一種非預(yù)埋式異型彎曲水道熱作模具的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種非預(yù)埋式異型彎曲水道熱作模具，其特征在于：所述模具內(nèi)設(shè)有用于冷卻水流經(jīng)的進(jìn)、出集水槽和多條將所述進(jìn)、出集水槽連通的異型彎曲水道；所述異形彎曲水道包括主干水道和至少1條與所述主干水道相連通的分流水道；所述模具型面設(shè)有PVD鍍層。本實(shí)用新型具有模具型面溫度均勻，結(jié)構(gòu)簡單，模具加工成本低，實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種非預(yù)埋式異型彎曲水道熱作模具
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及金屬材料成形領(lǐng)域，具體地說是一種非預(yù)埋式異型彎曲水道熱作模具。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，包含異型彎曲冷卻水道系統(tǒng)的熱作模具可用于汽車、軌道車輛、船舶、機(jī)械工業(yè)和建筑等行業(yè)，尤其在汽車行業(yè)，應(yīng)用場合較多。由于環(huán)境污染日趨嚴(yán)重和資源的日漸匱乏，上述行業(yè)推行整裝輕量化成為科技發(fā)展的必然趨勢，因而高強(qiáng)度鋼板和鎂鋁合金被大量使用。采用溫?zé)岢尚问亲钸m合于高強(qiáng)度鋼板和鎂鋁合金成形的方法。這要求包括溫?zé)釠_壓等熱作模具具有良好的熱機(jī)械性能、高的耐磨性，紅硬性、抗氧化性、熱穩(wěn)定性和抗熱疲勞性等，以保證在工作時(shí)模具尺寸精度穩(wěn)定，表面硬度良好，能夠承受板料劇烈熱摩擦和氧化皮帶來的磨損。熱作模具在高溫下，前述性能嚴(yán)重降低，影響了模具使用壽命和零件質(zhì)量。為了保證成形零件質(zhì)量的穩(wěn)定性，必須使模具在連續(xù)工作狀態(tài)時(shí)保持在較低溫度，目前普遍采用的方法為在熱作模具內(nèi)部設(shè)置冷卻水道。
[0003]傳統(tǒng)熱作模具冷卻水道主要以采用機(jī)械鉆孔、剛性水管預(yù)埋隨模具毛坯一體鑄造方式加以實(shí)現(xiàn)。機(jī)械鉆孔方式無法加工彎曲水道以適應(yīng)復(fù)雜型面模具，同時(shí)受限于機(jī)加深度必須將模具分為眾多鑲塊，造成鑲塊間密封困難，冷卻液的流動(dòng)性降低，沖壓過程中也容易產(chǎn)生間隙，嚴(yán)重影響熱沖壓件的質(zhì)量。直水道也會(huì)使模具冷卻不均勻，影響熱沖壓件的模內(nèi)淬火質(zhì)量、影響模具強(qiáng)度及壽命，也會(huì)影響熱沖壓件的生產(chǎn)效率。吉林大學(xué)(朱超.超高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓成形模具設(shè)計(jì)及優(yōu)化[D].吉林大學(xué):材料科學(xué)與工程學(xué)院，2010，5 ；一種汽車高強(qiáng)鋼沖壓件熱成形模具制造方法[P].中國，實(shí)用新型專利，CN102179499A,2011.09.14)和哈爾濱工業(yè)大學(xué)(王洪光.熱成形模具混排式冷卻系統(tǒng)冷卻效果研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué):機(jī)電工程學(xué)院，2011，6;李林濤.