一種用于低熔點金屬電弧噴涂模具的母模制備及脫模方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于低熔點金屬電弧噴涂模具的母模制備及脫模方法，包括：將石蠟加熱到熔化狀態(tài)，向其加入硬脂酸或聚乙烯，以及短切玻璃絲，攪拌均勻，得到改性石蠟；將改性石蠟灌入模具尺寸圍框中，待固化后去掉圍框，得到改性石蠟?zāi)改?；對改性石蠟?zāi)改＿M(jìn)行機(jī)械加工，得到所需噴涂型面；對具有噴涂型面的改性石蠟?zāi)改１砻孢M(jìn)行粗化處理，得到模具母?；w；對模具母?；w進(jìn)行噴涂，將噴涂完成后的模具母?；w加熱至改性石蠟熔融狀態(tài)后倒出，實現(xiàn)母模與噴涂型殼之間的脫模。本發(fā)明制備的噴涂母模切削加工性好，制造工藝方便簡單，可采用加熱的方式迅速將其與噴涂后的噴涂型殼脫開，同時不傷及噴涂型殼表面，節(jié)約了脫模時間，降低了脫模難度。
【專利說明】一種用于低熔點金屬電弧噴涂模具的母模制備及脫模方法【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本發(fā)明涉及低熔點金屬電弧噴涂快速模具制造技術(shù)，特別涉及一種用于低熔點金屬電弧噴涂模具的母模制備及脫模方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]隨著全球經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步一體化，制造業(yè)競爭顯得越發(fā)激烈。如何縮短生產(chǎn)周期并降低成本，成了制造商首要考慮的問題。多品種小批量時代的逐步來臨使得企業(yè)要求模具制造能保證新產(chǎn)品快速占領(lǐng)市場，開發(fā)快速經(jīng)濟(jì)模具越來越引起人們的重視，例如用環(huán)氧、聚脂或其中混入金屬、陶瓷、玻璃等增強(qiáng)材料制作的快速軟模，可用于上百件注塑成形以及汽車覆蓋件試制。其主要特點是制造工藝簡單、生產(chǎn)周期短、價格便宜。但由于材料的導(dǎo)熱性和機(jī)械性能不高，這種模具難以用于高頻率的批量注塑成形以及金屬拉延件批量成形。近年來出現(xiàn)了一種快速制造模具的新工藝，它不同于過去所提的簡易模，而是一種全新的方法?？焖倌＞咧圃旒夹g(shù)(Rapid Tooling,簡稱RT)就是指用快速成型工藝及相應(yīng)的后續(xù)加工，來快速制作模具。快速模具制造技術(shù)一般可以分為直接快速制模技術(shù)與間接快速制模技術(shù)兩大類。電弧噴涂快速模具即屬于間接快速模具的一種。
[0003]熱噴涂技術(shù)(ThermalSpraying Technology)在 1909年由瑞士的Μ.U.Shoop先生發(fā)明，是表面工程學(xué)的重要組成部分。作為熱噴涂方法的一種，電弧噴涂技術(shù)就是將兩根金屬絲材作為自耗性電極，利用兩根金屬絲端部短路產(chǎn)生的電弧使絲材熔化，同時使用壓縮氣體將已熔化的金屬霧化成微熔滴，并使其加速，以很高的速度沉積到基體表面從而形成涂層的一種工藝。相對其它熱噴涂方法，電弧噴涂技術(shù)具有噴涂工藝靈活、熱能利用率高、壽命長、效率高、可以方便的制備偽合金涂層、安全性好等優(yōu)點。其應(yīng)用主要體現(xiàn)在長效防腐、維修和表面改性、快速制模等方面。
[0004]金屬電弧噴涂 快速制模技術(shù)是一種基于“復(fù)制”的制模技術(shù)，它以一個實物模型(或稱為原型)作為母模，用電弧噴涂的方法在母模表面沉積形成一定厚度的致密金屬涂層，即模具型殼。模具型殼精確拷貝了原型的形狀，獲得了所需的模具型腔，在完成補(bǔ)強(qiáng)、脫模、拋光等后處理工藝后，即可完成模具的快速制造。從產(chǎn)品圖紙到產(chǎn)品生產(chǎn)，中間包括模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造、檢測、裝配、試模等環(huán)節(jié)。電弧噴涂快速模具制模工藝具體流程為:通過模具結(jié)構(gòu)設(shè)計得到模具結(jié)構(gòu)圖，從模具結(jié)構(gòu)圖提出模具型面圖，根據(jù)噴涂工藝需要添加工藝補(bǔ)充面和工藝結(jié)構(gòu)得到樣式圖，根據(jù)樣式圖制備基體母模并表面處理，通過電弧噴涂的方法在基體表面沉積一定厚度模具型殼，型殼精確復(fù)制基體外形，在型殼背面添加圍框結(jié)構(gòu)并填充背襯材料，待背襯材料凝固后，去除母模并清理模具型面，在后處理后即可獲得簡易快速模具，與鋼結(jié)構(gòu)裝配組裝后，即可試模。與傳統(tǒng)的鋼模具制造相比，金屬電弧噴涂制模技術(shù)具有制模速度快、生產(chǎn)周期短、制造成本低等優(yōu)點，同時還擁有一定的模具壽命，成為新產(chǎn)品開發(fā)及小批量生產(chǎn)的重要途徑。
