专利摘要

本发明涉及一种间接快速制造模具的方法，包括步骤：采用快速原型技术制造快速原型；以所述快速原型为模型，制造硅橡胶反模；利用硅橡胶反模制造铸型，所述制得的铸型具有待制造模具形状的型腔；于所述铸型的型腔中浇注合金液，所述合金液凝固成型，得到模具，其中所述合金液按重份数计，包括10％～15％的Al，6％～10％的Cu，5％～10％的Mg，0.2％‑0.4％的Zr，0.04％～0.06％的稀土元素，Zn余量。通过本发明方法一般可在8‑15天得到模具，比数控加工节约25％‑40％的成本；模具表面硬度能达到开发轨道交通零部件快速模具所需要的性能。

权利要求

1.一种间接快速制造模具的方法，其特征在于，包括如下步骤：

采用快速原型技术制造快速原型；

以所述快速原型为模型，制造硅橡胶反模；

利用硅橡胶反模制造铸型，所述铸型具有待制造模具形状的型腔；

将锌基中间合金加热熔化，加入稀土中间合金，继续加热熔化，得到合金液，所述锌基中间合金由Zn、Al、Cu、Mg和Zr组成，所述稀土中间合金由Zn元素和稀土元素组成，所述稀土元素为Ce、La、Y和Gd；所述稀土中间合金按质量百分比计，包括45％～55％的Ce，10％～15％的La，5％～10的Y，3％～8％的Gd，Zn余量；

于所述铸型的型腔中浇注所述合金液，所述合金液凝固成型，得到模具，其中所述合金液按质量百分比计，包括10％～15％的Al，6％～10％的Cu，5％～10％的Mg，0.2％-0.4％的Zr，0.04％～0.06％的所述稀土元素，Zn余量。

2.根据权利要求1所述的间接快速制造模具的方法，其特征在于，所述合金液按质量百分比计，包括11％～14％的Al，6％～8％的Cu，6％～8％的Mg，0.2％-0.4％的Zr，0.04％～0.06％的稀土元素，Zn余量。

3.根据权利要求1所述的间接快速制造模具的方法，其特征在于，所述合金液的加热熔化的温度为500～600℃。

4.根据权利要求1～3任一项所述的间接快速制造模具的方法，其特征在于，在于所述铸型的型腔中浇注合金液的步骤之前，还包括将所述合金液冷却至470～480℃以进行浇注的步骤。

说明书

技术领域

本发明涉及快速制造模具技术领域，特别涉及一种间接快速制造模具的方法。

背景技术

快速原型技术是用离散分层的原理制作产品原型的总称，其原理为:产品三维CAD模型→分层离散→按离散后的平面几何信息逐层加工堆积原材料→生成实体模型。快速制造模具技术是伴随着快速原型与制造(Rapid Prototyping&Manufacturing,简称RPM)技术发展起来的，RPM可通过建立CAD模型直接驱动设备制备实体模型或模具，而不需要传统的加工设备及模具，大大缩短了产品的开发周期，降低制造成本，成为支持快速响应市场需求的必要工具，现已可做到对复杂的型腔曲面无需数控加工便可制造出相关的模具。目前，快速制造模具技术主要集中在两个大的研究方向：第一是直接快速制造模具(DirectRapidTooling-DRT)，即用选择性激光烧结技术(SLS)、熔融沉积成型技术(FDM)、分层实体制造技术(LOM)等快速成型工艺的方法直接制造出树脂模、陶瓷模和金属模具；第二是间接快速制造模具(Indirect Rapid Tooling-IRT)，即用快速成型件做母模或过渡模具，再通过传统的模具制造方法来制造模具。

直接快速制造模具是通过模型直接驱动快速成型机，通过对分层离散、再堆积原理形成所需要的模具。经过20多年发展，虽然DRT已经能够制造出金属零件，但是由于DRT是基于堆积成型的原理，不可避免的要产生零件侧表面的“楼梯步效应”，另外，在零件烧结过程中金属的热应力不可避免，造成尺寸精度很难控制，致使模具表面质量差、尺寸精度低并且综合力学性能较差等问题，而金属模具对技术参数比如零件的强度、刚度、耐高温性、抗蚀性及精度等均有较高的要求，因此，目前通过快速原型技术直接制造金属模具还很难满足实际生产的需要。

