[发明专利]高熔点金属电弧喷涂陶瓷型母模的快速制造工艺与装备

说明书

技术领域

本发明涉及快速模具的制造方法与工艺装备，特别涉及一种高熔点金属电弧喷涂陶瓷型母模的快速制造工艺与装备。

背景技术

金属电弧喷涂快速制模技术是一种基于“复制”的制模技术，它以一个实物模型(或称为原型)作为母模，以电弧为热源，通过高速气流将熔融状态的金属材料雾化，并使其喷射、沉积在母模表面上，形成一定厚度的致密金属型壳，即模具型壳。模具型壳精确拷贝了原型的形状，获得了所需的模具型腔，在完成补强、脱模、抛光等后处理工艺后，即可完成模具的快速制造。电弧喷涂模具制造完成后一般不再需要另外的机械加工，就可以直接用于成形制造。根据实际情况与需要也可以进行少切削量的数控精加工，因此，电弧喷涂制模技术实质上是一种“近净成形制模技术”。

金属喷涂模具以母模为标准，模具型腔尺寸、几何精度完全取决于母模，型腔表面及其精细花纹一次同时形成，故制模速度快，制造周期短，成本低，同时拥有较长的模具寿命，制造周期约为传统数控加工的一半，制造费用可以节省至少25％以上，成为新产品开发及小批量生产的重要途径。模具表面光洁度好，工艺简单，设备要求低，比较适合于注射成型模、压铸模、板料冲压模的快速制造，在表面形状复杂及具有精细花纹的各种聚氨酯制品的吹塑、吸塑、PVC注射、PU发泡及各类注射成型模具中，花纹复制的特征细节甚至可以达到5μm。

目前该快速模具制造技术已被广泛地应用于飞机、汽车、家电、家具、制鞋、美术工艺品等行业。在美国及中国东南沿海，几乎所有的聚氨酯鞋底制造商在其自动成型生产设备上都采用了电弧喷涂模具进行生产。在汽车制造中，可以用来生产驾驶盘、汽车仪表盘、坐垫、头部靠垫、阻流板、汽车内饰顶蓬等。近年来，电弧喷涂制模技术已经开始用于制造汽车覆盖件冲压模具，喷涂材料不同，喷涂模具的强度、硬度、精度和寿命也不尽相同，因而应用范围也存在差异，有的适合用于汽车样车的试制，有的甚至可以在生产线上替代传统的钢模具进行生产。

在国内，喷涂制模的材料主要是中低熔点金属，西安交通大学和烟台机械工艺研究所为国内最早的研发单位，西安交通大学先进制造技术研究所，自90年代以来，对表面成型制模技术、低熔点合金浇铸成型制模技术以及模具树脂制模技术等快速制模工艺进行了长期的研究和实践，并在金属电弧喷涂成型快速制模技术上拥有发明专利(ZL200810232335.0；ZL200810232334.6)。在长安汽车、洛阳一拖、上海中顺、柳州微汽等企业应用。经试制检验，合格的快速模具的3D数据用于制造大批量生产用钢模具，可避免在钢模具的设计和制作上的反复，保证钢模具一次加工成功。发明专利“一种高熔点金属电弧喷涂快速制模方法(专利号为：ZL200810232335.0)”只是介绍了根据产品的形状和尺寸确定母模基体的形状和尺寸，以耐高温陶瓷原料制作无焙烧陶瓷母模基体，至于耐高温陶瓷原料的配方、陶瓷型母模制作的工艺未作详细的介绍和说明；发明专利“一种由于电弧喷涂母模具体的快速制备方法(专利号为：ZL200810232334.6)”公开了一种用于电弧喷涂母模基体的快速制备方法。该母模基体属于一种菱镁复合材料，含有轻烧氧化镁41.2～57.7％，工业氯化镁15.9～36.1％，短切碳纤维≤2.0％，其余为水。这个喷涂母模基体材料配方制作的母模满足不了高熔点金属电弧喷涂的高温耐热性能和机械性能的需要。

对于锌、锌铝合金等中低熔点金属喷涂制模而言，目前主要采用半水石膏材料制作毛坯，干燥后经数控加工得到喷涂用母模。石膏成本低，易切削，但纯石膏材料制作的母模表面喷涂工艺性差，在未经改性的石膏表面喷涂，容易出现涂层沉积困难，涂层剥落等现象。此外，半水石膏水化反应的理论需水量仅为其重量的18.6％，在使用中为了使浆体具有足够的流动性，通常的加水量远大于理论需水量，β型石膏水固比达60％～80％，α型石膏水固比为35％～45％，对于大型汽车覆盖件模具而言，石膏毛坯湿重达数吨，含水量达数百公斤，其干燥速度和成本将直接影响喷涂模具的制作周期和成本。

利用中低熔点合金喷涂制模，金属熔点相对较低，例如，Zn熔点为419℃，而Al为658℃，对母模基体的热输入小，母模表面温升小、变形小，如有些材料所导致的母模表面温升小于70℃。因此，母模材料可以有多种选择，木材、树脂、石膏甚至纸都可以用来制作母模。这种制模方法的主要缺点就是模具表面硬度较低(HV46～67)，因而模具寿命较短。