汽車保險(xiǎn)杠熱成形模具及其預(yù)埋式冷卻系統(tǒng)研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué):機(jī)電工程學(xué)院，2010，6)研究的剛性水管預(yù)埋鑄造方式也可以得到內(nèi)部具有隨型彎曲冷卻水道的熱沖壓模具，但是，剛性水道管的彎折難度大，工序復(fù)雜，精度不高，截面幾乎局限為圓形，且鑄造時(shí)剛性水道管難與鑄造母材融合而形成氣隙，并在冷卻后無法進(jìn)行清除，顯著影響模具冷卻功能，而且根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)(Q.Ba1.An efficient closed—form method for determining interfacial heat transfercoefficient in metal forming, International Journal of Machine Tools&Manufacture56(2012) 102-110)報(bào)道，板料與模具的換熱與所承受的壓強(qiáng)相關(guān)，當(dāng)模具型面復(fù)雜時(shí)，并不是水道采用隨型的辦法制造就可以確保型面溫度均勻，而必須是按壓非等距過渡分布或者采用互有影響的異型水道。另外，天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)的實(shí)用新型專利(一種高強(qiáng)鋼板熱沖壓模具制造方法[P].中國，實(shí)用新型專利，CN102744328A，2012.10.24)中研究了一種具有隨型水道熱沖壓模具的制造方法，其技術(shù)特征不能適用于型面較復(fù)雜且異型水道彎曲交叉布置的模具；其次，隨型水道通過拼焊方式加工會(huì)導(dǎo)致外表面加工困難，水道與模具壁存在一定間隙會(huì)對模具散熱造成很大影響。再者，用螺栓將凸凹模剖分部分緊固的方式在受到連續(xù)沖擊載荷時(shí)容易出現(xiàn)松動(dòng)，造成模具的損傷。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]根據(jù)上述提出的技術(shù)問題，而提供一種非預(yù)埋式異型彎曲水道熱作模具。
[0005]本實(shí)用新型采用的技術(shù)手段如下：
[0006]一種非預(yù)埋式異型彎曲水道熱作模具，其特征在于：所述模具內(nèi)設(shè)有用于冷卻水流經(jīng)的進(jìn)、出集水槽和多條條將所述進(jìn)、出集水槽連通的異型彎曲水道；所述異型彎曲水道包括主干水道和至少I條與所述主干水道相連通的分流水道；所述模具型面設(shè)有PVD鍍層。
[0007]作為優(yōu)選，所述異型彎曲水道為澆注后去除采用陶瓷芯制作的異型彎曲水道芯或采用3D打印技術(shù)制作的砂芯形成的，所述異型彎曲水道的截面為圓形、方形、三角形及其他根據(jù)冷卻需要設(shè)定的異型形狀。異型形狀主要指本實(shí)用新型中的水道可根據(jù)三維模型數(shù)據(jù)加工出任意截面形狀的水道芯，不局限于圓形，方形等常規(guī)形狀。
[0008]上述非預(yù)埋式異型彎曲水道熱作模具可采用下述方法制造，具體步驟如下：
[0009]A.鑄態(tài)模具毛坯制作：
[0010]①前期準(zhǔn)備：將制作好的具有模具表面形狀的鑄型(鑄型由相應(yīng)的陽模造型制得)、異型彎曲水道芯整體結(jié)構(gòu)和澆注系統(tǒng)裝配合箱待澆注；
[0011]陽模主要根據(jù)模具的三維數(shù)模制造木?；蜾X模，由寶珠砂制作成模具毛坯的型腔，澆注時(shí)作為下箱或使用3D激光打印設(shè)備將砂子打印成包含模具型面在內(nèi)的整個(gè)的型腔。
