电弧喷涂汽车覆盖件冲压模具快速制造方法技术

本发明专利技术公开了一种金属电弧喷涂汽车覆盖件冲压模具快速制造方法。该方法以金属电弧喷涂技术为主，结合玻璃钢成型、环氧树脂成型、电刷镀等技术实现了汽车覆盖件模具的快速制造，为新车型开发中的样车试制、覆盖件模具试制提供了快速、经济的服务手段。该方法包括，喷涂母模准备、基体处理、金属电弧喷涂、背衬材料填充、电刷镀等工艺步骤，最终形成的模具在横断面上呈现梯度层状结构，各结构层具有不同的机械性能，有利于发挥材料特性，既保证了模具整体性能要求，又简化了工艺、降低了成本。该方法可为２００辆样车试制提供覆盖件样件，同时可为正式生产用钢模具提供经过验证的设计数据。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于先进制造
，涉及快速模具制造方法，特别涉及一种。
技术介绍
所谓快速模具制造技术是针对传统的CNC加工的钢模具而言的。快速模具(或称简易模具)一般具有制模周期短、成本低的特点，适用于新产品试制或小批量生产。以往经常用于汽车覆盖件简易模具制作的工艺主要有低熔点合金模、锌基合金模、环氧树脂模等。这些方法在实际工程中都得到较好的应用，但仍然存在一定的缺点，如低熔点合金模需要在专门的熔箱中浇铸，工艺复杂，且要求先有冲压件样品，不适宜新车型开发，浇铸时钣金样件的热膨胀变形会影响模具精度；锌基合金浇铸温度一般在400℃以上，对浇铸工艺和模型要求较高，一般只用来制作冲压凹模；环氧树脂模制造工艺相对简单，但强度、表面耐磨性稍差。本专利技术提出的金属电弧喷涂模具快速制造技术具有以下特点1)工艺简单，制模周期短，成本低，特别适合于新品开发和小批量生产，符合日趋激烈的市场竞争的需求；2)复型性好，对模型材料要求较低，能在金属、木材、塑料、石膏等多种材料制作的模型表面喷涂；3)制模精度高，在适当的喷涂工艺条件下基本无热变形问题；4)对模具尺寸适应性强，从数平方毫米到数平方米的尺寸范围内都可进行喷涂成型；5)通过多种工艺方法结合，最终形成的模具在横断面上呈现梯度结构，各结构层具有不同的机械性能，既满足了模具强度要求，又降低模具制造成本；6)能与RP技术很好结合，提高新产品开发效率。金属电弧喷涂模具快速制造主要涉及金属电弧喷涂、玻璃钢成型、环氧树脂成型、电刷镀等
技术介绍
。金属电弧喷涂是以两根分别接直流电源正负极的金属丝(Φ2-3mm)作自耗性电极，利用其端部产生的电弧将自身熔化；处于电弧点正后方的喷嘴射出高速、高压空气使熔化的金属脱离且雾化成微粒，最后以极高速度撞击基体表面，扁平化，形成光滑、致密、低气孔率的高质量金属涂层。玻璃钢是一种以不饱和聚酯树脂为粘结剂、以玻璃纤维和玻璃布为增强材料粘结而成的复合材料，它具有成型性好、单位重量强度比高等优点，被大量用作结构件和蒙皮、外壳等构件。环氧树脂具有流动性较好、粘接力强、固化收缩性小、机械性能高等优良性能，能与固化剂、改性剂及各种填料组成不同性能的加固填充材料，在模具制造领域得到越来越多的应用。环氧树脂混合料由环氧树脂、固化剂、和填料组成。混合体中填料的作用是调节环氧树脂固化过程，改善固化体的机械和物理性能。电刷镀技术是应用电化学沉积原理，在导电工件表面快速沉积一定厚度镀层的表面强化技术。通过在零部件的表面制备一层电刷镀层，可以极大地提高零部件表面的硬度、强度、耐磨、耐蚀和抗高温氧化等性能。
技术实现思路
本专利技术基于快速原型技术、高速数控加工技术、电弧喷涂技术、玻璃钢成型技术和电刷镀技术提出一种金属，该方法可以应用于各种制造领域，其中汽车制造业是其最重要的应用领域。本专利技术所提出的金属，是一种高效、低成本的快速制造半金属模具的方法，利用本专利的快速制模方法制造模具，加工周期是传统NC的1/3～1/10，费用为传统NC的1/3～1/5或更低。将电弧喷涂技术、玻璃钢成型技术、环氧树脂成型技术和电刷镀技术结合在一起，使最终形成的模具在横断面上呈现梯度结构，各结构层具有不同的机械性能和作用，既保证了模具整体性能要求，又简化了工艺、降低了成本。本专利技术提出的金属，实际上是一种复型方法，其特征在于包括以下步骤1)用于喷涂复型的模具原型根据具体应用情况，有三种可能的获取途径①采用快速原型(RP-Rapid Prototyping)制造技术直接成型；②采用数控设备加工非金属原型(如石膏、塑料、木材等)；③采用已有冲压零件，适当地进行工艺面补充，直接用作喷涂模型。2)模具制造的技术途径是①将RP原型或由其翻制的过渡模型或数控加工得到的非金属模型或零件实物样件进行表面抛光，然后均匀地涂上一层脱模剂；②将经基体处理后的上述模型或样件进行金属电弧喷涂形成具有一定厚度的金属薄壳。工作过程中喷枪的轴线始终与工作点处的曲面保持垂直。③玻璃钢加强。在喷涂好的金属薄壳北面裱糊一定厚度的玻璃钢加强层，以提高模具型腔抗弯曲和抗剪切性能。④填充背衬材料。