[发明专利]一种具有疏水作用的随形冷却流道及其制造方法

说明书

本发明公开了一种具有疏水作用的随形冷却流道及其制造方法，其中方法包括以下步骤：(1)制备疏水涂层粉末材料；(2)设计带有随形冷却流道模具的三维模型，进行切片处理；(3)放置模具金属粉末和疏水涂层粉末；(4)进行成形处理过程，具体是先对模具金属粉末使用SLM工艺成形，然后再对疏水涂层粉末使用SLS工艺成形，成形一个铺粉层；(5)重复步骤(4)直至完成整个随形冷却流道；(6)将成形后的模具取下。本发明通过对关键的内壁疏水涂层的材料种类、相应具体成形工艺进行改进和优选，可制备得到具有疏水作用涂层的随形冷却流道，解决模具冷却系统冷却效率低、随形冷却流道易堵塞以及表面金属易腐蚀等技术问题。

技术领域

本发明属于模具制造领域，更具体地，涉及一种具有疏水作用的随形冷却流道及其制造方法。

背景技术

模具是现代制造业中的重要装备，模具工业是国民经济中重要的基础工业，模具的设计和制造水平高低是衡量一个国家综合制造能力的重要标志，它决定着产品的质量、效益和新产品的研发能力。模具的冷却系统是其核心部分，决定着模具的寿命、产品生产效率和质量。随形冷却流道是指流道形状随模腔变化而变化的冷却流道，相对于传统冷却流道，随形冷却流道不仅能够提高冷却效率，降低生产成本，而且有利于产品均匀冷却，减少残余应力，防止产品出现翘曲变形等缺陷。增材制造技术，尤其是激光选区熔化(SLM)技术的出现使得随形冷却流道的制造和使用更加方便，应用前景更加广阔。然而，由于随形冷却流道相较于传统直线型流道形状更加复杂，其在一定程度上会阻碍冷却液体的循环效率，而且当冷却液体中混入一些杂质时会吸附沉积在随形冷却流道的拐角处，严重时导致冷却流道堵塞，模具冷却系统无法正常工作，降低产品质量和生产效率。

疏水材料是一种具有低表面能的材料，它与液滴表面润湿角大于90°。当形成的疏水表面具有微纳级粗糙结构时会增大其润湿角(大于150°),形成超疏水表面。近些年，疏水材料的研究引起广泛关注，这得益于其良好的特性：防腐蚀、减阻和自清洁等。由于金属标准电极点位低，金属表面对水及水溶液多具有较好的润湿性，易吸附杂质及污染物。通过向金属管道内表面涂覆疏水涂层可以保护管道内壁清洁，减小冷却液体流动阻力，避免冷却流道阻塞。同时，对于由化学性质较为活泼的金属制成的模具，通过对随形冷却流道表面涂覆的疏水涂层可以防止流道表面发生金属腐蚀，增加模具的使用寿命。当前，国内外尚无相关研究将疏水涂层和随形冷却流道技术相结合，以解决冷却流道阻塞等问题，进一步提升冷却流道冷却效率。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种具有疏水作用的随形冷却流道及其制造方法，其中通过对关键的随形冷却流道内壁涂层的材料种类、以及相应金属材料与非金属材料的成形工艺(包括整体工艺流程的设置，各个成形工艺具体的种类，各个成形工艺所采用的参数条件等)进行改进和优选，可制备得到具有疏水作用涂层的随形冷却流道，有效利用该随形冷却流道的自清洁以及减阻作用，解决模具冷却系统冷却效率低、随形冷却流道易堵塞以及表面金属易腐蚀等技术问题；并且，本发明通过SLM与SLS的配合得到复合成形方法，利用该复合方法使得疏水涂层与模具金属本身具有良好的粘连效果，能够确保制得的具有疏水作用涂层的随形冷却流道能够经得起冷却介质的冲刷，具有良好的稳定性及使用寿命。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种具有疏水作用的随形冷却流道的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将基体树脂材料、粉体、助剂添加到溶剂中，经过搅拌稀释、分离、洗涤、以及烘干后得到疏水涂层粉末材料，作为与疏水涂层相对应的增材制造原料；

(2)利用三维设计软件设计带有随形冷却流道部分的模具的三维模型，然后再将该三维模型导入到切片软件中进行切片处理，每层切片中根据不同轮廓区域所对应的材料的不同分为金属模具目标区和疏水涂层目标区两个区域；