[0012]所述異型彎曲水道芯整體結(jié)構(gòu)包括多條運(yùn)用數(shù)值模擬優(yōu)化設(shè)計(jì)的異型彎曲水道芯、固定在所述異型彎曲水道芯兩端的進(jìn)、出集水槽固定芯和將進(jìn)、出集水槽固定芯固定的整體固定芯；所述異型彎曲水道芯為可用水道三維數(shù)模制作的模具制成的陶瓷芯，所述進(jìn)、出集水槽固定芯為砂芯或所述異型彎曲水道芯整體結(jié)構(gòu)為采用3D打印技術(shù)制作的整體芯結(jié)構(gòu)。當(dāng)所述異型彎曲水道芯為陶瓷芯時(shí)，在所述進(jìn)、出集水槽固定芯外側(cè)還設(shè)有用于固定陶瓷芯的金屬定位模板。
[0013]澆注系統(tǒng)采用3D打印方式制作，該澆注系統(tǒng)在充分考慮寶珠砂發(fā)氣現(xiàn)象的前提下設(shè)置了大量排氣道，且通過3D打印技術(shù)可以將模具毛坯整體加工余量保證在3mm以內(nèi)，大大節(jié)約了后續(xù)機(jī)加工的時(shí)間和成本。
[0014]②鑄造工序：將出爐溫度為1650°C的合金鋼液按澆注工藝進(jìn)行澆注，澆注時(shí)間控制在IOs以內(nèi)為佳，然后冷卻、開箱、進(jìn)行除澆冒口、清砂、噴丸、熱處理、后處理和探傷檢查等;
[0015]清砂是指當(dāng)采用陶瓷芯作為異型彎曲水道芯時(shí)，澆注后采用苛性鉀溶液脫芯；當(dāng)異型彎曲水道芯整體結(jié)構(gòu)為采用3D打印技術(shù)制作的砂型結(jié)構(gòu)時(shí)，澆注完成后采用高壓水槍清除砂芯。
[0016]噴丸是利用拋丸設(shè)備除去鑄態(tài)模具毛坯表面的殘?jiān)蜕傲！?br> [0017]熱處理是指對澆注完成后的鑄態(tài)模具毛坯進(jìn)行軟化退火，在200°C以下裝爐，升溫速度≤800C /小時(shí)，保溫溫度860-900°C，保溫時(shí)間10-12小時(shí)后爐冷至300_400°C，出爐空冷。
[0018]后處理是采用砂紙對鑄態(tài)模具型面和冒口殘余進(jìn)行打磨拋光。[0019]探傷檢查是通過超聲波探傷儀對鑄造模具毛坯內(nèi)部縮松、縮孔、氣孔等缺陷進(jìn)行檢測，確認(rèn)該鑄造模具毛坯質(zhì)量良好。
[0020]B.鑄態(tài)模具毛坯的粗加工:
[0021]包括鑄態(tài)模具毛坯型面粗加工、淬火、回火；
[0022]所述鑄態(tài)模具毛坯型面粗加工是對經(jīng)熱處理后的鑄態(tài)模具毛坯切割澆道和冒口，然后以模具毛坯底平面為基準(zhǔn)面進(jìn)行型面粗加工，銑削2mm，再次觀察型面是否存在顯著缺陷，如仍然存在超聲波未發(fā)現(xiàn)的大型缺陷，則需要采用焊補(bǔ)工藝進(jìn)行焊補(bǔ)。
[0023]所述焊補(bǔ)是指在當(dāng)焊補(bǔ)時(shí)間大于I小時(shí)，在常溫下將鑄態(tài)模具毛坯放入高溫爐，隨爐升溫到300-350°C，保溫0.5-1小時(shí)，再將高溫爐升溫到500-600°C，保溫2_3小時(shí)，爐冷至200-250°C，出爐空冷然后焊補(bǔ)；當(dāng)焊補(bǔ)時(shí)間小于I小時(shí)，在常溫下將鑄態(tài)模具毛坯放入高溫爐，隨爐升溫至600-650°C，保溫2-3小時(shí)，爐冷至200_250°C，出爐空冷然后焊補(bǔ)。
[0024]淬火是指室溫下將鑄態(tài)模具毛坯放入爐中，升溫到450-500°C，保溫0.5-1小時(shí)，繼續(xù)升溫至850-900°C，保溫0.5-1小時(shí)，再加熱至1100-1200°C，保溫8_10小時(shí)，然后采用油淬；回火是指200°C以下裝爐，升溫至300-350°C，保溫6_8小時(shí)，出爐空冷。