[0005]由于電弧噴涂快速模具的型腔尺寸、幾何精度等完全取決于母模，噴涂層的質(zhì)量與母模也有密切的關(guān)系。理想情況下，噴涂模具將與母模具有完全相同的形狀和精度，并且母模易于清理和去除，最好是可以達(dá)到重復(fù)循環(huán)利用的環(huán)保效果。因此，母模制作在電弧噴涂快速制模工藝過程中具有重要的地位和作用，是制模的前提和基礎(chǔ)。
[0006]對于低熔點金屬電弧噴涂制模技術(shù)，如噴涂鋁、鋅、鋅鋁合金等，可采用的母模材料種類較多，目前主要有快速原型樹脂件、石膏材料及中密度板等，但樹脂件易變形，需進(jìn)行額外支撐加固，工藝較復(fù)雜，成本較高；石膏材料及中密度板成本較低，均由切削加工獲得最后型面，但石膏對機(jī)床金屬具有腐蝕性，嚴(yán)重威脅機(jī)床的使用壽命；同時，由于模具型面復(fù)雜，噴涂型殼的固化收縮使得目前這三類材料都存在脫模困難的問題，且均屬于破壞性脫模，母模材料不能重復(fù)利用。人工去除母模費時費力，操作不當(dāng)時還易傷及型面，因此，研究適合于低熔點金屬電弧噴涂快速模具便捷脫模的母模制備及脫模方法是提高金屬電弧噴涂快速制模效率，降低成本，實現(xiàn)環(huán)保性亟須解決的問題。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種用于低熔點金屬電弧噴涂模具的母模制備及脫模方法，該方法可實現(xiàn)低熔點金屬電弧噴涂模具的便捷脫模，且其環(huán)保并可循環(huán)利用。
[0008]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案予以實現(xiàn):
[0009]一種用于低熔點金屬電弧噴涂模具的母模制備及脫模方法，包括如下步驟:
[0010]1)按質(zhì)量百分比為0.5~20%的硬脂酸或聚乙烯、不大于2%的短切玻璃絲以及其余為中溫石臘，分別稱取硬脂酸或聚乙烯、短切玻璃絲和中溫石臘，備用，其中，短切玻璃絲的長度為3~5mm ；
[0011]2)將石蠟加熱到熔化狀態(tài)，向其加入硬脂酸或聚乙烯，以及短切玻璃絲，攪拌均勻，得到改性石蠟；
[0012]3)將步驟2)中配置好的改性石蠟灌入模具尺寸圍框中，待固化后去掉圍框，得到改性石蠟?zāi)改＃渲?，母模坯料留有不大于IOmm的加工余量；
[0013]4)對改性石蠟?zāi)改＿M(jìn)行機(jī)械加工，得到所需噴涂型面；
[0014]5)對具有噴涂型面的改性石蠟?zāi)改１砻孢M(jìn)行粗化處理，得到模具母?；w；
[0015]6)對模具母?；w進(jìn)行低熔點金屬電弧噴涂，將噴涂完成后的模具母?；w加熱至改性石蠟熔融狀態(tài)后倒出，實現(xiàn)母模與噴涂型殼之間的脫模。
[0016]本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于:中溫石蠟的熔點大于等于70度。
[0017]本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于:步驟2)中，將硬脂酸或聚乙烯加熱熔化后再加入石蠟中。
[0018]本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于:步驟3)中，用木框根據(jù)所需模具尺寸釘制模具尺寸圍框，其用以獲得整體母模坯料。
[0019]本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于:步驟4)中，對改性石蠟?zāi)改＿M(jìn)行切削加工，得到所需噴涂型面。
