CN101433952B - 气压式无切削快速成型低熔点合金模具的制作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过用低熔点合金熔体在气体压力的作用下印制母模模型而形成模具型腔的工艺，包括设计母模模型、成型石膏半型、准备低熔点合金熔体、合金A半模气压浇注成型、合金A半模的修整、合金B半模的气压浇注成型、合金A、B二半模的精修及开设压蜡系统和生产用浇注系统等步骤。本发明工艺大大降低了模具型腔的加工难度，提高了模具的制造效率，节约了成本和时间，提高了生产效益，加速了产品的更新换代，且有利于模具的修复和材料的再次利用，节约了资源，提高了材料的利用率。

Description

气压式无切削快速成型低熔点合金模具的制作工艺

技术领域

本发明涉及一种模具型腔成形工艺，尤其涉及一种通过用低熔点合金液体在气体压力的作用下印制母模模型而形成模具型腔的工艺。

背景技术

传统的金属模具制造技术多采用去除合金材料的方法将模具成型，也有通过采用低熔点合金进行重力自然浇注成型来制造合金模具(也称之为低熔点合金模具)。对于前者费时费力，加工难度大；对于后者，由于是重力本身的自然作用，其结果往往造成充型不完整，材料结构不致密，型腔表面粗糙等不足。目前，社会上低熔点合金模具的制造技术不完备，在许多关键环节上还存有工艺、工装的缺失和不合理：比如：①在型腔母模的设计上，对于材质、尺寸精度、综合收缩率、表面粗糙度等技术要求方面有缺失和不合理；②在假型浆料的填充方面，对于如何模型如何定位和形成分型面以及焙烧、修整等工艺等有缺失和不合理；③在合金浇注充型上，如何使液体金属充型的方法缺失和不合理；④合金半模之间的分型与脱模的技术工艺有缺失和不合理；⑤金属半模的修整工艺和手段有缺失和不合理等等一系列的关键环节与关键技术。

发明内容

本发明的目的在于：通过采用人造气体产生的高压，对低熔点合金浇注成型，再进行简易加工形成合金模具的工艺方法，彻底改变以往的低熔点合金模具普遍存有的虽然模具制作效率比直接去除材料方法有所提高，但模具质量却明显下降，直接造成后续生产的产品质量严重下降的现状。达到既提高模具的生产效率和精密复杂程度，又确保模具质量达到要求的目的。

本发明工艺包括以下步骤：

1、设计母模模型：

根据产品毛坯图和实际生产工艺，设计其模母模型，该母模模型所选用材质要求表面硬质光滑，同时能承受400℃以上的高温金属液体的作用冲击与腐蚀，表面平均粗糙度为0.8～1.6um的Ra，尺寸收缩率取1％～3％；

2、成型石膏半型：

包含以下6个步骤：准确定位母模模型在模具框内的位置；配制和灌注石膏浆料；烘干硬化；石膏面的修整；喷涂分型剂；浇注前烘干；

3、准备低熔点合金熔体

选用熔点为400℃以下的低熔点合金成分用坩埚熔炼，加热温度270-300℃；

4、合金A半模气压浇注成型：

将模具分成二半，先要制作的为A模，后制作的为B模；

在制A模前，除合金液体准备好之外，还要准备好其各种辅助装置，如浇包等的涂料和烘干和石膏半模的烘干。浇注前，将石膏半模置于最底部，其次是轻质合金框，工艺框，工艺盖板，上面再放专用的开合式密封罐和浇包；将各联接部位密封好后，进行浇注和加压。合金液体的浇注温度为200-300℃，加压和保压压力0.4-0.8Mpa，保压时间10-30min。

