[发明专利]喷射成形快速制造模具的设备及制造模具的方法

说明书

本发明涉及一种喷射成形快速制造模具的设备及制造模具的方法。所述设备包括腔体、感应熔炼炉、中间包、雾化喷射机构、陶瓷接收器与加热装置的整体、三维倾转装置、升降装置、轴向压缩装置、惰性气体淬火装置、数个操作手柄及操作手套。所述方法是：对陶瓷接收器表面喷射成形工模具钢在腔体内轴向压缩，完全消除孔隙、完全复制陶瓷接收器表面几何形貌和光洁度；冷却管道在喷射成形过程中放入或模具不含冷却管道时，对轴向压缩的工模具钢在腔体内直接气体淬火成马氏体组织，腔体外机加工出外廓和回火；也可在轴向压缩后，将工模具钢取出腔体退火、机加工出冷却管道和外廓、淬火和回火。本发明能够可靠彻底地消除模具中的孔隙，获得完全精确的模具型腔。

技术领域

本发明涉及模具制造领域，特别涉及一种喷射成形快速制造模具的设备及制造模具的方法。

背景技术

常规模具制造技术以退火态工模具钢材为原料，经过精密数控加工中心内的铣、车、刨、磨等一系列冗长、繁杂的工序，获得粗加工的型腔和近终的模具外廓尺寸，接着真空淬火，再经过精密数控电火花加工，得到近终尺寸的型腔，之后再经过修磨抛光，达到最终尺寸和光洁度的型腔以及外廓，最后真空回火，获得最终模具产品。为了克服常规模具制造技术生产周期长、成本高、能耗高、设备投入大等缺点，近十几年出现了一种新型的模具制造技术—喷射成形模具制造，用高压惰性气体将液体工模具钢雾化成几十微米的液态小颗粒，这些液态小颗粒在被雾化气体携带到陶瓷接收器表面的过程中冷却成半固态，并沉积在具有被制造模具型腔反版几何形貌的陶瓷接收器表面，陶瓷接受器表面的几何形貌被完全精确复制，这样通过一步喷射成形制造出所需要的模具，大大缩短生产周期、降低成本、能耗、设备投入。尽管过去十几年喷射成形模具制造技术的研究获得了长足进展，但是下述问题的存在，依然制约着喷射成形模具性能的优化和制造成本的进一步降低：1)现有的方法，包括加热陶瓷接收器表面，或喷射成形刚开始时采用高的液相含量，均不能可靠地、完全彻底地消除喷射成形工模具钢与陶瓷接收器界面处的喷射成形工模具钢中的孔隙，因为这两种方法均基于提高界面处的喷射成形工模具钢中液相含量，依靠液相充填和粉末重排消除孔隙，在没有外加压力的情况下，这种消除孔隙的方式是不可靠的、对孔隙的消除也是不完全的，界面处的喷射成形工模具钢正好是模具的工作面，孔隙的存在降低了模具的硬度、耐磨性、使用寿命等；在没有外加压力的情况下，除界面处外其它部位的喷射成形工模具钢中的孔隙也很难完全消除；整个喷射成形工模具钢中孔隙的存在降低模具的塑性；2)陶瓷接收器表面一些几何形貌对雾化粉末沉积时的遮挡效应，使得有些几何形貌不能被沉积粉末完全复制，造成喷射成形模具型腔与设计所要求的模具型腔几何形貌与尺寸的偏差；3)喷射成形工模具钢在喷射成形设备腔体内的陶瓷接收器上原位冷却，被加热的陶瓷接收器降低喷射成形工模具钢的冷速，使喷射成形工模具钢在冷却后不能形成完全的马氏体组织，降低回火后的硬度；喷射成形工模具钢在设备腔体外重新奥氏体化、淬火成完全的马氏体组织，又增加了生产成本。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种喷射成形快速制造模具的设备，解决上述喷射成形制造模具过程中的问题。为解决现有技术存在的上述第一和第二个问题，本发明在喷射成形设备的腔体中放置一个可对喷射成形工模具钢进行轴向压缩的装置，喷射成形结束后立即将喷射成形工模具钢移动到该轴向压缩装置上，通过轴向压缩过程中喷射成形工模具钢的塑性流动可靠地、完全彻底地消除整个喷射成形工模具钢中的孔隙，通过轴向压缩过程中喷射成形工模具钢的塑性流动完全填充陶瓷接收器表面几何形貌；为确保喷射成形工模具钢在塑性流动过程中对孔隙和表面几何形貌的彻底充填，在轴向压缩过程中持续对喷射成形工模具钢进行加热，保持喷射成形工模具钢处于半固态或接近固相线温度的高温固态；为达到对喷射成形工模具钢持续加热的目的，将陶瓷接收器与加热装置制作成一个整体，将陶瓷接收器表面的喷射成形工模具钢以及陶瓷接收器与加热装置的整体一起移动到轴向压缩装置上。为解决现有技术存在的第三个问题，本发明在喷射成形设备的腔体内放置一个高压惰性气体淬火装置，轴向压缩结束后立即将喷射成形工模具钢从陶瓷接收器表面移出，直接进行高压惰性气体淬火，获得完全马氏体组织。为此，本发明提供一种喷射成形快速制造模具的设备，包括如下部分：

(1)腔体：所述腔体为封闭的腔体，该腔体先抽真空，再充惰性气体；