[0020]本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于:步驟5)中，對改性石蠟?zāi)改１砻娲只幚淼姆椒òㄊ褂么稚安即蚰ケ砻?，或者采用切削改性石蠟?zāi)改１砻妗?br> [0021]本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于:步驟5)中，對改性石蠟?zāi)改１砻娲只幚砗螅浔砻娲植诙葹镽a5~Ral5。
[0022]本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于:步驟6)中，先對模具母?；w的中間部位的改性石蠟進(jìn)行破壞鏟除，再對其余改性石蠟加熱至其熔融狀態(tài)后倒出。
[0023]本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于:采用熱水或加熱裝置使改性石蠟熔融。
[0024]本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于:對噴涂好的噴涂型殼添加背襯后，將噴涂完成后的模具母?；w加熱至改性石蠟熔融狀態(tài)后倒出，實現(xiàn)母模與噴涂型殼之間的脫模。
[0025]本發(fā)明將改性石蠟材料應(yīng)用于低熔點金屬電弧噴涂快速制模工藝中，與現(xiàn)有的快速原型件、石膏及中密度板等母模基體相比，使用本發(fā)明制作的母模基體具有以下優(yōu)點:
[0026]1、本發(fā)明的改性石蠟可反復(fù)加熱凝固，重復(fù)利用，相對成本低，環(huán)保無污染；
[0027]2、可用沸水加熱使得改性石蠟熔化，室溫固化，生產(chǎn)能耗小，制造工藝簡單，操作方便，以及制造周期短；
[0028]3、模具母模基體易與噴涂型殼脫離，將人從費時費力的脫模工作中解脫出來，且不傷及噴涂型殼表面質(zhì)量；
[0029]4、本發(fā)明原料來源廣泛，易獲得。
【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0030]圖1至圖4為金屬電弧噴涂快速制模工藝流程，其中，圖1為母模制備；圖2為金屬噴涂型殼制備過程；圖3為在噴涂好的金屬型殼后添加背襯；圖4為將母模去除以形成最終的金屬電弧噴涂模具。
[0031]其中:I為母模，2為噴槍，3為金屬噴涂型殼，4為圍框，5為背襯。`【【具體實施方式】】
[0032]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。
[0033]參見圖1至圖4，為金屬電弧噴涂快速制模工藝流程，其中，圖1 (a)為母模I制備，包括母模坯料準(zhǔn)備及加工和表面粗化；圖2為金屬噴涂型殼3制備過程，主要用噴槍2將霧化后的金屬噴涂到經(jīng)過處理的母模I表面形成金屬噴涂型殼3 ;圖3為在噴涂好的金屬型殼后添加背襯5，以實現(xiàn)其力學(xué)性能的增強(qiáng)；圖4為將母模I去除以形成最終的金屬電弧噴涂模具，圖3和4中，序號4表示圍框。本發(fā)明主要針對整個金屬電弧噴涂制模工藝流程中的母模制備(如圖1所示)和母模脫模部分(如圖4所示)。
[0034]本發(fā)明一種用于低熔點金屬電弧噴涂模具的母模制備及脫模方法，包括如下步驟:
[0035]I)按質(zhì)量百分比為0.5~20%的硬脂酸或聚乙烯、不大于2%的短切玻璃絲以及其余為中溫石蠟，分別稱取硬脂酸或聚乙烯、短切玻璃絲和中溫石蠟，備用，其中，中溫石蠟的熔點大于等于70度，短切玻璃絲的長度為3~5mm ;
[0036]2)將石蠟加熱到熔化狀態(tài)，向其加入硬脂酸或聚乙烯，以及短切玻璃絲，攪拌均勻，得到改性石蠟，其中，將硬脂酸或聚乙烯加熱熔化后再加入石蠟中；
[0037]3)將步驟2)中配置好的改性石蠟灌入模具尺寸圍框中，待固化后去掉圍框，得到改性石蠟?zāi)改?，其中，母模坯料留有不大?0_的加工余量，采用木框根據(jù)所需模具尺寸釘制模具尺寸圍框；
[0038]4)對改性石蠟?zāi)改＿M(jìn)行切削加工，得到所需噴涂型面；
[0039]5)對具有噴涂型面的改性石蠟?zāi)改１砻孢M(jìn)行粗化處理，得到模具母模基體；[0040]6)對模具母?；w進(jìn)行低熔點金屬電弧噴涂，對噴涂好的噴涂型殼添加背襯后，將噴涂完成后的模具母模基體加熱至改性石蠟熔融后倒出，實現(xiàn)母模與噴涂型殼之間的脫模，其中，對改性石蠟?zāi)改１砻娲只幚淼姆椒òㄊ褂么稚安即蚰ケ砻?，或者采用切削改性石蠟?zāi)改１砻妫瑢Ω男允災(zāi)改１砻娲只幚砗?，其表面粗糙度為Ra5~Ral5。