[0025]C.鑄態(tài)模具毛坯的精加工:
[0026]包括鑄態(tài)模具毛坯型面及配合面的精加工和型面PVD鍍層。
[0027]鑄態(tài)模具毛坯配合面的精加工是確保各鑲塊間的配合以及鑲塊與模板之間的配
八
口 o
[0028]型面PVD鍍層是提高型面的耐磨耗和硬度以及耐熱疲勞強(qiáng)度，進(jìn)而增加模具的使用壽命，表面硬度要求范圍:60?80HRC。
[0029]本實(shí)用新型提供的非預(yù)埋異型彎曲水道熱作模具，該模具內(nèi)異型彎曲冷卻水道和進(jìn)、出集水槽由陶瓷芯或3D打印芯形成，異型彎曲水道芯截面可以為任意形狀，異型彎曲水道芯走向可以按照不同截面數(shù)值優(yōu)化的結(jié)果任意生成，可以在模具內(nèi)以多種形式布置，且異型彎曲水道芯和進(jìn)、出集水槽芯均為非預(yù)埋式，澆注完成后異型彎曲水道芯和進(jìn)、出集水槽固定芯可以完全清除掉，形成光滑的水道內(nèi)壁，確保含有異型彎曲冷卻水道模具型面溫度的均勻性，解決了傳統(tǒng)機(jī)械鉆孔方式無法實(shí)現(xiàn)數(shù)值優(yōu)化的異型彎曲水道及冷卻速率不均性問題，克服機(jī)械鉆孔的水道在模具薄處往往因強(qiáng)度弱而在使用中出現(xiàn)裂紋漏水、模具壽命低等問題。將3D打印技術(shù)和鑄造相結(jié)合引入到熱作模具的制作過程中，也解決了剛性水管預(yù)埋鑄造得到內(nèi)部具有隨型彎曲冷卻水道模具的預(yù)埋剛性管無法去除的缺陷，同時(shí)也避免了隨型面走向彎曲水道模具無法產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用于工業(yè)實(shí)際生產(chǎn)的問題，具有較好的市場應(yīng)用價(jià)值和重大產(chǎn)業(yè)化意義。本實(shí)用新型公開的3D打印技術(shù)制作的水道芯或陶瓷芯方法確保了含有數(shù)值優(yōu)化的截面為任意形狀水道與熱作模具的鑄造毛坯為一體化鑄造成形，該模具采用的異型彎曲水道在傳遞熱量時(shí)相互之間存在影響，可以保證在連續(xù)工作時(shí)，模具型面溫度可以穩(wěn)定在較低水平，保證型面溫度均勻，降低模具的加工制造成本，且水道位置精度高，可滿足大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)對熱作模具的要求。
[0030]基于上述理由本實(shí)用新型可廣泛用于金屬板材的熱沖壓和熱擠壓成形領(lǐng)域。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。[0032]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例1中提供的采用陶瓷芯作為異型彎曲水道芯的非預(yù)埋式異型彎曲水道熱作模具毛坯的陽模。
[0033]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例1中提供的非預(yù)埋式異型彎曲水道熱作模具毛坯鑄造方案的示意圖。
