CN113020568A - 一种金属型低压铸造模具冷却装置及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属型低压铸造技术领域，提供了一种模具冷却装置及制备方法，通过设置金属3D打印成型的随形冷却镶块，实现冷却通道与模具内腔表面等距离，可有效提升铸件冷却均匀性，实现铸造模具中铸件的快速顺序凝固。与现有技术相比，冷却效果好，提高了模具和铸件的温度梯度，可以缩短铸造生产节拍，降低局部冷却不均导致铸件产生缺陷可能性，有利于提高铸件关键部位的力学性能；并且在模具下机保养维护时无需反复拆卸和安装，无漏水或漏气风险，从而有效提升铸造产品的成品率和生产效率，有利于生产线6S管理。本发明技术实现的随形冷却的优点使其在金属型铸造领域具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于铸造技术领域，具体涉及一种金属型低压铸造模具冷却装置及其制备方法。
背景技术
金属型低压铸造模具通常由顶模、底模、边模及模架等部件组成，为实现铸件快速顺序凝固，通常的方法是在顶模、底模、底模或边模局部位置设置水冷或者风冷，通过点冷、线冷、面冷等方式调节模具温度场来消除铸造缺陷。如申请号为CN201210089113.4的中国发明专利“汽车轮毂低压铸造真空水冷模具系统”公开了一种铝合金车轮低压铸造模具的水冷装置，该水冷装置包括铜管制成的边模芯管和不锈钢制成的外套管，边模芯管的一端连通输入水管，外套管连通输出水管，边模芯管的另一端同轴套装在外套管内，并在边模芯管和外套管之间留有回水间隙。申请号为CN201110399069.2“一种低压铸造铝合金车轮顶模冷却装置”公开了一种低压铸造铝合金车轮顶模冷却装置，包括不锈钢风管、铜管、冷却铜塞，冷却铜塞上钻有圆形孔，铜管装配在冷却铜塞的圆形孔内，不锈钢风管装配在铜管内部，冷却铜塞、铜管、不锈钢风管相互连接在一起组成的顶模冷却装置。如申请号为CN201911390671.2的中国发明专利“一种模具水冷装置及系统”公开了一种铝合金车轮低压铸造模具的水冷装置，在顶模中心位置、底模中心位置或底模外轮缘位置设置环形水冷盘或者风冷盘。这些冷却装置都是采用不同直径的铜管或者钢管弯曲的方法加工成形，然后装配在模具上加工出来的冷却槽中，通过铜管或者钢管中的低温冷却介质，主要以热传导的方式将模具和铸件中的热量以热交换的方式带走，从而实现对模具和铸件局部冷却的目的。
如果铸件结构不规则，局部位置壁厚差别过大，如铝合金轮毂的轮辐、轮辐与外轮缘相交(热节)处，这就造成了模具上机械加工出来的冷却槽距离模具内腔表面的距离存在不同程度的差异，无法做到随形冷却，难以实现铸件的快速顺序凝固；另外，由于铸件局部壁厚不均匀，在凝固过程中冷却不均匀，经常会在壁厚变化过度区域产生铸造缺陷，甚至因冷却不均导致内应力过大而出现裂纹，如轮辐根部、轮辐与外轮缘交界处等，降低车轮关键受力部位的力学性能。其次在生产中，铸造模具需要经常下机维护保养，这种冷却管需要反复拆卸和安装，不仅影响生产效率，而且存在漏装或者错装的风险，造成不必要的损失。最后这种水冷盘或者风冷盘的铜管与外部冷却介质还需要对接，一般是采用焊接的方法，使用寿命短，而且经常漏水漏气，不仅影响产品质量和生产效率，而且给生产线的6S管理带来诸多麻烦。
因此，有必要提供一种低压金属型铸造随形冷却装置及其制备方法。
发明内容
本发明提供了一种金属型低压铸造模具冷却装置及其制备方法，通过设置金属3D打印成型的随形冷却镶块代替传统的由金属管制成的冷却装置，实现冷却通道与模具内腔表面等距离，可有效提升车轮铸件冷却均匀性，实现铸造模具中铸件的快速顺序凝固，缩短生产节拍；降低局部冷却不均导致铸件产生缺陷的可能性，有利于提高铸件关键部位的力学性能；并且在模具下机保养维护时无需反复拆卸和安装，无漏水或漏气风险，从而有效提升铸造产品的成品率、生产效率和管理水平。
为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
第一方面，