[0041]上述步驟6)中，也可以先對模具母?；w的中間部位的改性石蠟進(jìn)行破壞鏟除，再對其余改性石蠟加熱至其熔融后倒出，其中，可采用熱水使改性石蠟熔融。
[0042]實施例1:
[0043]制作某車型覆蓋件沖壓模具母模，尺寸為:800mmX 600mmX 150mm。
[0044]包括步驟如下:
[0045]I)石蠟改性:以中溫石蠟162為原料基料，以硬脂酸及長度為3mm短切玻璃絲為改性材料，各使用原料的質(zhì)量百分比是:硬脂酸10%，長度為3mm短切玻璃絲1%，其余為中溫石臘162 ；
[0046]2)攪拌均勻:先將中溫石蠟162用加熱設(shè)備將其加熱到90度熔化，向其中加入熔化的硬脂酸和短切玻璃絲，攪拌均勻，觀察少無氣泡及玻璃絲分布較均勻，得到改性石蠟；
[0047]3)釘制圍框:將需要母模尺寸稍微放大，以便留有足夠加工及噴涂余量，根據(jù)模具尺寸釘制820 X 620 X 155mm圍框，并在圍框下放置起吊用支撐支架；
[0048]4)將配置好的改性石蠟灌入該圍框中，室溫固化后去掉圍框；
[0049]5)對改性石蠟?zāi)改＿M(jìn)行切削加工，得到所需噴涂型面；
[0050]6)采用粗砂布或粗鋼刷對母模表面進(jìn)行粗化處理，得到適合噴涂的表面粗糙度要求；
[0051]7)得到模具母?；w，送入噴涂間進(jìn)行低熔點金屬電弧噴涂；
[0052]8)將噴涂完成加背襯后的母模周圍用鋼板加高，用沸水熔掉后倒出置于專用容器中，固化后存放，等下次需要制作新母模時，再熔化使用。
[0053]實施例2:
[0054]制作某車型覆蓋件沖壓模具母模，尺寸為:1000mmX 800mmX 200mm。
[0055]包括步驟如下:
[0056]I)石蠟改性:以中溫石蠟162為原料基料，以聚乙烯及長度為3mm短切玻璃絲為改性材料，各使用原料的質(zhì)量百分比是:聚乙烯10%，長度為3mm短切玻璃絲1%，其余為中溫石臘162 ；
[0057]2)攪拌均勻:先將中溫石蠟162用加熱設(shè)備將其加熱到90度熔化，向其中加入熔化的聚乙烯和短切玻璃絲，攪拌均勻，觀察少無氣泡及玻璃絲分布較均勻，得到改性石蠟；
[0058]3)釘制圍框:將需要母模尺寸稍微放大，以便留有足夠加工及噴涂余量，根據(jù)模具尺寸釘制1020 X 820 X 205mm圍框，并在圍框下放置起吊用支撐支架；
[0059]4)將配置好的改性石蠟灌入該圍框中，室溫固化后去掉圍框；
[0060]5)對改性石蠟?zāi)改＿M(jìn)行切削加工，得到所需噴涂型面；
[0061]7)采用粗砂布或粗鋼刷對母模表面進(jìn)行粗化處理，得到適合噴涂的表面粗糙度要求；
[0062]8)得到模具母?；w，送入噴涂間進(jìn)行低熔點金屬電弧噴涂；
[0063]9)將噴涂完成加背襯后的母模周圍用鋼板加高，置于烘箱中，加熱至90度時，改性石蠟處于融熔狀，從烘箱中取出后倒出置于專用容器中，固化后存放，等下次需要制作新母模時，再熔化使用。
[0064]綜上所述，本發(fā)明的原理是利用低熔點金屬噴涂霧化顆粒到達(dá)母?；w上時溫度較低特點，采用簡單易熔材料，實現(xiàn)高效、省力快速脫模。所采用的石蠟改性材料，提高了石蠟的強(qiáng)度，可以承受在噴涂過程中的噴涂壓力和變形引起的拉力，且在噴涂過程中，表面可以耐受噴涂顆粒的溫度，在沸水狀態(tài)下即可熔化，在室溫下又可固化，進(jìn)而反復(fù)循環(huán)利用，具有環(huán)保無污染特性。因此，本發(fā)明是促進(jìn)低熔點金屬電弧噴涂快速模具應(yīng)用的一種突破性方法，兼顧了高效、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性，并且保證了噴涂型殼在脫模過程中不會出現(xiàn)可能由操作不當(dāng)引起的表面質(zhì)量問題。
