一種加固型快速粉末冶金模具制造方法技術

一種加固型快速粉末冶金模具的制造方法，包括以下步驟：制備粉末材料；制作模具的型芯模型；制作金屬網架；制坯；取出壓坯并去除壓坯中的型芯；燒結；表面處理。由于壓坯內含有金屬網架。本發明專利技術具有如下特點：通過網架結構提高模具的綜合機械性能，不需要激光等復雜、精密的貴重設備。在型腔附近，建立與其表面大體平行且密度較大的網格，特別是可以通過布置高密度懸臂筋，對周邊粉體起支撐加強的作用，提高型腔表面性能。制作工藝簡單，成本低。不需要ＣＡＤ　　ＳＴＬ數據切片掃描來控制模具制作過程，制作速度快。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及的是模具的制造方法，尤其是。
技術介紹
粉末冶金成形技術，就是將幾種顆粒或粉末狀的金屬或金屬與非金屬材料均勻混合后的粉末材料置于型腔模型內，通過壓制成形、燒結、后處理等工序，獲得所需制品的工藝方法。粉末冶金與金屬的熔煉及鑄造方法有本質的不同。它是先將均勻混合的粉料壓制成形、借助于粉末原子間吸引力與機械咬合作用，使制品結合為具有一定強度的整體，然后再在高溫下燒結，由于高溫下原子活動能力增強，使粉末接觸面積增多，同時通過原子擴散，進一步提高了粉末冶金制品的強度，并獲得與一般合金相似的組織。粉末冶金成形技術作為一種應用廣泛的精密成形技術，具有少無切屑加工、材料利用率高、制造過程清潔高效、生產成本低的優點，并可制造形狀復雜和難以加工的產品。粉末冶金成形技術通過靈活可變的材料配方實現零件的獨特性能，特別適用于復合材料的制備。實踐表明，通過對批量生產過程的精確控制，可使粉末冶金產品達到很高的精度并兼有良好的尺寸一致性。經精整后的零件精度達IT6-IT7級，經復壓復燒精整后的零件精度可達IT5-IT6級。粉末冶金齒輪的精度可達滾齒加工的相同精度。粉末冶金零件的表面粗糙度可達到Ra1.0-6.3。粉末冶金成形還具有以下優點1、可制造金屬與金屬、金屬與非金屬的復合材料。不同材料的組合，便于利用每一種材料的特性。2、能制成難熔合金(如鎢-鉬合金)或難熔金屬及其碳化物的粉末制品(如硬質合金)，金屬或非金屬氧化物、氮化物、硼化物的粉末制品(如Al2O3陶瓷、氮化硅陶瓷等)。它們用一般熔煉和鑄造方法很難生產。3、能制成由互不溶解的金屬或金屬與非金屬組成的偽合金。如銀鎢合金、銅鎢合金、銀鋁合金等。可直接制出質量均勻的多孔性制品，如含油軸承、過濾元件等。4、可直接制出尺寸準確、表面光潔的零件，如油泵齒輪等，一般可省去或大大減少切削加工工時，使之材料利用率高，能顯著降價制造成本。但是，現有粉末冶金成形技術還存在一些明顯的缺點由于粉末冶金制品內部總存在空隙，因此其力學性能較差，其強度比相應的鍛件或鑄件低約20％-30％。因此當采用現有粉末冶金成形技術制作模具時，上述缺點將直接影響模具的使用壽命。
技術實現思路
本專利技術的目的是針對上述粉末冶金成形制品存在的不足，提供一種加固型快速粉末冶金模具的制造方法。本專利技術加固型快速粉末冶金模具的制造方法，其特征在于一、制備粉末材料例如鐵基合金、不銹鋼粉等；二、制作模具的型芯模型可采用石臘、木材、樹脂、金屬等作為結構材料；三、制作金屬網架金屬網架的外部總體形狀一般與模具形狀基本相同，但尺寸略小，四、制坯1)向鋼制壓坯陰模底面放入深度為5-20mm粉末料，并且適當壓實；2)在金屬網架上涂以粘結劑，在型芯上與型腔接合部位涂以脫模劑；3)將金屬網架和型芯放入鋼制壓坯陰模中；4)向鋼制壓坯陰模中放入剩余粉末材料，并且進行壓實，單位壓力隨粉末材料、型芯、模具形式和尺寸不同而不同，一般可達500MPa左右；五、將壓坯從鋼制壓坯陰模中取出，并去除壓坯中的型芯；六、燒結將步驟五獲得的壓坯放入爐子中進行燒結，保持通以保護性氬氣或氮氣或混以少量氫氣以防氧化，首先緩慢加熱至粉體熔點75％左右，然后保溫3-5小時，確保粉體之間、粉體與網架之間很好地焊合，最后緩慢冷卻至室溫后取出，即成為模具坯體，需要指出的是，不同的粉體材料燒結工藝有所差別，例如，某些鐵基合金需要以正火方式冷卻。七、表面處理將步驟六的模具坯體按常規工藝進行表面滲銅、拋光等處理，制成模具。所述金屬網架的網格形式和密度可以根據需要進行調整，建立與表面大體平行且密度較大的網格，離型腔表面越遠，各層網格的間距逐漸變大。所述金屬網架可以在容易出現磨損的型腔表面附近布置較高密度懸臂筋，懸臂筋的懸臂端距離模腔表面約為5-15mm，進一步對周邊粉體起支撐加強的作用；所述金屬網架距離型腔附近的網格材料可以選擇與粉體接近的成分，以便燒結時相互之間能較好地焊合。對于注塑模等，所述步驟三制作的金屬網架內可設有冷卻系統。