[发明专利]工模具的熔积制造方法

说明书

技术领域

本发明属于工模具的特种加工方法。

背景技术

现有的大中型工模具，如复杂形状的大中型汽车覆盖件冲压模具，基本制造工艺大都先采用铸造成形得到留有相当的加工余量的坯体；在对坯体机械加工去除绝大部分的余量后，采用表面淬火热处理，使其表面达到所需硬度等要求，最后采用精加工达到工模具所需的尺寸和表面光洁度的要求。然而，对于大中型模具，整体采用优质工模具材料的费用高，机械加工量大，热处理技术要求高、风险大，铸件固有的气孔、缩孔等表面缺陷造成的报废等仍难以避免，致使该方法的制造周期长、成本高、风险较大。

对于汽车大中型内饰件之类的注塑模具，冷却流道距模具型腔表面等距离、且随着型面形状分布的随型冷却方式是理想的模具冷却方式。但是，由于这类模具的型面多为复杂曲面，随型冷却流道无法用机械加工得到，而只能将模具沿冷却流道分为可加工的两部分，并分别采用机械加工得到这两个部分；待冷却流道做好后将这两部分焊合起来才能最终得到带复杂随型冷却流道的模具。这种方法需要对多个面实施复杂形状机械加工，加工量大；两部分焊合后冷却流道的密封性、模具精度等不易控制。

采用熔射(热喷涂)方法，首先是制作耐热原型，然后在其表面喷涂模具材料，接下来采用背衬抗压材料对涂层补强，之后将原型与补强后的涂层分离，最终获得模具。该方法适用于试制或小批量成形用的大中型模具的低成本、快速制造。但是，因涂层难以达到批量成形所需的厚度和强度的要求，且涂层与金属补强基体冶金结合困难，因此，尚不适用于大批量成形用的大中型模具的快速制造。

直接快速制造金属零件(Direct Rapid Metal Manufacturing)技术，是新近在快速成形技术的基础上发展起来的数字化堆积成形方法。它基于平面离散/堆积的原理，首先在CAD造型系统中获得一个零件的三维CAD模型，将模型数据进行处理，沿某一方向进行平面“分层”离散化，然后通过专有的CAM系统(成形机)将成形材料由平面逐层堆积成形最终得到零件原型。该方法的主要优点是原理上不受形状限制。目前已出现了多种直接快速制造金属零件或模具的方法，其中，可获得高致密度零件的方法主要有高能束的大功率激光束成形、电子束成形、等离子束成形等方法。

大功率激光束成形是采用大功率激光逐层将送到平面基板上的金属粉末或丝熔化，并快速凝固最终成形，成形件的密度明显高于选择性激光烧结成形方法，见A J.Pinkkerton，L.Li，Effects of Geometry and Composition in Coaxial Laser Deposition of 316L Steel forRapid Protyping Annals of the CIRP，Vol.52，1(2003)，p181-1184.；但存在能量利用率、成形效率和材料利用率不高，难于达到满密度，设备投资大等问题。

电子束成形是采用大功率的电子束熔化粉末材料，根据计算机模型施加电磁场，控制电子束的运动，在平面基板上逐层扫描直至整个原型成形完成，成形精度较高、成形质量较好，见Matz JE.，Eagar TW.Carbide formation in Alloy 718 during electron-beam solid freeformfabrication.Metallurgical and Materials Transactions A：Physical Metallurgy and Materials Science，2002，v33(8)：p2559-2567.。然而其工艺条件要求严格，需在真空中进行，致使成形尺寸受到限制，且设备造价昂贵。