本发明提供一种模具冷却装置，该冷却装置由模仁基座和模仁镶件组成。模仁镶件内部设有冷却通道，模仁镶件和模具相接触处为冷却面；模具冷却位置和冷却面由技术人员根据铸造工艺设计和模具工艺设计确定。其特征在于，使用3D金属打印技术在在模仁基座上打印出带冷却通道和接口的模仁镶件，模仁镶件内部的冷却通道中心与冷却面保持等距离，从而实现模具的随形冷却。
一种制备上述模具冷却装置的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：根据铸造工艺设计，确定需要加装冷却装置的顶模、底模、底模或边模局部位置。
步骤二：根据铸造工艺设计和模具工艺设计，将上述加装冷却装置的模具位置在顶模、底模、底模或边模局部位置设计出模仁，模仁由形状规则的模仁基座和带冷却通道的模仁镶件组成，模仁镶件中带有随形冷却的冷却通道设计。
优选的是，所述的具有随形冷却功能水冷装置的3D金属打印模仁镶件中，所述冷却通道的形状与所述冷却面的形状相同，且模仁镶件内部的冷却通道中心与冷却面保持等距离。
步骤三：选择合适的3D打印金属材料来打印模仁镶件，以及与其成分类似的基座原材料。
优选的是，所述的3D打印金属材料的导热性能良好，且强度、价格适中。
步骤四：将上述基座原材料采用传统的机加工的方式加工出模仁基座，基座上带有安装孔，与顶模、底模、底模或边模可螺栓连接固定。
步骤五：采用3D金属打印技术，在上述加工完成的模仁基座上打印出带有随形冷却通道及其进接口和出接口的模仁镶件。
优选的是，所述的具有随形冷却通道的3D金属打印模仁镶件中，所述冷却通道与冷却面的垂直距离为2～10cm。
优选的是，所述的具有随形冷却通道的3D金属打印模仁镶件中，所述冷却介质的进口与所述出口的尺寸相同。
优选的是，所述的具有随形冷却功能的3D金属打印模仁镶件中，所述冷却介质进口和所述出口的直径均为6～10cm。
步骤六：采用机械加工方法对上述模仁镶件上的冷却通道接口进行加工，以方便冷却通道与模具外部冷却管路连接及防止冷却介质泄露。
优选的是，所述的具有随形冷却通道的3D金属打印模仁镶件中，所述冷却介质进口和所述出口的直径均为6～10cm。
步骤七：将上述加工完成的模仁基座和模仁镶件安装到模具的顶模、底模、底模或边模上。
有益效果：
本发明提高了模具和铸件的温度梯度，可以缩短铸造生产节拍，降低局部冷却不均导致铸件产生缺陷可能性，有利于提高铸件关键部位的力学性能；并且在模具下机保养维护时无需反复拆卸和安装，无漏水或漏气风险，从而有效提升铸造产品的成品率和生产效率，有利于生产线6S管理。本发明实现了模具的随形冷却，对铸造模具和铸件的冷却较均匀，可有效提升铸件局部冷却的均匀性，冷却时间相对于现有技术缩短10％以上，有利于缩短生产节拍，提高生产效率。
附图说明
图1为本发明实施例1中制备的车轮轮芯部位金相组织图。
图2为本发明对比实施例1中制备的车轮轮芯部位金相组织图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。以下的实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。本发明的保护范围并不以具体实施方式为限，而是由权利要求加以限定。
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
实施例1
本实施例的模具用于制备一款22.5英寸车轮，材料为A356.2合金。本实施例所用模具主体材质均为模具钢H13，轮芯部位采用本发明提供的3D打印金属冷却装置用于加强轮芯部位的冷却，其余位置均采用传统的水冷和风冷装置。所用3D打印金属材料为18Ni300模具钢粉末。
按常规的低压铸造方法对实施例1中所述车轮进行试制，具体使用方法如下：
1)前处理：A356.2铝锭经熔化、细化精炼与变质处理、除气、打渣处理，铝液成分满足表1中范围，密度≥2.61g/cm3；模具经过喷砂、喷涂料处理后，加热至350～380℃后上机。
表1 A356.2主要化学成分，wt.％
| Si | Mg | Cu | Ti | Zn | Mn | Fe |
