一種快速精密模具制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及注塑模具領域，具體涉及一種快速精密模具制備方法。
【背景技術】
[0002]模具，工業生產上用以注塑、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成，不同的模具由不同的零件構成。它主要通過所成型材料物理狀態的改變來實現物品外形的加工。素有“工業之母”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腔形狀，應用具有刃口的輪廓形狀可以使坯料按輪廓線形狀發生分離(沖裁)。應用內腔形狀可使坯料獲得相應的立體形狀。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，形狀復雜，承受坯料的脹力，對結構強度、剛度、表面硬度、表面粗糙度和加工精度都有較高要求，模具生產的發展水平是機械制造水平的重要標志之一。
[0004]激光燒結以激光為熱源對粉末壓坯進行燒結的技術。對常規燒結爐不易完成的燒結材料，此技術有獨特的優點。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。易于將不同于基體成分的粉末或薄片壓坯燒結在一起。但是激光燒結由于工作平臺的限制無法一次制備較大體積的模具設備。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時受熱不均勻，收縮率較大，導致表面會出現翹曲。
【發明內容】
[0005]針對上述問題，本發明旨在提供一種通過激光燒結技術配合超聲波焊接技術相結合的快速精密模具制備方法；同時，本發明還能解決如何減小收縮率，如何降低翹曲程度的現有技術難題。
[0006]為實現該技術目的，本發明的方案是: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行建模優化設計，通過建模獲取建立目標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行拆分成多個體積較小結構簡單的零件模塊，同時在拆分處增設連接加固結構；
[0008]第二步，將各個零件模塊的三維模型進行切片處理，將切片處理后的數據輸入到工控機中，并針對不同零件的厚度、尺寸、弧度等參數設置工藝參數，將聚苯乙烯粉末加入到激光燒結3D制造機中，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，調節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行掃描，激光束燒結之后，工作臺下移一個單位，再鋪聚苯乙烯粉，激光束燒結，逐層燒結，最終得到激光燒結零件模塊；
[0009]第三步，將激光燒結好的零件模塊進行清洗打磨，然后將零件模塊逐一拼接在一起，通過連接加固結構將其固定，通過超聲波焊接機的焊頭對準連接縫隙進行超聲波焊接。
[0010]作為優選，第二步中所述激光束在加工平面上掃描的方式為分區域掃描，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]作為優選，第三步中所述焊接機傳遞至焊接頭的頻率為20kHz，所述焊接頭的振幅為16?90m，觸發壓力為60?750N，最高壓力在1.8?3.0kN，輸出功率為600?2400W。
[0012]作為優選，所述聚苯乙烯粉末中加入有質量百分比為0.02%?0.08%滑石粉、
0.03%?0.09% Al2O3和 0.04%?0.12% CaCO30
[0013]本發明的有益效果，采用激光燒結制作模具使用模具材料廣泛且無浪費、成本低，只要進行3d建模后就可以快速制造出結構復雜的原型；而本申請采用分割設計，將整個模具進行拆分，激光燒結后再超聲波焊接，可以滿足大型模具的制備需求。超聲波塑料焊接優點:焊接速度快，焊接強度高、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的玻璃轉化溫度，燒結穩定且快速，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；焊接過程穩定；聚苯乙烯中加入滑石粉、Al2O3和CaCO 3，可以進一步減小收縮率，降低翹曲程度。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明的流程圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步詳細說明。
[0016]如圖1所示，本發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行建模優化設計，通過建模獲取建立目標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行拆分成多個體積較小結構簡單的零件模塊，同時在拆分處增設連接加固結構；
[0018]第二步，將各個零件模塊的三維模型進行切片處理，將切片處理后的數據輸入到工控機中，并針對不同零件的厚度、尺寸、弧度等參數設置工藝參數，將聚苯乙烯粉末加入到激光燒結3D制造機中，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，調節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行掃描，激光束燒結之后，工作臺下移一個單位，再鋪聚苯乙烯粉，激光束燒結，逐層燒結，最終得到激光燒結零件模塊；
[0019]第三步，將激光燒結好的零件模塊進行清洗打磨，然后將零件模塊逐一拼接在一起，通過連接加固結構將其固定，通過超聲波焊接機的焊頭對準連接縫隙進行超聲波焊接。
[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，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，燒結強度不夠。當選擇激光功率為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，燒結的零件收縮最小，零件質量最高。
[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傳遞至焊接頭的頻率為20kHz，所述焊接頭的振幅為16?90m，觸發壓力為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 燒結過程中無機粉末不會發生形變，但是聚苯乙烯粉末燒結過程體積會減小，通過無機粉末滑石粉、Al2O3和CaCO 3可以提高熱傳導效率，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，僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何細微修改、等同替換和改進，均應包含在本發明技術方案的保護范圍之內。
【主權項】
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行建模優化設計，通過建模獲取建立目標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行拆分成多個體積較小結構簡單的零件模塊，同時在拆分處增設連接加固結構； 第二步，將各個零件模塊的三維模型進行切片處理，將切片處理后的數據輸入到工控機中，并針對不同零件的厚度、尺寸、弧度等參數設置工藝參數，將聚苯乙烯粉末加入到激光燒結3D制造機中，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，調節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行掃描，激光束燒結之后，工作臺下移一個單位，再鋪聚苯乙烯粉，激光束燒結，逐層燒結，最終得到激光燒結零件模塊； 第三步，將激光燒結好的零件模塊進行清洗打磨，然后將零件模塊逐一拼接在一起，通過連接加固結構將其固定，通過超聲波焊接機的焊頭對準連接縫隙進行超聲波焊接。
2.根據權利要求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.根據權利要求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傳遞至焊接頭的頻率為20kHz，所述焊接頭的振幅為16?90m，觸發壓力為60?750N，最高壓力在1.8?3.0kN，輸出功率為600?2400W。
4.根據權利要求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；第二步激光燒結制取零件模塊；第三步，將件模塊進行超聲波焊接。本發明采用激光燒結制作模具使用模具材料廣泛且無浪費、成本低，只要進行3d建模后就可以快速制造出結構復雜的原型；而本申請采用分割設計，將整個模具進行拆分，激光燒結后再超聲波焊接，可以滿足大型模具的制備需求。超聲波塑料焊接優點：焊接速度快，焊接強度高、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℃的玻璃轉化溫度，燒結穩定且快速，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；焊接過程穩定。
【IPC分類】B29C69-00, B29C33-38
【公開號】CN104802339
【申請號】CN201510219538
【發明人】趙愷
【申請人】深圳市鑫立揚精密科技有限公司
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年5月4日