一種快速精密模具制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及注塑模具領(lǐng)域，具體涉及一種快速精密模具制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]模具，工業(yè)生產(chǎn)上用以注塑、吹塑、擠出、壓鑄或鍛壓成型、冶煉、沖壓等方法得到所需產(chǎn)品的各種模子和工具。簡而言之，模具是用來成型物品的工具，這種工具由各種零件構(gòu)成，不同的模具由不同的零件構(gòu)成。它主要通過所成型材料物理狀態(tài)的改變來實現(xiàn)物品外形的加工。素有“工業(yè)之母”的稱號。
[0003]在外力作用下使坯料成為有特定形狀和尺寸的制件的工具。廣泛用于沖裁、模鍛、冷鐓、擠壓、粉末冶金件壓制、壓力鑄造，以及工程塑料、橡膠、陶瓷等制品的壓塑或注塑的成形加工中。模具具有特定的輪廓或內(nèi)腔形狀，應(yīng)用具有刃口的輪廓形狀可以使坯料按輪廓線形狀發(fā)生分離(沖裁)。應(yīng)用內(nèi)腔形狀可使坯料獲得相應(yīng)的立體形狀。模具一般包括動模和定模(或凸模和凹模)兩個部分，二者可分可合。分開時取出制件，合攏時使坯料注入模具型腔成形。模具是精密工具，形狀復(fù)雜，承受坯料的脹力，對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、表面硬度、表面粗糙度和加工精度都有較高要求，模具生產(chǎn)的發(fā)展水平是機(jī)械制造水平的重要標(biāo)志之一。
[0004]激光燒結(jié)以激光為熱源對粉末壓坯進(jìn)行燒結(jié)的技術(shù)。對常規(guī)燒結(jié)爐不易完成的燒結(jié)材料，此技術(shù)有獨特的優(yōu)點。由于激光光束集中和穿透能力小，適于對小面積、薄片制品的燒結(jié)。易于將不同于基體成分的粉末或薄片壓坯燒結(jié)在一起。但是激光燒結(jié)由于工作平臺的限制無法一次制備較大體積的模具設(shè)備。同時由于聚苯乙烯在加工過程中表層和底層接收激光燒結(jié)時受熱不均勻，收縮率較大，導(dǎo)致表面會出現(xiàn)翹曲。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述問題，本發(fā)明旨在提供一種通過激光燒結(jié)技術(shù)配合超聲波焊接技術(shù)相結(jié)合的快速精密模具制備方法；同時，本發(fā)明還能解決如何減小收縮率，如何降低翹曲程度的現(xiàn)有技術(shù)難題。
[0006]為實現(xiàn)該技術(shù)目的，本發(fā)明的方案是:一種快速精密模具制備方法，
[0007]第一步，將模具通過三維建模軟件進(jìn)行建模優(yōu)化設(shè)計，通過建模獲取建立目標(biāo)模具的整體三維模型，然后通過三維建模將建模的三維模型進(jìn)行拆分成多個體積較小結(jié)構(gòu)簡單的零件模塊，同時在拆分處增設(shè)連接加固結(jié)構(gòu)；
[0008]第二步，將各個零件模塊的三維模型進(jìn)行切片處理，將切片處理后的數(shù)據(jù)輸入到工控機(jī)中，并針對不同零件的厚度、尺寸、弧度等參數(shù)設(shè)置工藝參數(shù)，將聚苯乙烯粉末加入到激光燒結(jié)3D制造機(jī)中，然后將聚苯乙烯粉末均勻地鋪在工作臺上并被加熱至加工溫度，啟動激光器，調(diào)節(jié)激光器的脈沖及掃描器的掃描角度，使激光束與工作臺在一個二維層面進(jìn)行掃描，激光束燒結(jié)之后，工作臺下移一個單位，再鋪聚苯乙烯粉，激光束燒結(jié)，逐層燒結(jié)，最終得到激光燒結(jié)零件模塊；
[0009]第三步，將激光燒結(jié)好的零件模塊進(jìn)行清洗打磨，然后將零件模塊逐一拼接在一起，通過連接加固結(jié)構(gòu)將其固定，通過超聲波焊接機(jī)的焊頭對準(zhǔn)連接縫隙進(jìn)行超聲波焊接。
[0010]作為優(yōu)選，第二步中所述激光束在加工平面上掃描的方式為分區(qū)域掃描，激光功率為12?18W，掃描速度為1500mm/s，掃描間距為0.12?0.16mm，粉層厚度為0.08?