| 6.5～7.5 | 0.25～0.45 | ≤0.1 | ≤0.1 | ≤0.1 | ≤0.1 | ≤0.2 |
2)根据低压铸造压力曲线设定方法设置升液压力为21kPa，时间10s；充型压力36kPa，时间16s；增压4s至800kPa，保压160s，型内冷却35秒。
冷却设计：根据实验车轮铸件的凝固路径依次开启/关闭内轮缘-轮辋-轮辐与外轮缘相交(热节)处-轮辐等各处的风/水冷却，当凝固前沿推进至轮芯位置时 (约145s)，开启对应水冷却，水流量为20L/min，持续时间为30s。
3)打开模具，顶出铸件，完成一个循环，以升液-充型-增压-保压-型内冷却为一循共需要225秒。
采用GB/T228.1-2010中所述方法在对比实施例1合格铸件的轮芯位置取样，每组试样均从不同铸件上制取，试样经T6热处理后对其组织和力学性能进行检测，取样30件测试的力学性能平均值如表2所示。
表2实施例1中所述铸件的力学性能平均值
对比实施例1为实施例1车轮采用传统低压铸造模具工艺所生产的铸件，模具主体材质均为模具钢H13，模具冷却位置均采用传统的水冷和风冷装置。按常规的低压铸造方法对对比实施例1中所述车轮进行试制，具体使用方法如下：
1)前处理：A356.2铝锭经熔化、细化精炼与变质处理、除气、打渣处理，铝液成分满足表1中范围，密度≥2.61g/cm3；模具经过喷砂、喷涂料处理后，加热至350～380℃后上机。
2)根据低压铸造压力曲线设定方法设置升液压力为21kPa，时间10s；充型压力36kPa，时间16s；增压4s至800kPa，保压160s，型内冷却60秒。
冷却设计：根据实验车轮铸件的凝固路径依次开启/关闭内轮缘-轮辋-轮辐与外轮缘相交(热节)处-轮辐等各处的风/水冷却，当凝固前沿推进至轮芯位置时(约145s)，开启对应水冷却，水流量为20L/min，持续时间为30s。
3)打开模具，顶出铸件，完成一个循环，以升液-充型-增压-保压-型内冷却为一循共需要250秒。
采用GB/T228.1-2010中所述方法在对比实施例1合格铸件的轮芯位置取样，每组试样均从不同铸件上制取，试样经T6热处理后对其组织和力学性能进行检测，取样30件测试的力学性能平均值如表3所示。
表3对比实施例1中所述铸件的力学性能平均值
参阅图1-2。图1为本发明实施例1中制备的车轮轮芯部位金相组织图 (100×)，图2为本发明对比实施例1中制备的车轮轮芯部位金相组织图(100×)。如图1-2所示，与图1相比，图2的组织中孔隙率明显提高。从上述实施例1 和对比例1的力学性能测试可以看到，由于实施例1中的随形冷却装置，模具和铸件冷却均匀，因此降低了局部冷却不均导致铸件产生缺陷的可能性，从而提高了铸件轮芯部位的力学性能。
另外，由于本实施例1中随形冷却装置的加强了轮芯处的冷却，提高了模具和铸件的温度梯度，生产节拍由250秒/件缩短至225秒/件，生产效率提高了 10％。
实施例2
本实施例的模具用于制备一款20英寸车轮，材料为A356.2合金。本实施例所用模具主体材质均为模具钢H13，轮芯部位采用本发明提供的3D打印金属冷却装置用于加强轮芯部位的冷却，其余位置均采用传统的水冷和风冷装置。所用3D打印金属材料为316L不锈钢粉末。
按常规的低压铸造方法对实施例1中所述车轮进行试制，具体使用方法如下：
1)前处理：A356.2铝锭经熔化、细化精炼与变质处理、除气、打渣处理，铝液成分满足表1中范围，密度≥2.61g/cm3；模具经过喷砂、喷涂料处理后，加热至350～380℃后上机。
2)根据低压铸造压力曲线设定方法设置升液压力为20kPa，时间10s；充型压力35kPa，时间16s；增压4s至800kPa，保压150s，型内冷却30秒。
冷却设计：根据实验车轮铸件的凝固路径依次开启/关闭内轮缘-轮辋-轮辐与外轮缘相交(热节)处-轮辐等各处的风/水冷却，当凝固前沿推进至轮芯位置时 (约125s)，开启对应水冷却，水流量为22L/min，持续时间为30s。
3)打开模具，顶出铸件，完成一个循环，以升液-充型-增压-保压-型内冷却为一循环共需要210秒。
采用GB/T228.1-2010中所述方法在对比实施例1合格铸件的轮芯位置取样，每组试样均从不同铸件上制取，试样经T6热处理后对其组织和力学性能进行检测，取样30件测试的力学性能平均值如表4所示。
