂混合水玻璃(Na2Si03)所組成的一硅砂水玻璃混合物經(jīng)燒結(jié)工藝而制成。其應(yīng) 用的燒結(jié)工藝為將該硅砂水玻璃混合物導(dǎo)入一模箱中，并通入二氧化碳(C02)氣體以形成 濕態(tài)砂模(硬化成濕態(tài)砂模的時(shí)間隨模具大小而有所不同，一般約5 10分鐘，但不以此 為限)，再將濕態(tài)砂模置入燒結(jié)爐中，以最高燒結(jié)溫度105(TC燒結(jié)至少2小時(shí)。而上述硅砂 水玻璃混合物的該鑄砂顆粒大小為22S至60S，該水玻璃的重量比率為鑄砂的1%至7%。
步驟S110 :制作一樹脂模具框件40，該樹脂模具框件40具有一容置空間41及一 蓋板42，該容置空間41內(nèi)具有至少一個定位支撐件43，該定位支撐件43可安裝于該容置 空間41的底面或側(cè)壁上(如圖3B所示)。 步驟S120 :將該工件原型30設(shè)置于該定位支撐件43上，且其欲提供復(fù)合材料快 速模具60復(fù)制的工作面朝上(如圖3B所示)。 步驟S130 :于該樹脂模具框件40中組合并定位該砂模主體20，并將該樹脂模具框件40合上蓋板42，該砂模主體20的該第一表面22與該工件原型30表面相對并保持一間 隙44，此間隙44即決定覆蓋于該第一表面22上的樹脂材料的厚度。若覆蓋該砂模主體20 不限于該第一表面22，也欲包含該砂模主體20的其它表面，如側(cè)面或頂面，則須在于該樹 脂模具框件40中定位該砂模主體20時(shí)，預(yù)留該砂模主體20表面與該樹脂模具框件40容 置空間41壁面之間的距離(如圖3C所示)。 步驟S140 :于該樹脂模具框件40的該容置空間41中，灌注一樹脂混合液50，以于 該第一表面22上形成一樹脂混合材料層51。為使該樹脂混合液50在充填過程中不致產(chǎn) 生氣泡，本步驟在一抽真空制程中進(jìn)行為佳。而該抽真空制程，可在該樹脂模具框件40的 該容置空間41中配置抽真空設(shè)備70，以使該樹脂模具框件40形成一真空箱(如圖3D所 示)，該真空箱內(nèi)的真空壓力低于大氣壓力2Kg/cm2以上時(shí)，始進(jìn)行灌注該樹脂混合液50作 業(yè)。上述該樹脂混合液50包含100%重量的樹脂與300%至500%重量添加物混合后，再添 加50%至100%重量的硬化劑而形成。上述該重量添加物可為鐵粉、鋁粉、玻璃纖維、陶瓷 粉或其它強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的填入物。 步驟S150 :取出該樹脂混合液50硬化后結(jié)合于該砂模主體所形成的該復(fù)合材料 快速模具60 (如圖3E所示)，樹脂混合液50硬化的時(shí)間隨模具大小而有所不同， 一般約為 5 40分鐘，但不以此為限。 上述的工件原型30表面為一鈑件零件的外表面時(shí)，其所制成的該復(fù)合材料快速
模具60可為一動模模具或?yàn)橐欢Ｄ＞?；而上述工件原?0表面為一鈑件零件的內(nèi)面時(shí)，
其制成的該復(fù)合材料快速模具60亦可為一動模模具或可為一定模模具。 另外，為利于該復(fù)合材料快速模具60成形后順利脫模，在該工件原型30設(shè)置于樹
脂模具框件內(nèi)的定位支撐件上的時(shí)候或之前，還包含一噴灑離型劑的步驟，以對該工件原
型30表面或樹脂模具框件40內(nèi)表面進(jìn)行噴灑離型劑。 請參照圖4所示的本發(fā)明復(fù)合材料快速模具埋設(shè)支撐架體實(shí)施例的剖示圖。其為 使該砂模主體20在燒結(jié)后獲得更佳的抗拉強(qiáng)度，可在該硅砂水玻璃混合物中埋設(shè)至少一 個支撐架體21。當(dāng)然，若制成的復(fù)合材料快速模具60屬于大型模具時(shí)，所埋設(shè)的該支撐架 體21的一端可向外突伸成為一桿部，形成一固定栓211的固持結(jié)構(gòu)，以利夾持搬運(yùn)。
再請參照圖5所示的本發(fā)明復(fù)合材料快速模具的表面形成粗糙面實(shí)施例的剖示 圖。本實(shí)施例中，該砂模主體20與該樹脂混合材料層51的結(jié)合面具有至少一個刻痕圖案 的粗糙面S造型，以提高該樹脂混合材料層的結(jié)合強(qiáng)度。 請參照圖3E所示，本發(fā)明所提供的復(fù)合材料快速模具實(shí)施例，其復(fù)合材料快速模 具60包括一砂模主體20，其具有一第一表面22 ;以及一樹脂混合材料層51，其成型于該 第一表面22上，該樹脂混合材料層51形成一工作表面61。該樹脂混合材料層51包含100% 重量的樹脂與300 %至500 %重量的添加物混合后，再添加50 %至100 %重量的硬化劑而形 成，其中，該重量添加物可為鐵粉、鋁粉、玻璃纖維或陶瓷粉等可強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的添加物。該復(fù)合 材料快速模具60可為一動?；蛞欢?，其中該砂模主體20與該樹脂混合材料層51的結(jié)合 面具有至少一個刻痕圖案的粗糙面S造型，以提高該樹脂混合材料層51的結(jié)合強(qiáng)度。且該 樹脂混合材料層51更包覆于該砂模主體20該第一表面22外的其它表面。