0.22_，加工溫度為90 ~ IlO0Co
[0011]作為優(yōu)選，第三步中所述焊接機(jī)傳遞至焊接頭的頻率為20kHz，所述焊接頭的振幅為16?90m，觸發(fā)壓力為60?750N，最高壓力在1.8?3.0kN，輸出功率為600?2400W。
[0012]作為優(yōu)選，所述聚苯乙烯粉末中加入有質(zhì)量百分比為0.02%?0.08%滑石粉、
0.03%?0.09% Al2O3和 0.04%?0.12% CaCO30
[0013]本發(fā)明的有益效果，采用激光燒結(jié)制作模具使用模具材料廣泛且無浪費、成本低，只要進(jìn)行3d建模后就可以快速制造出結(jié)構(gòu)復(fù)雜的原型；而本申請采用分割設(shè)計，將整個模具進(jìn)行拆分，激光燒結(jié)后再超聲波焊接，可以滿足大型模具的制備需求。超聲波塑料焊接優(yōu)點:焊接速度快，焊接強(qiáng)度高、密封性好；采用聚苯乙烯，其是一種無色透明的熱塑性塑料，具有高于100°C的玻璃轉(zhuǎn)化溫度，燒結(jié)穩(wěn)定且快速，同時收縮率波動小，一般在0.2%?
0.6% ;其中超聲波焊接無污染且不會損傷工件；焊接過程穩(wěn)定；聚苯乙烯中加入滑石粉、Al2O3和CaCO 3，可以進(jìn)一步減小收縮率，降低翹曲程度。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的流程圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0016]如圖1所示，本發(fā)明所述的具體實施例為一種快速精密模具制備方法，
[0017]第一步，將模具通過三維建模軟件進(jìn)行建模優(yōu)化設(shè)計，通過建模獲取建立目標(biāo)模具的整體三維模型，然后通過三維建模將建模的三維模型進(jìn)行拆分成多個體積較小結(jié)構(gòu)簡單的零件模塊，同時在拆分處增設(shè)連接加固結(jié)構(gòu)；
[0018]第二步，將各個零件模塊的三維模型進(jìn)行切片處理，將切片處理后的數(shù)據(jù)輸入到工控機(jī)中，并針對不同零件的厚度、尺寸、弧度等參數(shù)設(shè)置工藝參數(shù)，將聚苯乙烯粉末加入到激光燒結(jié)3D制造機(jī)中，然后將聚苯乙烯粉末均勻地鋪在工作臺上并被加熱至加工溫度，啟動激光器，調(diào)節(jié)激光器的脈沖及掃描器的掃描角度，使激光束與工作臺在一個二維層面進(jìn)行掃描，激光束燒結(jié)之后，工作臺下移一個單位，再鋪聚苯乙烯粉，激光束燒結(jié)，逐層燒結(jié)，最終得到激光燒結(jié)零件模塊；
[0019]第三步，將激光燒結(jié)好的零件模塊進(jìn)行清洗打磨，然后將零件模塊逐一拼接在一起，通過連接加固結(jié)構(gòu)將其固定，通過超聲波焊接機(jī)的焊頭對準(zhǔn)連接縫隙進(jìn)行超聲波焊接。
[0020]為了保證聚苯乙烯粉末受熱均勻，每層之間粘接牢固，第二步中所述激光束在加工平面上掃描的方式為分區(qū)域掃描，激光功率為12?18W，掃描速度為1500mm/s，掃描間距為0.12?0.16mm，粉層厚度為0.08?0.22mm，加工溫度為90?110°C。聚苯乙烯的的軟化點為90°C，玻璃化溫度為100°C，所以先均勻軟化后升溫至玻璃化，使得每層的聚苯乙烯粉末能否很好的燒結(jié)在一起。同時粉底溫度、掃描速度、激光功率、掃描間距均會影響燒結(jié)效果。激光功率太大，粉底溫度大時，制件底面下的粉末縛易燒結(jié)，清粉困難，并且影響精度；激光功率太小，掃描速度快，掃描間距大時，燒結(jié)強(qiáng)度不夠。當(dāng)選擇激光功率為15W，掃描速度為1300mm/s，掃描間距為0.13mm，粉層厚度為0.12mm時，同時粉底溫度91°C時，燒結(jié)的零件收縮最小，零件質(zhì)量最高。
[0021]為了提高焊接的效果，保證縫隙的焊接密閉，第三步中所述焊接機(jī)傳遞至焊接頭的頻率為20kHz，所述焊接頭的振幅為16?90m，觸發(fā)壓力為60?750N，最高壓力在1.8?