表4实施例2中所述铸件的力学性能平均值
对比实施例2为实施例2车轮采用传统低压铸造模具工艺所生产的铸件，模具主体材质均为模具钢H13，冷却位置均采用传统的水冷和风冷装置。
按常规的低压铸造方法对对比实施例2中所述车轮进行试制，具体使用方法如下：
1)前处理：A356.2铝锭经熔化、细化精炼与变质处理、除气、打渣处理，铝液成分满足表1中范围，密度≥2.61g/cm3；模具经过喷砂、喷涂料处理后，加热至350～380℃后上机。
2)根据低压铸造压力曲线设定方法设置升液压力为20kPa，时间10s；充型压力35kPa，时间16s；增压4s至800kPa，保压160s，型内冷却60秒。
冷却设计：根据实验车轮铸件的凝固路径依次开启/关闭内轮缘-轮辋-轮辐与外轮缘相交(热节)处-轮辐等各处的风/水冷却，当凝固前沿推进至轮芯位置时 (约125s)，开启对应水冷却，水流量为22L/min，持续时间为30s。
3)打开模具，顶出铸件，完成一个循环，以升液-充型-增压-保压-型内冷却为一循环共需要250秒。
采用GB/T228.1-2010中所述方法在对比实施例1合格铸件的轮芯位置取样，每组试样均从不同铸件上制取，试样经T6热处理后对其组织和力学性能进行检测，取样30件测试的力学性能平均值如表3所示。
表5对比实施例2中所述铸件的力学性能平均值
从上述实施例2和对比例2的性能测试可以看到，铸件的力学性能提高，此外由于本实施例2中随形冷却装置的加强了轮芯处的冷却，提高了模具和铸件的温度梯度，生产节拍由250秒/件缩短至210秒/件，生产效率提高了16％。
实施例3
本实施例的模具用于制备一款22.5英寸车轮，材料为A356.2合金。本实施例所用模具主体材质均为模具钢H13，轮辐和轮芯部位采用本发明提供的3D打印金属冷却装置用于加强轮辐和轮芯部位的冷却，其余位置均采用传统的水冷和风冷装置。所用3D打印金属材料为18Ni300模具钢粉末。
按常规的低压铸造方法对实施例3中所述车轮进行试制，具体使用方法如下：
3)前处理：A356.2铝锭经熔化、细化精炼与变质处理、除气、打渣处理，铝液成分满足表1中范围，密度≥2.61g/cm3；模具经过喷砂、喷涂料处理后，加热至350～380℃后上机。
4)根据低压铸造压力曲线设定方法设置升液压力为21kPa，时间10s；充型压力36kPa，时间16s；增压4s至800kPa，保压160s，型内冷却30秒。
冷却设计：根据实验车轮铸件的凝固路径依次开启/关闭内轮缘-轮辋-轮辐与外轮缘相交(热节)处-轮辐等各处的风/水冷却，当凝固前沿推进至轮辐位置时 (约120s)，开启对应水冷却，水流量为15L/min，持续时间为30s；当凝固前沿推进至轮芯位置时(约130s)，开启对应水冷却，水流量为20L/min，持续时间为 30s。
3)打开模具，顶出铸件，完成一个循环，以升液-充型-增压-保压-型内冷却共需要220秒。
采用GB/T228.1-2010中所述方法在对比实施例1合格铸件的轮辐和轮芯位置取样，每组试样均从不同铸件上制取，试样经T6热处理后对其组织和力学性能进行检测，取样30件测试的力学性能平均值如表6所示。
表6实施例3中所述铸件的力学性能平均值
对比实施例3为实施例3车轮采用传统低压铸造模具工艺所生产的铸件，模具主体材质均为模具钢H13，冷却位置均采用传统的水冷和风冷装置。
按常规的低压铸造方法对对比实施例3中所述车轮进行试制，具体使用方法如下：
1)前处理：A356.2铝锭经熔化、细化精炼与变质处理、除气、打渣处理，铝液成分满足表1中范围，密度≥2.61g/cm3；模具经过喷砂、喷涂料处理后，加热至350～380℃后上机。
2)根据低压铸造压力曲线设定方法设置升液压力为21kPa，时间10s；充型压力36kPa，时间16s；增压4s至800kPa，保压160s，型内冷却60秒。
