一种压铸模具型芯的加工制造方法技术

本发明专利技术公开了一种压铸模具型芯的加工制造方法，该方法针对压铸模具中细长的包裹芯模散热难问题，通过制造双层复合材料芯模，其中内层材料为高热导率的纯铜材料，外层材料为耐热、耐冲蚀的模具钢或耐热钢，可以有效解决这一问题。通过火焰热喷涂法、激光熔覆法、镶嵌法制造双层复合结构。采用本发明专利技术的双金属芯模，比采用Ｈ１３模具钢的芯模，其表面温度降低４０℃左右，能够有效地提高铸件的成品率，同时能减少冷却时间，压铸生产效率提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属零部件的成形加工技术，具体涉及一种压铸模具型芯加工制造方 法，该方法尤其适用于压铸模中细长包裹芯模的加工。
技术介绍
在压铸过程中，模具温度一直是一个影响产品质量及生产效率的重要因素，局部 的高温或者低温会对产品质量和模具寿命有着严重的影响。由于在实际压铸生产过程中， 恶劣的生产环境和金属压铸的特殊性，模具在短时间内需要反复承受骤冷和骤热近300°C 的温差，会产生很大的热应力，极易导致模具开裂，造成模具报废。同时，由于在压铸中，金 属液在液态时浇注，并且需要在模具内冷却到一定温度以下，因此良好的散热也有助于生 产效率的提高。压铸模具在压铸之前以及喷涂料后，要加热到工作温度附近，并且在工作过程中 要保持在选定的温度范围之内。这样才能得到内部质量和外形尺寸稳定的铸件。过高或过 低的温度都会带来一些不良的后果。模具温度过低时会出现下列缺点容易产生冷隔、浇不 足、裂纹、气孔和轮廓不清晰等缺陷；模具表面受到液态金属的强烈加热，型壁内外温差大， 模具容易开裂损坏。模具温度过高时则会造成铸件结晶组织变粗，容易出现针孔和缩松，同 时也会延长冷却时间，降低生产效率。因此，合理的冷却系统对于模具结构和工艺调整至关重要。在实际生产中，通常 采用回路冷却法和点冷法。回路冷却法是采用直线相通相贯的方式，即通过2 3个深孔 连通，然后将一些出口堵塞，形成循环回路。例如专利文献CN2595497Y提供了一种回路冷 却方法，可以有效降低模具温度。回路冷却法的优点在于简单、易行。但也存在下列缺点 1.受型腔结构影响限制，有时无法形成回路；2.无法进行局部温度控制，在模具已完成后， 极难进行冷却位置调整，无法及时有效解决设计不良造成的粘模、冷隔等缺陷；3.冷却水 路距离型腔距离不等，造成型腔表面过冷或过热(产生粘模，缩孔，龟裂等)；4.冷却回路生 锈后，易堵塞且不易修理，回路内部漏水也无法修复；5.遇到模具局部损坏，无法采用镶嵌 法维修；6.加工深孔时有难度。点冷法通常采用中心针管式，中心圆管较小，水压高，外管口径大，形成缓流区，有 利于充分冷却。专利文献CN201346616Y中就公开了一套压铸模的点冷却装置，其装置能控 制模具各区域的温度。点冷却法优点结构简单，效果好，成本低，加工维修方便；试模后可 调整温度梯度极为有效，可随时增减及位置调整；可有效控制冷却点距模具型腔表面的距 离，从而有效控制模温。点冷却法缺点装配不良容易漏水；对于滑块、抽芯等有相对移动 的部分，采用点冷却要充分考虑，精心施工；点冷却要考虑模具强度，太多的冷却孔固然可 以保证模具温度的平衡，但也破坏了模具的强度。然而实际生产中，零件结构复杂，同时受到模具结构等多方面限制，回路冷却法和 点冷却法并不能对所有模具结构都起作用。由于零件结构复杂，同时受到模具结构等多方面限制，回路冷却法和点冷却法并不能对所有模具结构都起作用。如对包含图1所示结构的零件，为制造出中间的一端封闭 的孔，其芯模结构如图2所示，其芯模特点在于其细长且一端被金属液包裹。可以发现，该 芯模属于细长包裹芯，细长包裹芯模是指一端被金属液包围、其直径小于等于15mm、长径比 大于等于1的金属型芯。在压铸过程中图2中的芯模前端被金属液完全包裹，在模具温度 场中属于热量聚集区，应该要加强散热。然而，此芯模由于结构限制，无法使用回路冷却法 和点冷法。因此此芯模在生产中温度就会保持在较高温度上，形成热节，严重影响铸件质量 和模具寿命。给实际生产带来很大的不方便和巨大的经济损失。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供，该方法成本低，效率高， 可以有效解决细长包裹芯模生产中散热难的问题。本专利技术提供的，包括下述步骤(1)细长包裹芯模采用双层复合材料结构设计，内层材料为100°C 600°C的热导 率为393 366瓦/米·度的纯铜，外层材料为H13模具钢或100°C 600°C的热导率为 15 32瓦/米·度的耐热钢，外层材料的厚度控制为0. 2 3mm ；(2)采用火焰热喷涂法、激光熔覆法或镶嵌法在内层材料的表面包裹外层材料火焰热喷涂法的过程如下(Al)对内层材料进行预处理，保证表面清洁和粗糙，清洁等级Sa2. 5 3级，表面 粗糙度Rz60 100 μ m ；(A2)将内层材料预热至180 250°C，使用火焰喷涂枪喷涂外层材料，喷涂后外层 材料的初始厚度留有0. 25 0. 