3.0kN，輸出功率為600?2400W。超聲波焊接無污染且不會損傷工件；焊接過程穩(wěn)定，可以確保分割后得到的零件能夠組合成一個完成的模具。
[0022]為了進(jìn)一步的減少收縮率，降低翹曲程度，所述聚苯乙烯粉末中加入有質(zhì)量百分比為 0.02%?0.08%滑石粉、0.03%?0.09% Al2O3和 0.04%?0.12% CaCO30 燒結(jié)過程中無機(jī)粉末不會發(fā)生形變，但是聚苯乙烯粉末燒結(jié)過程體積會減小，通過無機(jī)粉末滑石粉、Al2O3和CaCO 3可以提高熱傳導(dǎo)效率，能夠降低孔隙率，有效減小收縮率，同時降低表面翹曲。
[0023]以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何細(xì)微修改、等同替換和改進(jìn)，均應(yīng)包含在本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種快速精密模具制備方法，其特征在于: 第一步，將模具通過三維建模軟件進(jìn)行建模優(yōu)化設(shè)計，通過建模獲取建立目標(biāo)模具的整體三維模型，然后通過三維建模將建模的三維模型進(jìn)行拆分成多個體積較小結(jié)構(gòu)簡單的零件模塊，同時在拆分處增設(shè)連接加固結(jié)構(gòu)； 第二步，將各個零件模塊的三維模型進(jìn)行切片處理，將切片處理后的數(shù)據(jù)輸入到工控機(jī)中，并針對不同零件的厚度、尺寸、弧度等參數(shù)設(shè)置工藝參數(shù)，將聚苯乙烯粉末加入到激光燒結(jié)3D制造機(jī)中，然后將聚苯乙烯粉末均勻地鋪在工作臺上并被加熱至加工溫度，啟動激光器，調(diào)節(jié)激光器的脈沖及掃描器的掃描角度，使激光束與工作臺在一個二維層面進(jìn)行掃描，激光束燒結(jié)之后，工作臺下移一個單位，再鋪聚苯乙烯粉，激光束燒結(jié)，逐層燒結(jié)，最終得到激光燒結(jié)零件模塊； 第三步，將激光燒結(jié)好的零件模塊進(jìn)行清洗打磨，然后將零件模塊逐一拼接在一起，通過連接加固結(jié)構(gòu)將其固定，通過超聲波焊接機(jī)的焊頭對準(zhǔn)連接縫隙進(jìn)行超聲波焊接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速精密模具制備方法，其特征在于:第二步中所述激光束在加工平面上掃描的方式為分區(qū)域掃描，激光功率為12?18W，掃描速度為1500mm/s，掃描間距為0.12?0.16_，粉層厚度為0.08?0.22mm，加工溫度為90?110°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速精密模具制備方法，其特征在于:第三步中所述焊接機(jī)傳遞至焊接頭的頻率為20kHz，所述焊接頭的振幅為16?90m，觸發(fā)壓力為60?750N，最高壓力在1.8?3.0kN，輸出功率為600?2400W。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速精密模具制備方法，其特征在于:所述聚苯乙烯粉末中加入有質(zhì)量百分比為0.02%?0.08%滑石粉、0.03%?0.09% Al2O3和0.04%?0.12%CaCO3O
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種快速精密模具制備方法，第一步建立三維模型并分割成零件模塊；第二步激光燒結(jié)制取零件模塊；第三步，將件模塊進(jìn)行超聲波焊接。本發(fā)明采用激光燒結(jié)制作模具使用模具材料廣泛且無浪費、成本低，只要進(jìn)行3d建模后就可以快速制造出結(jié)構(gòu)復(fù)雜的原型；而本申請采用分割設(shè)計，將整個模具進(jìn)行拆分，激光燒結(jié)后再超聲波焊接，可以滿足大型模具的制備需求。超聲波塑料焊接優(yōu)點：焊接速度快，焊接強(qiáng)度高、密封性好；采用聚苯乙烯，其是一種無色透明的熱塑性塑料，具有高于100℃的玻璃轉(zhuǎn)化溫度，燒結(jié)穩(wěn)定且快速，同時收縮率波動小，一般在0.2％～0.6％；其中超聲波焊接無污染且不會損傷工件；焊接過程穩(wěn)定。
【IPC分類】B29C69-00, B29C33-38
【公開號】CN104802339
【申請?zhí)枴緾N201510219538
【發(fā)明人】趙愷
【申請人】深圳市鑫立揚(yáng)精密科技有限公司
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年5月4日