冷却设计：根据实验车轮铸件的凝固路径依次开启/关闭内轮缘-轮辋-轮辐与外轮缘相交(热节)处-轮辐等各处的风/水冷却，当凝固前沿推进至轮辐位置时 (约120s)，开启对应水冷却，水流量为15L/min，持续时间为40s；当凝固前沿推进至轮芯位置时(约135s)，开启对应水冷却，水流量为20L/min，持续时间为 40s。
3)打开模具，顶出铸件，完成一个循环，以升液-充型-增压-保压-型内冷却共需要250秒。
采用GB/T228.1-2010中所述方法在对比实施例1合格铸件的轮芯位置取样，每组试样均从不同铸件上制取，试样经T6热处理后对其组织和力学性能进行检测，取样30件测试的力学性能平均值如表7所示。
表7对比实施例3中所述铸件的力学性能平均值
从上述实施例3和对比例3的实施测试结果可以看到，铸件的力学性能明显提高，此外由于本实施例3中随形冷却装置的加强了轮芯和轮辐处的冷却，提高了模具和铸件的温度梯度，生产节拍由250秒/件缩短至220秒/件，生产效率提高了12％。
实施例4
本实施例的模具用于制备一款20英寸车轮，材料为A356.2合金。本实施例所用模具主体材质均为模具钢H13，轮辐与外轮缘相交(热节)、轮辐和轮芯处均采用本发明提供的3D打印金属冷却装置用于加强冷却，其余位置均采用传统的水冷和风冷装置。所用3D打印金属材料为18Ni300模具钢粉末。
按常规的低压铸造方法对实施例4中所述车轮进行试制，具体使用方法如下：
1)前处理：A356.2铝锭经熔化、细化精炼与变质处理、除气、打渣处理，铝液成分满足表1中范围，密度≥2.61g/cm3；模具经过喷砂、喷涂料处理后，加热至350～380℃后上机。
2)根据低压铸造压力曲线设定方法设置升液压力为21kPa，时间10s；充型压力36kPa，时间16s；增压4s至800kPa，保压150s，型内冷却30秒。
冷却设计：根据实验车轮铸件的凝固路径依次开启/关闭内轮缘-轮辋-轮辐与外轮缘相交(热节)处-轮辐-轮芯等各处的风/水冷却，当凝固前沿推进至轮辐与外轮缘相交(热节)处位置时(约25s)，开启对应水冷却，水流量为10L/min，持续时间为160s，当凝固前沿推进至轮辐位置时(约110s)，开启对应水冷却，水流量为15L/min，持续时间为30s；当凝固前沿推进至轮芯位置时(约120s)，开启对应水冷却，水流量为20L/min，持续时间为30s。
3)打开模具，顶出铸件，完成一个循环，以升液-充型-增压-保压-型内冷却共需要200秒。
采用GB/T228.1-2010中所述方法在对比实施例4合格铸件的轮辐与外轮缘相交(热节)、轮辐和轮芯处位置取样，每组试样均从不同铸件上制取，试样经 T6热处理后对其组织和力学性能进行检测，取样30件测试的力学性能平均值如表8所示。
表8实施例4中所述铸件的力学性能平均值
对比实施例4为实施例4车轮采用传统低压铸造模具工艺所生产的铸件，模具主体材质均为模具钢H13，冷却位置均采用传统的水冷和风冷装置。按常规的低压铸造方法对对比实施例4中所述车轮进行试制，具体使用方法如下：
1)前处理：A356.2铝锭经熔化、细化精炼与变质处理、除气、打渣处理，铝液成分满足表1中范围，密度≥2.61g/cm3；模具经过喷砂、喷涂料处理后，加热至350～380℃后上机。
2)根据低压铸造压力曲线设定方法设置升液压力为21kPa，时间10s；充型压力36kPa，时间16s；增压4s至800kPa，保压160s，型内冷却60秒。
冷却设计：根据实验车轮铸件的凝固路径依次开启/关闭内轮缘-轮辋-轮辐与外轮缘相交(热节)处-轮辐等各处的风/水冷却，当凝固前沿推进至轮辐与外轮缘相交(热节)处位置时(约25s)，开启对应水冷却，水流量为10L/min，持续时间为160s，当凝固前沿推进至轮辐位置时(约120s)，开启对应水冷却，水流量为 15L/min，持续时间为30s；当凝固前沿推进至轮芯位置时(约125s)，开启对应水冷却，水流量为20L/min，持续时间为30s。
3)打开模具，顶出铸件，完成一个循环，以升液-充型-增压-保压-型内冷却共需要250秒。
采用GB/T228.1-2010中所述方法在对比实施例1合格铸件的轮芯位置取样，每组试样均从不同铸件上制取，试样经T6热处理后对其组织和力学性能进行检测，取样30件测试的力学性能平均值如表9所示。