[0034]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例1中提供的非預(yù)埋式異型彎曲水道熱作模具毛坯的異型彎曲水道芯整體結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0035]圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例1中提供的非預(yù)埋式異型彎曲水道熱作模具毛坯的水道芯、端部固定芯及端部金屬模板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036]圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例1中提供的非預(yù)埋式異型彎曲水道熱作模具的凸模鑲塊鑄件的效果示意圖。
[0037]圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例1中提供的非預(yù)埋式異型彎曲水道熱作模具的凸模鑲塊鑄件的實(shí)物圖。
[0038]圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例2中提供的采用3D打印技術(shù)制作的砂芯異型彎曲水道芯的非預(yù)埋式異型彎曲水道熱作模具毛坯的陽模。
[0039]圖8是本實(shí)用新型實(shí)施例2中提供的非預(yù)埋式異型彎曲水道熱作模具毛坯臥澆方案的示意圖。
[0040]圖9是本實(shí)用新型實(shí)施例2中提供的非預(yù)埋式異型彎曲水道熱作模具毛坯鑄造方案的示意圖。
[0041]圖10是本實(shí)用新型實(shí)施例2中提供的非預(yù)埋式異型彎曲水道熱作模具毛坯的異型彎曲水道芯整體結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0042]圖11是本實(shí)用新型實(shí)施例2中提供的非預(yù)埋式異型彎曲水道熱作模具毛坯的澆注系統(tǒng)的排氣孔及加強(qiáng)筋布置示意圖。
[0043]圖12是本實(shí)用新型實(shí)施例2中提供的非預(yù)埋式異型彎曲水道熱作模具的凸模鑲塊鑄件的效果示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0044]本實(shí)用新型提供了一種非預(yù)埋式異型彎曲水道熱作模具，模具內(nèi)設(shè)有用于冷卻水流經(jīng)的進(jìn)集水槽和出集水槽和多條將進(jìn)集水槽、出集水槽連通的異型彎曲水道；異型彎曲水道包括主干水道和至少I條與主干水道相連通的分流水道；模具型面設(shè)有PVD鍍層。
[0045]下面結(jié)合具體實(shí)例進(jìn)一步講解一下上述模具的制造方法。
[0046]實(shí)施例1
[0047]以典型轎車B-柱加強(qiáng)梁模具凸模鑲塊為例，非預(yù)埋式異型彎曲水道熱作模具的毛坯采用鑄造方法成形，主要包括如下步驟:
[0048]A.鑄態(tài)模具毛坯制作:
[0049]①前期準(zhǔn)備:
[0050]制作具有模具毛坯形狀的陽模I (如圖1所示):陽模I主要根據(jù)模具的三維數(shù)模制造木模或鋁模，由寶珠砂制作成模具表面型腔，澆注時(shí)作為下箱。
[0051]異型彎曲水道芯整體結(jié)構(gòu)(如圖3所示):包括多條運(yùn)用數(shù)值模擬優(yōu)化設(shè)計(jì)的異型彎曲水道芯13、固定在所述異型彎曲水道芯13兩端的進(jìn)集水槽固定芯11和出集水槽固定芯12和將進(jìn)集水槽固定芯11和出集水槽固定芯12固定的整體固定芯2 ;異型彎曲水道芯13為使用水道三維數(shù)模制作的模具壓制成的陶瓷芯，進(jìn)集水槽固定芯11和出集水槽固定芯12為砂芯。異型彎曲水道芯13為異型交叉彎曲冷卻水道且水道截面為方形，保證模具連續(xù)工作時(shí)模面溫度低于200°C，也使模面冷卻均勻，保證熱沖壓件的模內(nèi)淬火均勻、保證