5、合金A半模的修整：

当合金半模A浇注成型后，取下母模模型，对模具有常用机械加工方法进行加工修整；修整完毕之后，将母模模型重新置放原位，喷上分型剂，进行烘干，用于准备浇注B半模；

6、合金B半模的气压浇注成型：

在制作合金B半模前，先将合金熔体与合金A半模以及工艺辅助装置准备好，其余工步1.4步步骤制作A半模那样，使B半模成型；

7、合金A、B二半模的精修；

8、开设压蜡系统和生产用浇注系统。

本发明工艺在准确定位母模模型在模具框内的位置步骤中用高度尺和钢皮直尺等测量工具，根据熔模铸造工业生产时的工艺要求，准确将模型定位在铝合金模具框内。

本发明工艺配制和灌注石膏浆料步骤中石膏粉∶水按重量比为50～60∶40～50配制并注入到模具框内。

本发明工艺中烘干硬化时加热温度为100-160℃，时间为2-4h。

本发明工艺喷涂分型剂过程中所述分型剂为水剂分型剂或油剂分型剂。

本发明工艺所述低熔点合金为熔点低于400℃以下的的锡(Sn)含量30～50的合金。

本发明工艺母模模型与实际产品毛坯形状相似，尺寸略微偏大一点。

本发明所述低熔点合金为Sn50Bi50(Wt％)或Sn50Pb50。

本发明具有以下优点和效果：

1)大大降低模具型腔的加工难度

原先不能制或很难制的一些模具，通过采用本工艺，变得可以制和容易制作了。

2)大大地提高了模具的制造效率

由于模具的型腔是阴模(与实物相反)，而母模模型是阳模(与实物相似)，因此，用本工艺制造蜡模模具等不仅突破了原先难制的障碍，而且使制作效率大大提高，节约了成本和时间，提高了生产效益，加速了产品的更新换代。

3)有利于模具的修复和材料的再次利用

由于含Sn低熔点合金有其良好的焊补性能和其良好的切削性，在模具的生产使用过程中，对其缺陷可方便的进行焊补和修复；对于不再使用的模具，也可进行材料的回炉重熔，通过合金的净化处理再次得到使用。节约了资源，提高了材料的利用率。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明工艺进行详细说明。

本发明的工艺包括如下步骤：

一、设计母模模型

根据产品毛坯图和实际生产工艺，设计其模母模型，该母模模型与实际产品毛坯形状十分相似，但尺寸略微偏大一点，所选用的模型材质要求：表面硬质光滑，同时能承受400度以上的高温金属液体的作用冲击与腐蚀，表面平均粗糙度为0.8～1.6um的Ra，尺寸收缩率取1％～3％。

二、成型石膏半型

包含以下6个步骤：1)准确定位母模模型在模具框内的位置，2)配制和灌注石膏浆料，3)烘干硬化，4)石膏面的修整，5)喷涂分型剂，6)浇注前烘干。

准确定位母模模型在模具框内的位置：用高度尺和钢皮直尺等测量工具，根据熔模铸造工业生产时的工艺要求(尤其是浇口的选择)，准确将模型定位在铝合金模具框内(否则会影响蜡模的脱模，甚至模具无法使用)。

配制和灌注石膏浆料：按照石膏粉(β)∶水按重量比为50～60∶40～50配制并注入到模具框内。

烘干硬化：用电热炉加热石膏，使其脱去水分和硬化。加热温度为100-160℃，时间为2-4h。

石膏面的修整：采用自制的分型器，用利器将石膏型表面修整平，尤其是与母模模型相接触处要严格分型(否则会影响蜡模的脱模，甚至模具无法使用)

喷涂分型剂：用水剂分型剂(如石墨水剂)或油剂分型剂(如重油烟气)进行喷涂，具体选用以在浇注时不产生粘结并且不造成气孔，使表面达到要求为原则。

浇注前烘干：在石膏半模完全成型好并涂好表面分型剂后，于浇注前进行烘干除去水分以备浇注合金。

三、准备低熔点合金熔体

选用合理的低熔点合金成分：锡(Sn)含量30～50％(重量百分比)的合金，坩埚熔炼，加热温度270-300℃。

四、合金A半模气压浇注成型

将模具分成二半，先要制作的为A模，后制作的为B模。

在制A模前，除合金液体准备好之外，还要准备好其各种辅助装置，如浇包等的涂料和烘干和石膏半模的烘干。浇注前，将石膏半模置于最底部，其次是空铝合金框，工艺框，工艺盖板，上面再放专用的开合式密封罐和浇包等。

整个系统都到位和密封好后，进行浇注和加压。合金液体的浇注温度为200-300℃，加压和保压压力0.4-0.8Mpa，保压时间10-30min。

五、合金A半模的修整

当合金半模A浇注成型后，要对其进行修整，修整的目的有二个：一是为使其本身将起生产模具的作用，达到规定的质量；二是用修整好后的合金半模，去印制剩下的合金模，否则达不到所要求的作用和质量。还可用焊补的方法修整。

具体方法是：取下母模模型，对模具有常用机械加工方法进行加工修整；修整完毕之后，将母模模型重新置放原位，喷上分型剂，进行烘干，用于准备浇注B半模。

六、合金B半模的气压浇注成型

在制作合金B半模前，先将合金熔体与合金A半模以及工艺辅助装置准备好，其余工步类似前面制作A半模那样，使B半模成型。

七、合金A、B二半模的精修

当合金二半模都成型之后，这时允许的可修量是很小的，主要修整其成型时的缺陷等，一般不能随意修整，否则将影响AB二半模的耦合性。具体修复方法同前(合金A半模的修整)

八、开设压蜡系统和生产用浇注系统

对于用于生产蜡模的模具，必须开设浇注系统和压蜡系统。(有的浇注系统也可以在设计母模模型时就将其合并在一起，直接成为模型的一个部分。)