表9对比实施例4中所述铸件的力学性能平均值
从上述实施例4和对比例4的实施测试结果可以看到，铸件的力学性能明显提高，此外由于本实施例3中随形冷却装置的加强了轮辐与外轮缘相交(热节)、轮辐和轮芯处的冷却，提高了模具和铸件的温度梯度，生产节拍由250秒/件缩短至200秒/件，生产效率提高了20％。
与现有技术相比，本发明具有以下的有益效果：
(1)本发明提供的冷却装置中，不需要铜管传输冷却介质，模具冷却面与模仁镶件直接接触，减少了热量传输的界面，有利于模具和铸件中热量的传递.因此增加了模具和铸件的温度梯度，从而有利于减少铸造缺陷的产生，冷却时间相对于现有技术缩短10％以上，实现了快速顺序凝固，有利于缩短生产节拍，提高生产效率。
(2)本发明提供的模具冷却装置中，模仁镶件内部的冷却通道中心与冷却面保持等距离，从而实现了模具的随形冷却，对铸造模具和铸件的冷却较均匀，可有效提升铸件局部冷却的均匀性，降低局部冷却不均导致铸件缩松或铸件应力裂纹的可能性，从而有效提升铸造产品的成品率。
(3)本发明提供的模具冷却装置由模仁基座和模仁镶件组成，使用3D 金属打印技术在在模仁基座上打印出带冷却通道和接口的模仁镶件，使其成为一个完整的整体，该模具冷却装置的结构稳定，避免了冷却介质在模仁镶件内发生泄漏的现象，下机维护保养时无需拆卸，增加了模仁镶件的使用寿命。
(4)本发明提供的冷却装置中，不需要铜管传输冷却介质，相对于传统的冷却装置，减少了模具壁厚，节省了模具用料，此外不需要加工安放铜管的槽，因此节省了模具生产成本。
以上所述是本发明的优选实施方式，应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种金属型低压铸造模具冷却装置的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.根据铸件结构合理设计铸造工艺和模具工艺，确定需要加装冷却装置的顶模、底模、底模或边模局部位置；
S2.根据铸造工艺设计和模具工艺设计，将上述加装冷却装置的模具位置在顶模、底模、底模或边模局部位置设计出模仁，模仁由形状规则的模仁基座和带冷却通道的模仁镶件组成，模仁镶件中带有随形冷却的冷却通道设计；
S3.选择3D打印金属材料来打印模仁镶件，以及与其成分相同的基座原材料；
S4.将上述基座原材料采用传统的机加工的方式加工出模仁基座，基座上带有安装孔，与顶模、底模、底模或边模可螺栓连接固定；
S5.采用3D金属打印技术，在上述加工完成的模仁基座上打印出带有随形冷却通道及其进接口和出接口的模仁镶件；
S6.采用机械加工方法对上述模仁镶件上的冷却通道接口进行加工，以方便冷却通道与模具外部冷却管路连接及防止冷却介质泄露；
S7.将上述加工完成的模仁基座和模仁镶件安装到模具的顶模、底模、底模或边模上。
2.如权利要求1所述的一种金属型低压铸造模具冷却装置的制备方法，其特征在于，所述的具有随形冷却功能水冷装置的3D金属打印模仁镶件中，所述冷却通道的形状与所述冷却面的形状相同，且模仁镶件内部的冷却通道中心与冷却面保持等距离。
3.如权利要求1所述的一种金属型低压铸造模具冷却装置的制备方法，其特征在于，所述的冷却介质直接通过冷却通道，模具上不需要加工安放金属管的槽，模具内部不需要金属管传输冷却介质。
4.如权利要求1所述的一种金属型低压铸造模具冷却装置的制备方法，其特征在于，其特征在于，所述的具有随形冷却通道的3D金属打印模仁镶件中，所述冷却通道与冷却面的垂直距离为2～10cm。
5.如权利要求1所述的一种金属型低压铸造模具冷却装置的制备方法，其特征在于，其特征在于，所述的具有随形冷却功能的3D金属打印模仁镶件中，所述冷却介质进口和所述出口的直径均为6～10cm。
6.如权利要求1所述的一种金属型低压铸造模具冷却装置的制备方法，其特征在于，其特征在于，所述的具有随形冷却通道的3D金属打印模仁镶件中，所述冷却介质的进口与所述出口的直径均为6～10cm。