產(chǎn)品質(zhì)量。
[0052]陶瓷芯制作工藝如下:提取三維數(shù)模中的異型彎曲水道特征，生成符合數(shù)控加工的NC代碼，利用數(shù)控銑床加工出制作陶瓷芯用的模具；陶瓷芯漿料配方的成分和重量份比為:石英粉為100，增塑劑為18 ;增塑劑由石蠟、蜂蠟和聚乙烯構(gòu)成，三者的質(zhì)量百分比為93%、5%和2% ;陶瓷芯制作完成后需進(jìn)行固化處理，具體工藝為:在室溫下自然干燥4-6h，然后在120_180°C下烘干30min,目視檢查表面色澤均勻,無缺陷即可。
[0053]在模具毛坯的兩端面的內(nèi)側(cè)設(shè)置異型彎曲水道芯13兩端的進(jìn)集水槽固定芯11和出集水槽固定芯12 ;異型彎曲水道芯13兩端固定在進(jìn)集水槽固定芯11和出集水槽固定芯12上后，再固定在整體固定芯2上；如圖4所示，在進(jìn)集水槽固定芯11和出集水槽固定芯12的外側(cè)分別有與進(jìn)集水槽固定芯11和出集水槽固定芯12外廓形狀一樣的金屬定位模板14，異型彎曲水道芯13的兩端通過金屬定位模板14上的定位孔15定位，待異型彎曲水道芯13的陶瓷芯兩端的進(jìn)集水槽固定芯11和出集水槽固定芯12的砂芯固化后，去掉金屬定位模板14，然后將剩余部分的砂芯全部制完并固化硬化。
[0054]澆注系統(tǒng)采用3D打印方式制作，將模具毛坯整體加工余量控制在3mm以內(nèi)，大大節(jié)約了機(jī)加工的時(shí)間和成本。
[0055]如圖2所示，將制作好的具有模具毛坯形狀的陽模I所形成的型腔、異型彎曲水道芯整體結(jié)構(gòu)和澆注系統(tǒng)裝配合箱待澆注；其中，分型面3選擇模具毛坯的底平面，整個(gè)型腔置于下箱，冒口 5、澆道4及整體固定芯2置于上箱；冒口 5為圓柱形單冒口，冒口 5的技術(shù)數(shù)據(jù)采用模數(shù)法、液量補(bǔ)縮法和熱節(jié)圓等方法復(fù)合計(jì)算并經(jīng)過權(quán)衡后得出。
[0056]②鑄造工序:將出爐溫度為1650°C的合金鋼液按澆注工藝進(jìn)行澆注，澆注時(shí)間控制在IOs以內(nèi)為佳，然后冷卻、開箱、進(jìn)行除澆冒口、清砂、噴丸、熱處理、后處理和探傷檢查等;
[0057]采用苛性鉀溶液作脫芯溶液，將清理好的鑄態(tài)模具毛坯置于承載該脫芯溶液的180°C高溫釜內(nèi)進(jìn)行高溫蒸煮溶解6_8h，陶瓷芯溶解后脫除。
[0058]B.鑄態(tài)模具毛坯的粗加工:
[0059]包括鑄態(tài)模具毛坯型面粗加工、淬火、回火；
[0060]所述鑄態(tài)模具毛坯型面粗加工是對經(jīng)熱處理后的模具毛坯切割澆道和冒口，然后以模具毛坯底平面為基準(zhǔn)面進(jìn)行型面粗加工，銑削2mm，再次觀察型面是否存在顯著缺陷，如仍然存在超聲波未發(fā)現(xiàn)的大型缺陷，則需要采用焊補(bǔ)工藝進(jìn)行焊補(bǔ)。
[0061]C.鑄態(tài)模具毛坯的精加工:
[0062]包括鑄態(tài)模具毛坯型面及配合面的精加工和型面PVD鍍層。
[0063]鑄態(tài)模具毛坯配合面的精加工是確保各鑲塊間的配合以及鑲塊與模板之間的配
八
口 o
[0064]型面PVD鍍層是提高型面的耐磨耗和硬度以及耐熱疲勞強(qiáng)度，進(jìn)而增加模具的使用壽命，表面硬度要求范圍:60?80HRC。[0065]如圖5、6所示，采用澆注后可清除的陶瓷芯作為異型彎曲水道的水道芯是理想的工藝選擇，可生成所需的使模具型面溫度較低且均勻的內(nèi)部冷卻結(jié)構(gòu)，彎曲冷卻水道芯的去除效果比較理想，且水道內(nèi)壁較光滑，符合熱作模具使用要求。