本發(fā)明提供一種新式的樹脂與砂模為主要成分的復(fù)合材料快速模具及其制程，樹 脂材料可復(fù)制復(fù)雜度高且表面質(zhì)量佳的模具表面，樹脂結(jié)構(gòu)的內(nèi)部充填耐高溫、高強(qiáng)度的
6鑄造用砂模材料，型砂價(jià)格低廉且經(jīng)高溫?zé)Y(jié)后強(qiáng)度佳，樹脂與砂模結(jié)合的復(fù)合材結(jié)構(gòu)應(yīng) 用于大型復(fù)雜曲面產(chǎn)品的快速模具制造具有縮短時(shí)程、精度佳、質(zhì)量好又經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢。本發(fā) 明特別適用于新車開發(fā)或維修備品件的大型鈑金模具的少量多樣的應(yīng)用上，本發(fā)明的制程 可取代現(xiàn)有快速模具工法，達(dá)到快速、經(jīng)濟(jì)、有效率的開發(fā)目標(biāo)。特別適合應(yīng)用于汽車大型 鈑金件開發(fā)與試制，節(jié)省模具費(fèi)用60%以上，縮短開發(fā)時(shí)程50%以上。與傳統(tǒng)樹脂模具比 較約可節(jié)省80%以上的樹脂材料成本。樹脂表面層復(fù)制性佳且表面質(zhì)量好，成形速度快。 與鋅合金、低熔點(diǎn)合金與鑄鐵模具比較，不需加熱溶解設(shè)備且不必后加工成形模面，具有施 工簡易且時(shí)程縮短等優(yōu)勢。應(yīng)用耐高溫的多孔性砂模與樹脂結(jié)合成形性佳，對于大型鈑金 件模具具有吸震效果，模具壽命較一般全樹脂模具長且價(jià)格低廉。且本發(fā)明應(yīng)用范圍廣泛， 幾乎可同時(shí)應(yīng)用于汽車、航天、醫(yī)療與工具機(jī)等產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)品上可應(yīng)用于塑料模具與射蠟?zāi)＞?等場合。 綜上所述，僅記載本發(fā)明為呈現(xiàn)解決問題所采用的技術(shù)手段的實(shí)施方式或?qū)嵤├?而已，并非用來限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。即凡與本發(fā)明的范圍文義相符，或依本發(fā)明專利范 圍所做的均等變化與修飾，皆涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種復(fù)合材料快速模具制造方法，其步驟包含成型一砂模主體，該砂模主體具有一第一表面；制作一樹脂模具框件，該樹脂模具框件的一容置空間內(nèi)具有至少一個定位支撐件；將該工件原型設(shè)置于該定位支撐件上；于該樹脂模具框件中組合并定位該砂模主體，該砂模主體的該第一表面與該工件原型表面相對并保持一間隙；于該樹脂模具框件的該容置空間中灌注一樹脂混合液，以于該第一表面上形成一樹脂混合材料層；以及取出該樹脂混合液硬化結(jié)合于該砂模主體所形成的該復(fù)合材料快速模具。
2. 如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料快速模具制造方法，其中該砂模主體為以鑄砂混合水玻璃所組成的一硅砂水玻璃混合物經(jīng)一燒結(jié)工藝而制成。
3. 如權(quán)利要求2所述的復(fù)合材料快速模具制造方法，其中該硅砂水玻璃混合物中還包含埋設(shè)至少一個支撐架體。
4. 如權(quán)利要求2所述的復(fù)合材料快速模具制造方法，其中該硅砂水玻璃混合物的該鑄砂顆粒大小為22S至60S，該水玻璃的重量比率為鑄砂的1%至7%。
5. 如權(quán)利要求4所述的復(fù)合材料快速模具制造方法，其中該燒結(jié)工藝包含將該硅砂水玻璃混合物導(dǎo)入一模箱中，并通入二氧化碳?xì)怏w以形成一濕態(tài)砂模；以及將該濕態(tài)砂模置入燒結(jié)爐中，以最高燒結(jié)溫度105(TC燒結(jié)至少2小時(shí)。
6. 如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料快速模具制造方法，其中該工件原型表面為外表面。
7. 如權(quán)利要求6所述的復(fù)合材料快速模具制造方法，其中該復(fù)合材料快速模具為一動模模具或一定模模具。
8. 如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料快速模具制造方法，其中該工件原型表面為內(nèi)面。
9. 如權(quán)利要求8所述的復(fù)合材料快速模具制造方法，其中該復(fù)合材料快速模具為一動模模具或一定模模具。