[0065]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明方法所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明方法的【具體實施方式】僅限于此，對于本發(fā)明方法所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明方法構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明方法由所提交的 權(quán)利要求書確定專利保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于低熔點金屬電弧噴涂模具的母模制備及脫模方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)按質(zhì)量百分比為0.5~20%的硬脂酸或聚乙烯、不大于2%的短切玻璃絲以及其余為中溫石臘，分別稱取硬脂酸或聚乙烯、短切玻璃絲和中溫石臘，備用，其中，短切玻璃絲的長度為3~5mm ； 2)將石蠟加熱到熔化狀態(tài)，向其加入硬脂酸或聚乙烯，以及短切玻璃絲，攪拌均勻，得到改性石蠟； 3)將步驟2)中配置好的改性石蠟灌入模具尺寸圍框中，待固化后去掉圍框，得到改性石蠟?zāi)改＃渲?，母模坯料留有不大?0_的加工余量； 4)對改性石蠟?zāi)改＿M(jìn)行機(jī)械加工，得到所需噴涂型面； 5)對具有噴涂型面的改性石蠟?zāi)改１砻孢M(jìn)行粗化處理，得到模具母?；w； 6)對模具母?；w進(jìn)行低熔點金屬電弧噴涂，將噴涂完成后的模具母模基體加熱至改性石蠟熔融狀態(tài)后倒出，實現(xiàn)母模與噴涂型殼之間的脫模。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于低熔點金屬電弧噴涂模具的母模制備及脫模方法，其特征在于:中溫石蠟的熔點大于等于70度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于低熔點金屬電弧噴涂模具的母模制備及脫模方法，其特征在于: 步驟2)中，將硬脂酸或聚乙烯加熱熔化后再加入石蠟中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于低熔點金屬電弧噴涂模具的母模制備及脫模方法，其特征在于:步驟3)中，用木框根據(jù)所需模具尺寸釘制模具尺寸圍框，其用以獲得整體母模坯料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于低熔點金屬電弧噴涂模具的母模制備及脫模方法，其特征在于:步驟4)中，對改性石蠟?zāi)改＿M(jìn)行切削加工，得到所需噴涂型面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于低熔點金屬電弧噴涂模具的母模制備及脫模方法，其特征在于:步驟5)中，對改性石蠟?zāi)改１砻娲只幚淼姆椒òㄊ褂么稚安即蚰ケ砻?，或者采用切削改性石蠟?zāi)改１砻妗?br> 7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的一種用于低熔點金屬電弧噴涂模具的母模制備及脫模方法，其特征在于:步驟5)中，對改性石蠟?zāi)改１砻娲只幚砗?，其表面粗糙度為Ra5~Ral5。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于低熔點金屬電弧噴涂模具的母模制備及脫模方法，其特征在于:步驟6)中，先對模具母?；w的中間部位的改性石蠟進(jìn)行破壞鏟除，再對其余改性石蠟加熱至其熔融狀態(tài)后倒出。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的一種用于低熔點金屬電弧噴涂模具的母模制備及脫模方法，其特征在于:采用熱水或加熱裝置使改性石蠟熔融。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于低熔點金屬電弧噴涂模具的母模制備及脫模方法，其特征在于:步驟6)中，對噴涂好的噴涂型殼添加背襯后，將噴涂完成后的模具母?；w加熱至改性石蠟熔融狀態(tài)后倒出，實現(xiàn)母模與噴涂型殼之間的脫模。
【文檔編號】C23C4/06GK103882362SQ201410102752
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月19日
【發(fā)明者】吳華英, 魏潤強(qiáng), 王永信, 盧秉恒, 郭成, 馬逸飛 申請人:西安交通大學(xué), 西安瑞特快速制造工程研究有限公司