将环氧树脂-增强纤维-金属粉混合物等背衬材料浇入喷涂好的模具型腔和预备好的金属模框内，根据需要埋设嵌入件。待环氧树脂固化后，剩余部分以高强度快干水泥填充，以降低模具制造成本。⑤模具表面电刷镀强化脱模后，在模具工作表面电刷镀高硬度合金，以提高模具表面硬度和耐磨性。⑥通过以上工艺路径，最终形成的模具在横断面上呈现梯度结构，即各结构层具有不同的机械性能刷镀层提高模具表面硬度和耐磨性；金属喷涂层形成金属型面，具有较好的修磨性；玻璃钢层增加模具的抗拉、抗剪性能；环氧树脂层提高模具的整体抗压能力；高强度水泥在不减小模具强度情况下，可以降低模具制造成本。附图说明图1是本专利技术“金属”的技术路线图。图2是本专利技术的工艺步骤示意图，其中(a)模型准备；(b)金属电弧喷涂形成一定厚度的金属薄壳；(c)玻璃钢加强；(d)浇注背衬材料；(e)模具工作表面电刷镀；(f)完成的金属电弧喷涂模具。图3是采用本专利技术工艺制成的模具断层梯度结构示意图。具体实施例方式以下结合附图和专利技术人依据本专利技术技术方案给出的实施例，对本专利技术作进一步的详细描述。1)模具制造的技术途径参见图1，利用本专利技术进行冲压模具快速制造的技术途径是①将RP原型或由其翻制的过渡模型或数控加工得到的非金属模型或零件实物样件进行表面抛光，然后均匀地涂上一层脱模剂；②将经基体处理后的上述模型或样件进行金属电弧喷涂形成具有一定厚度的金属薄壳；③在喷涂好的金属薄壳背面裱糊一定厚度的玻璃钢加强层，以提高模具型腔抗弯曲和抗剪切性能；④将环氧树脂-增强纤维-金属粉混合物等背衬材料浇入喷涂好的模具型腔和预备好的金属模框内，根据需要埋设嵌入件；待环氧树脂固化后，剩余部分以高强度快干水泥填充；⑤脱模后，在模具工作表面电刷镀高硬度合金，以提高模具表面硬度和耐磨性。2)模具制造工艺步骤说明，参见图2所示。①喷涂母模准备根据具体情况，喷涂母模可由不同方法获得。在新产品开发时，一般首先得到模具CAD数据，然后采用RP快速成型技术得到喷涂模具母模，这种方法周期短，非常适用于中小模具开发，但用于大型模具试制，成本较高。为了降低成本，大型模具喷涂母模也可采用石膏毛坯数控加工获得，与RP原型相比成本有所降低，但周期会延长。在已经具有实物样件，进行仿制或反求时，也可直接在样件上进行喷涂，或由样件翻制石膏过渡模型，然后再喷涂。②基体处理基体处理的目的是，在喷涂阶段使涂层与模型之间有较好的结合力，不至出现鼓包、剥离等缺陷，当金属喷涂完成后，又可使得涂层与模型之间易于分离脱模。为此研发了金属电弧喷涂制模专用脱模剂。③金属电弧喷涂金属电弧喷涂是以两根分别接直流电源正负极的金属丝(Φ2mm)作自耗性电极，利用其端部产生的电弧将自身熔化；处于电弧点正后方的喷嘴射出高速、高压空气使熔化的金属脱离且雾化成微粒，最后以极高速度撞击基体表面，扁平化，形成光滑、致密、低气孔率的高质量金属涂层。影响涂层机械性能的电弧喷涂工艺参数主要有，电弧电压、电弧电流、雾化空气压力、喷涂距离、喷枪移动速度等。经过反复试验确定如下工艺参数电压26V～34V，电流90A～110A，空气压力0.5Mpa～0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属电弧喷涂汽车覆盖件模具快速制造方法，将电弧喷涂技术、玻璃钢成型技术、环氧树脂成型技术和电刷镀技术结合，使最终形成的模具在横断面上呈现梯度结构；其特征在于，包括以下步骤：１）喷涂母模准备和基体处理喷涂母模可由下述方法获 得：①直接采用模具ＲＰ（Ｒａｐｉｄ　Ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ）原型或由ＲＰ原型翻制的石膏过渡模作为喷涂母模；②采用石膏、木材、塑料等非金属材料数控加工获得大型模具喷涂母模；③直接在实物样件上，或由样件翻制石膏过渡模型上 进行喷涂；对以上方法获得的母模表面抛光处理，然后均匀地涂上一层脱模剂；２）金属电弧喷涂对处理后的母模表面进行金属电弧喷涂，形成一定厚度的金属喷涂薄壳，该薄壳构成冲压模具型面；喷涂过程中喷枪的轴线始终与工作点处的曲面保 持垂直；３）背衬材料填充在喷涂好的金属薄壳背面裱糊玻璃钢加强层，然后以质量比为２∶１∶３的环氧树脂－增强纤维－金属粉混合物作为背衬材料，浇入喷涂好的模具型腔和预备好的金属模框内；在浇注前，根据需要埋设嵌入件；待环氧树 脂固化后，型腔空余部分以高强度快干水泥填充；４）电刷镀脱模后，在模具工作表面电刷镀高硬度合金层，以提高表面硬度和耐磨性；５）最终形成的模具在横断面上呈现梯度层状结构，各结构层具有不同的机械性能。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱东波，王伊卿，卢秉恒，何仲云，史东才，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]