10. 如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料快速模具制造方法，其中進(jìn)行該于該樹脂模具框件中組合并定位該砂模主體的步驟之前，還包含一將該工件原型表面或樹脂模具框件內(nèi)表面噴灑離型劑的步驟，以利該復(fù)合材料快速模具成形后順利脫模。
11. 如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料快速模具制造方法，其中該樹脂混合材料層還包含延伸成型于該砂模主體該第一表面外的其它表面。
12. 如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料快速模具制造方法，其中該樹脂混合液為包含100%重量的樹脂與300 %至500 %重量的添加物混合后，再添加50 %至100 %重量的硬化劑而形成。
13. 如權(quán)利要求12所述的復(fù)合材料快速模具制造方法，其中該重量添加物為鐵粉、鋁粉、玻璃纖維或陶瓷粉。
14. 如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料快速模具制造方法，其中該于該樹脂模具框件中灌注一樹脂混合液的中步驟在一抽真空制程中進(jìn)行。
15. 如權(quán)利要求14所述的復(fù)合材料快速模具制造方法，其中該抽真空制程為，在該樹脂模具框件的該容置空間中配置抽真空設(shè)備，以使該樹脂模具框件形成一真空箱。
16. 如權(quán)利要求15所述的復(fù)合材料快速模具制造方法，其中該真空箱內(nèi)的真空壓力低于大氣壓力2Kg/cm2以上時(shí)，開始進(jìn)行灌注該樹脂混合液作業(yè)。
17. 如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料快速模具制造方法，其中該第一表面的造型約略對應(yīng)于一工件原型表面的造型。
18. —種復(fù)合材料快速模具，包含一砂模主體，具有一第一表面；以及一樹脂混合材料層，成型于該第一表面上，該樹脂混合材料層形成一工作表面。
19. 如權(quán)利要求18所述的復(fù)合材料快速模具，其中該復(fù)合材料快速模具為一動模。
20. 如權(quán)利要求18所述的復(fù)合材料快速模具，其中該復(fù)合材料快速模具為一定模。
21. 如權(quán)利要求18所述的復(fù)合材料快速模具，其中該砂模主體內(nèi)埋設(shè)有至少一個支撐架體。
22. 如權(quán)利要求21所述的復(fù)合材料快速模具，其中該支撐架體具有凸出于該復(fù)合材料快速模具的一桿部，以作為移動該復(fù)合材料快速模具的固持結(jié)構(gòu)。
23. 如權(quán)利要求18所述的復(fù)合材料快速模具，其中該砂模主體與該樹脂混合材料層的結(jié)合面具有至少一個刻痕圖案的粗糙面造型，以提高該樹脂混合材料層的結(jié)合強(qiáng)度。
24. 如權(quán)利要求18所述的復(fù)合材料快速模具，其中該樹脂混合材料層還包覆于該砂模主體該第一表面的外的其它表面。
25. 如權(quán)利要求18所述的復(fù)合材料快速模具，其中該樹脂混合材料層為包含100%重量的樹脂與300%至500%重量的添加物混合后，再添加50%至100%重量的硬化劑而形成。
26. 如權(quán)利要求25所述的復(fù)合材料快速模具，其中該重量添加物為鐵粉、鋁粉、玻璃纖維或陶瓷粉。
全文摘要
本發(fā)明披露一種復(fù)合材料快速模具制造方法及復(fù)合材料快速模具，其制造方法包括首先成型一砂模主體，砂模主體具有對應(yīng)于工件原型表面造型的一第一表面。再制作樹脂模具框件，框件內(nèi)具有放置定位支撐件的容置空間，該容置空間內(nèi)具有至少一個定位支撐件。再將工件原型設(shè)置于定位支撐件上。于樹脂模具框件中組合并定位砂模主體，其砂模主體的第一表面與工件原型的表面保持一間隙。于第一表面上形成一樹脂混合材料層灌注一樹脂混合液。再取出樹脂混合液硬化后與砂模主體結(jié)合而形成的復(fù)合材料快速模具。本發(fā)明的樹脂與砂模結(jié)合的復(fù)合材料快速模具可應(yīng)用于大型復(fù)雜曲面產(chǎn)品的簡易模具制造且具有縮短時(shí)程、精度佳、質(zhì)量好、又有經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢。
文檔編號B21D22/02GK101767157SQ20081019026
公開日2010年7月7日 申請日期2008年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月30日
發(fā)明者吳慶財(cái), 李明富 申請人:財(cái)團(tuán)法人金屬工業(yè)研究發(fā)展中心