压蜡和浇注系统的开设采用常用的机加工方法。

九、合金模的失效修复和改进

低熔点合金模用于生产蜡模，在使用一段时间后，有的出现缺陷和失效；或者为了改进，对局部进行修改。可采用焊补和局部重熔的方法进行。

实施例1：

本实施例选用普通黄铜材质做母模模型，配制和灌注石膏浆料：按照石膏粉(β)∶水按重量比为55∶45配制并注入到模具框内，低熔点合金熔体选用锡Sn含量为50％低熔点合金，分型剂选用石墨水剂，并按上述工艺步骤完成模具的制作。

实施例2：

本实施例选用镁合金做母模模型，配制和灌注石膏浆料：按照石膏粉(β)∶水按重量比为50∶50配制并注入到模具框内，低熔点合金熔体选用Sn50Pb50，分型剂选用重油烟并按上述工艺步骤完成模具的制作。

实施例3：

本实施例选用铝合金做母模模型，配制和灌注石膏浆料：按照石膏粉(β)∶水按重量比为40∶50配制并注入到模具框内，低熔点合金熔体选用Sn50Bi50(Wt％)，分型剂选用柴油烟并按上述工艺步骤完成模具的制作。

Claims (8)

1.一种气压式无切削快速成型低熔点合金模具的制作工艺，其特征在于

1.1设计母模模型：

根据产品毛坯图和实际生产工艺，设计其母模模型，该母模模型所选用材质要求表面硬质光滑，同时能承受400℃以上的高温金属熔体的冲击作用与腐蚀，表面平均粗糙度为0.8～1.6um的Ra，尺寸收缩率取1％～3％；

1.2、成型石膏半模：

包含以下6个步骤：准确定位母模模型在模具框内的位置；配制和灌注石膏浆料；烘干硬化；石膏面的修整；喷涂分型剂；浇注前烘干；

1.3、准备低熔点合金熔体：

选用熔点为400℃以下的低熔点合金成分用坩埚熔炼，加热温度270-300℃；

1.4、合金A半模气压浇注成型：

将模具分成二半，先要制作的为合金A半模，后制作的为合金B半模；

在制合金A半模前，除合金熔体准备好之外，还要准备好各种辅助装置；浇注前，将石膏半模置于最底部，其次依次放置轻质合金框、工艺框、工艺盖板，上面再放专用的开合式密封罐和浇包；将各联接部位密封好后，进行浇注和加压；合金熔体的浇注温度为200-300℃，加压和保压压力0.4-0.8Mpa，保压时间10-30min；

1.5、合金A半模的修整：

当合金A半模浇注成型后，取下母模模型，对合金A半模用常用机械加工方法进行加工修整；修整完毕之后，将母模模型重新置放原位，喷上分型剂，进行烘干，用于准备浇注合金B半模；

1.6、合金B半模的气压浇注成型：

在制作合金B半模前，先将合金熔体与合金A半模以及工艺辅助装置准备好，其余工步按1.4步步骤制作合金A半模那样，使合金B半模成型；

1.7、合金A、B半模的精修；

1.8、将模具开设压蜡系统和生产用浇注系统。

2.根据权利要求1所述的气压式无切削快速成型低熔点合金模具的制作工艺，其特征在于：准确定位母模模型在模具框内的位置步骤中用高度尺和钢皮直尺，所述模具框为铝合金模具框，根据熔模铸造工业生产时的工艺要求，准确将母模模型定位在铝合金模具框内。

3.根据权利要求1或2所述的气压式无切削快速成型低熔点合金模具的制作工艺，其特征在于：配制和灌注石膏浆料步骤中石膏粉∶水按重量比为50～60∶40～50配制并注入到模具框内。

4.根据权利要求1或2所述的气压式无切削快速成型低熔点合金模具的制作工艺，其特征在于：烘干硬化时加热温度为100-160℃，时间为2-4h。

5.根据权利要求1或2所述的气压式无切削快速成型低熔点合金模具的制作工艺，其特征在于：喷涂分型剂过程中所述分型剂为水剂分型剂或油剂分型剂。

6.根据权利要求1或2所述的气压式无切削快速成型低熔点合金模具的制作工艺，其特征在于：低熔点合金为熔点低于400℃、锡含量为30～50Wt％的合金。

7.根据权利要求1或2所述的气压式无切削快速成型低熔点合金模具的制作工艺，其特征在于：母模模型与实际产品毛坯形状相似，尺寸略微偏大一点。

8.根据权利要求6所述的气压式无切削快速成型低熔点合金模具的制作工艺，其特征在于：低熔点合金为Sn50Bi50，即Sn50Wt％，Bi 50Wt％，或Sn50Pb50即Sn50Wt％，Pb50Wt％。