[0066]實(shí)施例2
[0067]以轎車B-柱加強(qiáng)梁模具凸模鑲塊為例，澆注系統(tǒng)及異型彎曲水道芯整體結(jié)構(gòu)均由3D打印技術(shù)制成，包括如下步驟:
[0068]A.鑄態(tài)模具毛坯制作:
[0069]①前期準(zhǔn)備:
[0070]制作具有模具毛坯形狀的陽模I (如圖7所示):陽模I主要根據(jù)模具的三維數(shù)模，使用3D激光打印設(shè)備將砂子打印成包含模具型面的整個(gè)型腔。
[0071]異型彎曲水道芯整體結(jié)構(gòu)(如圖10所示):采用3D打印技術(shù)制作的砂型結(jié)構(gòu)包括多條運(yùn)用數(shù)值模擬優(yōu)化設(shè)計(jì)的異型彎曲水道芯13、固定在所述異型彎曲水道芯13兩端的進(jìn)集水槽固定芯11和出集水槽固定芯12和將進(jìn)集水槽固定芯11和出集水槽固定芯12固定的整體固定芯2，在整體固定芯2上還設(shè)有多個(gè)排氣道72 ；
[0072]異型彎曲水道芯13為異型交叉彎曲冷卻水道，該水道截面為圓形，在型面溫度較高處采用一分二的水道設(shè)計(jì)，即主干水道和分流水道相結(jié)合的形式，保證模具連續(xù)工作時(shí)模面溫度低于200°C，也使型面冷卻均勻，保證熱沖壓件的模內(nèi)淬火均勻、保證產(chǎn)品質(zhì)量。
[0073]澆注系統(tǒng)采用3D打印方式制作，根據(jù)鑄造工藝分析進(jìn)行澆注方案設(shè)定，確定澆注方案為臥澆(如圖8所示)后，將整個(gè)砂型數(shù)模導(dǎo)出為stl格式，讀入3D打印設(shè)備，分別進(jìn)行包含異型彎曲水道芯13在內(nèi)的上砂型、包含模具型面的下砂型、澆道4和冒口 5砂型的打印制作；考慮到澆注時(shí)的鋼水對砂芯的沖擊強(qiáng)度，上下砂型均采用耐火強(qiáng)度較高的寶珠砂進(jìn)行打印制作，而澆道4和冒口 5的砂型則采用普通強(qiáng)度的覆膜砂進(jìn)行打印制作；整個(gè)砂型打印完成后需進(jìn)行固化處理，具體工藝為:將砂型從3D打印設(shè)備中取出放入烘箱中，并在砂型四周填滿玻璃珠，然后設(shè)置烘箱溫度由50°C到120°C每隔30°C遞增，每個(gè)溫度下保溫20min,硬化處理后取出觀察，如砂型未變形則合格。
[0074]分型面3仍然選擇陽模I的底平面(如圖8所示)，下箱7 (如圖9所示)為整體3D打印的包含模具型面的砂型，上箱為整體3D打印的包括異型水道芯整體結(jié)構(gòu)砂型，冒口 5為圓柱形單冒口固定在頂端，而澆道4則布置在側(cè)面，為了確保補(bǔ)縮時(shí)不對水道砂芯形成劇烈沖擊，在冒口 5的側(cè)面開設(shè)補(bǔ)充澆道6，鋼水由補(bǔ)充澆道6進(jìn)入。由于上下型部分、澆道部分、冒口部分通過3D打印的楔形角進(jìn)行精確裝配，保證了水道砂芯在模具內(nèi)的位置精度。
[0075]考慮到寶珠砂鑄造時(shí)發(fā)氣量較大，整個(gè)砂型3D打印時(shí)設(shè)計(jì)了相當(dāng)數(shù)量的排氣道72 (如圖11所示)，并通過3D打印技術(shù)可以將模具毛坯整體加工余量保證在3mm以內(nèi)，大大節(jié)約了機(jī)加工的時(shí)間和成本，而且在下箱7內(nèi)設(shè)計(jì)了加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)71，在增加砂型強(qiáng)度的同時(shí)減輕了整套系統(tǒng)的重量，實(shí)現(xiàn)了輕量化。