所述的冷卻系統是多層水冷管網或由鈹銅等高導熱性材料構成的多層冷卻網，相鄰層之間間距為10至100mm，視模具尺寸、冷卻網形式與尺寸及型腔復雜程度不同而定；所述冷卻系統是與型芯表面走向一致的水冷管網或由鈹銅等高導熱性材料構成的冷卻網，并在三維空間上環繞模具型腔。所述多層水冷卻管網的每層水冷網是相互獨立水路。當試模發現問題后，可以對各層水冷網進行不周的溫度控制，取得最佳的運水方式。本專利技術加固型快速粉末冶金模具的制造方法設計科學，具有如下特點1)由于壓坯內含有金屬網架，通過網架結構提高粉末冶金快速模具的綜合機械性能，不需要激光等復雜、精密的貴重設備。2)在型腔附近，建立與其表面大體平行且密度較大的網格，特別是可以通過布置高密度懸臂筋，對周邊粉體起支撐加強的作用，提高型腔表面性能。3)這種冷卻系統形式可以根據型腔形狀進行最佳配置，完全可以避免受常規模具加工方法限制而不得不走直線的不合理形式。預置多層冷卻系統，通過各層獨立控制的多層冷卻網將熱量逐層帶出，模具溫度相對均勻，控制靈活，試模后調整方便，從而顯著增強模具使用性能、大大提高熱傳導速率、延長模具使用壽命、顯著提高生產力。4)制作工藝簡單，成本低。5)不需要CAD STL數據切片掃描來控制模具制作過程，制作速度快。本專利技術加固型快速粉末冶金模具的制造的具體方法由以下附圖和實施例詳細給出。附圖說明圖1是金屬網架加固粉體的結構示意圖；圖2是型腔附近金屬網格有規則變化的金屬網架結構示意圖；圖3是型腔附近設有高密度懸臂筋的金屬網架結構示意圖；圖4是模具型腔內預置多層水路的結構示意圖。具體實施例方式實施例一、制備粉末材料采用鐵基合金Fe-0.77％C-1％Cu，200目粒度；二、制作模具的型芯采用T8碳素工具鋼制作型芯1，如圖1所示；三、制作金屬網架采用GB/T3206-1982，45號硬狀態優質碳素結構鋼絲，鋼絲直徑Φ1.20，將鋼絲焊接成金屬網架2，離型腔表面越遠，各層網格的間距逐漸變大(見圖2)，同時在型腔表面附近布置懸臂筋3(見圖3)，懸臂筋3的懸臂端與型腔表面的距離為5mm，進一步對周邊粉末材料4起支撐加強的作用；四、多層冷卻系統設置如圖4所示，在金屬網架2上距型腔表面10mm處植入兩層高導熱率鈹銅線5(QBe2Φ3mm)，使其與型腔表面走向一致并在三維空間上環繞模具型腔，兩層高導熱率鈹銅線5相距為10mm。五、制坯1)向已安裝在油壓機工作臺上的鋼制壓坯陰模6底面放入深度為5mm的粉末材料4，并且適當壓實；2)將型芯1、含多層冷卻系統鈹銅線5的金屬網架2放入陰模6內，在型芯1上與型腔接合部位涂以脫模劑，以使燒結前進行脫模；3)向陰模6中放入剩余粉末材料5(見圖1)，并且進行壓實，取單位壓制力為500MPa，壓坯密度接近或達到6.0g/cm3。六、從陰模6中取出壓坯，并去除壓坯中的型芯1；七、燒結 將壓坯放入爐子中進行燒結，在燒結過程中，保持通以氮氣并混以少量氫氣以防氧化，燒結過程分為以下幾個階段。1)預燒階段。緩慢加熱至950度。粉末顆粒吸附的氣體所含的水分在加熱到100度以后將會被蒸發，并被爐子中的保護氣氛帶出；粉末在壓制中會產生相當大的內應力。在脫模時，一部分內應力殘留在壓坯內部，當壓坯受熱時，這部本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種加固型快速粉末冶金模具的制造方法，其特征在于：一、制備粉末材料：例如鐵基合金、不銹鋼粉等；二、制作模具的型芯模型：可采用石臘、木材、樹脂、金屬等作為結構材料；三、制作金屬網架：金屬網架的外部總體形狀一般與模具形狀 基本相同，但尺寸略小；四、制坯：１）向鋼制壓坯陰模底面放入深度為５－２０ｍｍ粉末材料，并且適當壓實；２）在金屬網架上涂以粘結劑，在型芯上與型腔接合部位涂以脫模劑；３）金屬網架和型芯放入鋼制壓坯陰模中； ４）向鋼制壓坯陰模中放入剩余粉末材料，并且進行壓實，單位壓力隨粉末材料、型芯、模具形式和尺寸不同而不同，一般可達５００ＭＰａ左右；五、將壓坯從鋼制壓坯陰模中取出，并去除壓坯中的型芯；六、燒結：將步驟五獲得的壓坯放入爐子中進行 燒結，保持通以保護性氬氣或氮氣或混以少量氫氣以防氧化，首先緩慢加熱至粉體熔點７５％左右，然后保溫３－５小時，確保粉體之間、粉體與網架之間很好地焊合，最后緩慢冷卻至室溫后取出，即成為模具坯體，需要指出的是，不同的粉末材料燒結工藝有所差別，例如，某些鐵基合金需要以正火方式冷卻。七、表面處理：將步驟六的模具坯體按常規工藝進行表面滲銅、拋光等處理，制成模具。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：伍曉宇，李積彬，梁雄，
申請(專利權)人：深圳大學，
類型：發明
國別省市：94[中國|深圳]