[发明专利]一种金属模具复合成型方法

说明书

本发明公开了一种金属模具复合成型方法，其步骤包括：a、对金属模具CAD模型进行分层；b、采用步骤a的模型分层信息，驱动数字化无模铸造精密成形设备加工出金属模具基体铸型；c、利用得到的基体铸型，浇注得到金属模具基体；d、对金属模具基体进行预处理；e、根据步骤a中的模型分层信息，驱动多轴激光器在金属模具基体上进行激光熔覆；f、后续处理，最终得到用于零部件成型的金属模具。本发明可实现金属模具的精密、快速制造，制造过程不需其它专用加工设备和工装，模具产品最终只需进行少量精加工甚至不需加工，基本不产生废弃物；成形模具不仅结构内部晶粒细小，性能优良，而且可根据需要获得较好的局部使用性能。

技术领域

本发明涉及一种金属模具成型方法，具体涉及一种结合数字化无模铸造精密成形工艺与激光熔敷工艺的金属模具复合成型方法。

背景技术

激光熔覆成型技术是快速原型技术之一，能够由CAD模型快速地制造出零件的原型，而且能够利用与零件材质一样的粉末直接制造出具有最终使用功能特性的零件。与传统的材料成型方法相比，具有成型零件结构优化、组织性能优良，可实现梯度功能、柔性化程度高和无模近终成型等特点。现有激光熔覆技术在模具制造行业主要用于局部易受磨损、冲击、腐蚀及氧化零部件表面处理或修复，熔覆材料与模具基体冶金结合良好，工件变形小，表层质量稳定，表面硬度、耐磨性、耐腐蚀性显著提高。然而，对于大、中型模具制造来说，由于激光熔覆成型技术是直接堆积金属（耐磨金属和耐高温合金等），熔覆体积大、质量大，消耗金属粉末多，成型时间较长，导致成本高、加工效率低、成形精度不易控制，工艺难度大等问题，目前在国内外主要处于研究阶段。

与之相比，采用快速成形技术完成铸型制造，然后浇注金属熔液得到金属模具的数字化无模铸造精密成形技术，由于其成本低、效率高、精度高等优势，目前在金属模具快速制造领域具有更强的市场竞争力。但由于金属模具表面或局部不同的耐磨、耐蚀、抗氧化等要求，采用数字化无模铸造精密成形技术浇注得到的金属模具铸坯必需经过后续热处理及表面处理等才能投入使用，而我国传统的模具表面处理热技术如堆焊、电刷镀、热喷涂等，由于它们所产生的处理层与金属基体大多为机械结合，结合力较差，而且对工件的抗疲劳强度有一定的影响，导致产品存在寿命短、可靠性差、返修率高等问题。

因此，若将数字化无模铸造精密成形技术与上述的能够实现熔覆材料与基体冶金结合良好的激光熔覆成型技术相结合将是实现大中型金属模具低成本、高效率、高精度、性能优良、柔性化制造的一条有效途径。目前，国内仅有机械科学研究总院先进制造技术研究中心在开展相关技术研究，尚未看到其他机构将无模铸造和激光熔覆方法集成，高效率、高质量、低成本实现金属模具快速制造的相关研究报道。

发明内容

本发明目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提供一种能够低成本、快速、精密、柔性制造出性能优良的金属模具的复合成型方法，尤其适用于企业单件、小批量新产品开发试制过程中的高精度大中型金属模具的快速制造。

发明提供了一种金属模具复合成型方法，该方法包括如下步骤：

a. 根据金属模具性能要求、结构特点等，对金属模具三维CAD模型进行分层，分别得到需采用数字化无模铸造精密成形工艺和激光熔覆工艺进行成型的各部位模型；

b. 根据步骤a中的采用数字化无模铸造精密成形工艺进行成型的各部位模型结构尺寸信息，驱动数字化无模铸造精密成形设备加工出金属模具基体铸型；

c. 利用步骤b得到的金属模具基体铸型，浇注得到金属模具基体；

d. 对金属模具基体进行预处理；

e. 根据步骤a中的需采用激光熔覆工艺进行成型的各部位模型结构尺寸信息，驱动多轴激光器在金属模具基体上进行激光熔覆；

f. 激光熔覆完成后进行后续处理，最终得到用于零部件成型的金属模具。

进一步地，步骤b中的铸型为砂型、石膏型、石墨型或陶瓷型。