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110256257A1 (en) * | 2010-04-20 | 2011-10-20 | Honda Motor Co., Ltd. | Method of manufacturing a mold with conformal cooling passages |
| CN106862491A (zh) * | 2017-03-29 | 2017-06-20 | 福建工程学院 | 一种趋形加热冷却模具及其加工和使用方法 |
| CN206536798U (zh) * | 2017-02-22 | 2017-10-03 | 深圳德科精密科技有限公司 | 一种具有随形冷却随形加热功能的3d金属打印模仁镶件 |
| CN108723208A (zh) * | 2018-06-12 | 2018-11-02 | 苏州普热斯勒先进成型技术有限公司 | 热成型随形水路模具及其加工方法 |
| CN108857298A (zh) * | 2018-06-26 | 2018-11-23 | 苏州普热斯勒先进成型技术有限公司 | 热成型随形水路模具的加工方法 |
| CN109420741A (zh) * | 2017-08-31 | 2019-03-05 | 佛吉亚内饰工业公司 | 模具部分和包括这种模具部分的模具 |
| CN110153418A (zh) * | 2019-05-20 | 2019-08-23 | 哈特三维(中山)金属材料有限公司 | 一种采用3d打印实现不同模具钢材料连接的方法 |
| US20200206797A1 (en) * | 2017-03-23 | 2020-07-02 | Ford Motor Company | 3d-printed conformal cooling for hot stamping casted die inserts |
-
2021
- 2021-03-10 CN CN202110259923.9A patent/CN113020568A/zh active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110256257A1 (en) * | 2010-04-20 | 2011-10-20 | Honda Motor Co., Ltd. | Method of manufacturing a mold with conformal cooling passages |
| CN206536798U (zh) * | 2017-02-22 | 2017-10-03 | 深圳德科精密科技有限公司 | 一种具有随形冷却随形加热功能的3d金属打印模仁镶件 |
| US20200206797A1 (en) * | 2017-03-23 | 2020-07-02 | Ford Motor Company | 3d-printed conformal cooling for hot stamping casted die inserts |
| CN106862491A (zh) * | 2017-03-29 | 2017-06-20 | 福建工程学院 | 一种趋形加热冷却模具及其加工和使用方法 |
| CN109420741A (zh) * | 2017-08-31 | 2019-03-05 | 佛吉亚内饰工业公司 | 模具部分和包括这种模具部分的模具 |
| CN108723208A (zh) * | 2018-06-12 | 2018-11-02 | 苏州普热斯勒先进成型技术有限公司 | 热成型随形水路模具及其加工方法 |
| CN108857298A (zh) * | 2018-06-26 | 2018-11-23 | 苏州普热斯勒先进成型技术有限公司 | 热成型随形水路模具的加工方法 |
| CN110153418A (zh) * | 2019-05-20 | 2019-08-23 | 哈特三维(中山)金属材料有限公司 | 一种采用3d打印实现不同模具钢材料连接的方法 |
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