[0076]②鑄造工序:將出爐溫度為1650°C的合金鋼液按澆注工藝進(jìn)行澆注，澆注時(shí)間控制在IOs以內(nèi)為佳，然后冷卻、開箱、進(jìn)行除澆冒口、清砂、噴丸、熱處理、后處理和探傷檢查等;
[0077]由于3D打印的異型彎曲水道芯整體結(jié)構(gòu)為砂芯，在高溫澆注后強(qiáng)度降到很低，很容易清除，可采用高壓水槍從進(jìn)、出集水槽噴射，高壓水流沖過內(nèi)部水道將殘余砂芯全部帶走，保證鑄造模具水道暢通且表面較為光滑，工藝較陶瓷芯去除更為簡單。
[0078]B.鑄態(tài)模具毛坯的粗加工:
[0079]包括鑄態(tài)模具毛坯型面粗加工、淬火、回火；
[0080]所述鑄態(tài)模具毛坯型面粗加工是對經(jīng)熱處理后的模具毛坯切割澆道和冒口，然后以模具毛坯底平面為基準(zhǔn)面進(jìn)行型面粗加工，銑削2mm，再次觀察型面是否存在顯著缺陷，如仍然存在超聲波未發(fā)現(xiàn)的大型缺陷，則需要采用焊補(bǔ)工藝進(jìn)行焊補(bǔ)。
[0081]C.鑄態(tài)模具毛坯的精加工:
[0082]包括鑄態(tài)模具毛坯型面及配合面的精加工和型面PVD鍍層。
[0083]鑄態(tài)模具毛坯配合面的精加工是確保各鑲塊間的配合以及鑲塊與模板之間的配
八
口 o
[0084]型面PVD鍍層是提高模面的耐磨耗和硬度以及耐熱疲勞強(qiáng)度，進(jìn)而增加模具的使用壽命，表面硬度要求范圍:60?80HRC。
[0085]如圖12所示，本實(shí)用新型可獲得符合技術(shù)要求的熱作模具鑲塊鑄件，而且該工藝較實(shí)施例1中提及的陶瓷芯作為異型彎曲水道的水道芯制作熱作模具毛坯的方法更優(yōu)，保證模具型面溫度較低且均勻的同時(shí)，該工藝的水道芯去除工藝也更加方便和簡單，同時(shí)整體打印異型彎曲水道芯和進(jìn)、出集水槽固定芯的方法也保證了異型彎曲水道芯在型腔內(nèi)的位置精度，避免了陶瓷芯與金屬定位模板裝配固定導(dǎo)致的位置誤差。
[0086]以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的【具體實(shí)施方式】，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本實(shí)用新型披露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)方案及其實(shí)用新型構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種非預(yù)埋式異型彎曲水道熱作模具，其特征在于：所述模具內(nèi)設(shè)有用于冷卻水流經(jīng)的進(jìn)、出集水槽和多條將所述進(jìn)、出集水槽連通的異型彎曲水道；所述異型彎曲水道包括主干水道和至少I條與所述主干水道相連通的分流水道；所述模具型面設(shè)有PVD鍍層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的非預(yù)埋式異型彎曲水道熱作模具，其特征在于：所述異型彎曲水道為澆注后去除采用陶瓷芯制作的異型彎曲水道芯或采用3D打印技術(shù)制作的砂芯形成的，所述異型彎曲水道的截面為圓形、方形、三角形及其他根據(jù)冷卻需要設(shè)定的異型形狀。
【文檔編號(hào)】B23P15/24GK203484866SQ201320595840
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月24日
【發(fā)明者】胡平, 趙立信, 賀斌, 盈亮 申請人:大連理工大學(xué)