5mm加工余量；激光熔覆法的过程如下(Bi)内层材料表面预处理清洁内层材料表面，并使其粗毛化；(B2)将内层材料表面加热到300 450°C ；(B3)采用预置粉末法进行激光处理，将外层材料熔覆在内层材料表面，外层材料 粉末大小为36 μ m 74 μ m，预置粉末层厚度为1 4mm，激光功率为2 4kW、扫描速度为 3 8mm/s、光斑直径为5 8mm ；(B4)对(B3)得到的芯模进行炉内加热保温，再随炉冷却，以消除熔覆层的残余应 力；(B5)机械加工至要求尺寸；镶嵌法的过程为先加工出外层材料的空腔，其厚度范围为1 3mm，然后再将熔 化后的内层材料浇注至空腔内。本专利技术的思想是改变传统的模具钢制造模具的方法，利用高导热材料与耐热、耐 蚀材料的复合方法制造芯模，内部的高导热率的材料能够快速散去热量，外部耐热、耐蚀材 料能够抵抗铝液或镁液的冲刷。同时在复合材料设计及复合方法方面进行创新。具体而言， 本专利技术具有以下技术特点(1)采用纯铜作为芯模材料的基体，同时为了避免纯铜耐冲蚀能力不强，强度不够 的缺点，在其外部使用耐热耐冲蚀的模具钢(如H13钢等)，使得最终加工出来的双金属芯 模具有高强度，耐冲蚀，导热快的优点。(2)对于铝合金零件的压铸生产中的实际使用表明，采用细长的被包裹的双金属 芯模，比采用H13模具钢的芯模，其表面温度降低了 40. 3°C。由于冷却效率提高，使得零件 的压铸周期时间缩短了 15 20%，提高了生产效率。此外，包裹芯模处的铸件内在质量提 高，消除了缩松等缺陷。(3)本专利技术不需在细长包裹芯模模具上另开冷却孔，在不影响模具强度和耐冲蚀 的基础上，通过使用热导率更高的纯铜散热，解决了细长包裹芯模散热难的问题，在降低了 模具生产成本的同时，提高了生产效率和铸件质量。附图说明图1为一种一端含有封闭孔的简单零件结构示意图。图2为图1结构零件配套的芯模；图3即为本专利技术生产的芯模剖面示意图。具体实施例方式下面结合附图和实例对本专利技术作进一步详细的说明。图1所示零件的封闭孔长度为Li，直径为dl，长径比Ll/dl彡1，且dl彡15mm, 为细长孔。因此，压铸模具中需要图2所示的细长芯模来形成图1零件的细长孔。如图3 所示，细长包裹芯模采用双层复合结构设计，并保证内层材料的热导率是外层材料的10倍 以上。这样芯模的热量能够快速从芯模的固定端导出到外部。其中外层1部分所指材料为 H13模具钢或其他耐热钢，2部分内层材料为高热导率的纯铜。内层材料采用纯铜(100°C 600°C的热导率为393 366W/m*°C)，外层采用传统 的模具钢(如H13钢，100°C 600°C的热导率为32 28. 8W/m · °C )或其他耐热钢(100°C 600°C的热导率为15 35W/m · °C )。外层材料的厚度为0. 2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压铸模具型芯的加工制造方法，包括下述步骤：（１）细长包裹芯模采用双层复合材料结构设计，内层材料为１００℃～６００℃的热导率为３９３～３６６瓦／米.度的纯铜，外层材料为Ｈ１３模具钢或１００℃～６００℃的热导率为１５～３２瓦／米.度的耐热钢，外层材料的厚度控制为０．２～３ｍｍ；（２）采用火焰热喷涂法、激光熔覆法或镶嵌法在内层材料的表面包裹外层材料：火焰热喷涂法的过程如下：（Ａ１）对内层材料进行预处理，保证表面清洁和粗糙，清洁等级Ｓａ２．５～３级，表面粗糙度Ｒｚ６０～１００μｍ；（Ａ２）将内层材料预热至１８０～２５０℃，使用火焰喷涂枪喷涂外层材料，喷涂后外层材料的初始厚度留有０．２５～０．５ｍｍ加工余量；激光熔覆法的过程如下：（Ｂ１）内层材料表面预处理：清洁内层材料表面，并使其粗毛化；（Ｂ２）将内层材料表面加热到３００～４５０℃；（Ｂ３）采用预置粉末法进行激光处理，将外层材料熔覆在内层材料表面，外层材料粉末大小为３６μｍ～７４μｍ，预置粉末层厚度为１～４ｍｍ，激光功率为２～４ｋＷ、扫描速度为３～８ｍｍ／ｓ；（Ｂ４）对（Ｂ３）得到的芯模进行炉内加热保温，再随炉冷却，以消除熔覆层的残余应力；（Ｂ５）机械加工至要求尺寸；镶嵌法的过程为：先加工出外层材料的空腔，其厚度范围为１～３ｍｍ，然后再将熔化后的内层材料浇注至空腔内。...

【技术特征摘要】
一种压铸模具型芯的加工制造方法，包括下述步骤(1)细长包裹芯模采用双层复合材料结构设计，内层材料为100℃～600℃的热导率为393～366瓦/米·度的纯铜，外层材料为H13模具钢或100℃～600℃的热导率为15～32瓦/米·度的耐热钢，外层材料的厚度控制为0.2～3mm；(2)采用火焰热喷涂法、激光熔覆法或镶嵌法在内层材料的表面包裹外层材料火焰热喷涂法的过程如下(A1)对内层材料进行预处理，保证表面清洁和粗糙，清洁等级Sa2.5～3级，表面粗糙度Rz60～100μm；(A2)将内层材料预热至180～250℃，使用火焰喷涂枪喷涂外层材料，喷涂后外层材...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴树森，安萍，毛有武，万里，虞康，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]