在直接制模技术还不成熟的情况下，通过间接法制造模具技术就成为实际可行的主要制造方法。间接快速制模技术是利用RP技术(Rapid Prototyping，快速原型技术)快速制造产品或零件原型，然后以原型作为原模(亦叫母模或基模)、棋芯或制模工具(研磨模)复制出所需要的模具。IRT技术是快速原型和传统成型加工方法的结合，可以根据模具的应用要求选择不同的加工方法，较好地控制模具的表面质量、力学性能及精度等。目前，轨道交通零部件模具开发中有些厂家开始快速模具用于产品试制，但基本上还不能满足用于加快新产品的制造的快速模具制造对表面硬度的要求。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种模具表面硬度高的间接快速制造模具的方法。

一种间接快速制造模具的方法，其特征在于，包括如下步骤：

采用快速原型技术制造快速原型；

以所述快速原型为模型，制造硅橡胶反模；

利用硅橡胶反模制造铸型，所述铸型具有待制造模具形状的型腔；

于所述铸型的型腔中浇注合金液，所述合金液凝固成型，得到模具，其中所述合金液按重份数计，包括10％～15％的Al，6％～10％的Cu，5％～10％的Mg，0.2％-0.4％的Zr，0.04％～0.06％的稀土元素，Zn余量。

上述间接快速制造模具的方法制造得到的模具，其材质为合金，在合金中添加锆，可以使金属球化、细化晶粒，提高合金的塑性和韧性；进一步通过添加稀土元素，使合金的力学性能提高，耐腐蚀性能得到改善。通过本发明方法制造得到的模具，其表面洛氏硬度高达HRC50，能达到开发轨道交通零部件快速模具所需要的硬度性能；而且本发明方法同时可大大缩短制模时间，通过本发明方法一般可在8-15天得到模具，比数控加工节约25％-40％的成本。

在其中一个实施例中，所述合金液按质量百分比计，包括11％～14％的Al，6％～8％的Cu，6％～8％的Mg，0.2％-0.4％的Zr，0.04％～0.06％的稀土元素，Zn余量。

在其中一个实施例中，所述稀土元素为Ce、La、Y和Gd中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述稀土元素为Ce、La、Y和Gd。

在其中一个实施例中，稀土元素是以稀土中间合金(ZnRe中间合金)的形式加入，所述ZnRe中间合金按质量百分比计，包括45％～55％的Ce，10％～15％的La，5％～10的Y，3％～8％的Gd，Zn余量。

在其中一个实施例中，还包括合金液的制备步骤，所述合金液的制备步骤包括：将锌基中间合金和稀土中间合金加热熔化，得到所述合金液；其中所述锌基中间合金由Zn、Al、Cu、Mg和Zr组成，所述稀土中间合金由Zn元素和稀土元素组成。

在其中一个实施例中，所述将锌基中间合金和稀土中间合金加热熔化得到所述合金液的步骤具体为：先将所述锌基中间合金加热熔化，再加入所述稀土中间合金，继续加热熔化，得到所述合金液。

在其中一个实例中，所述合金液的加热熔化的温度为500～600℃。

在其中一个实施例中，在于所述铸型的型腔中浇注合金液的步骤之前，还包括将所述合金液冷却至470～480℃以进行浇注的步骤。

附图说明

图1为一实施例的间接快速制造模具的方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的技术构思和效果更加清楚，下面将参照相关附图对本发明做进一步详细描述。附图中给出了本发明的较佳实施例，但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不局限于这些实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

请参照图1，本发明一实施例的间接快速制造模具的方法，包括以下步骤。

步骤S1、采用快速原型技术制造快速原型。

步骤S1具体为：构建三维CAD模型；根据所述三维CAD模型制造快速原型。

具体的，步骤S1首先获得工件的离散数据点云，再构造出工件的三维CAD模型。

具体的，将步骤S1所述的三维CAD模型以STL文件格式输出，并输入到快速成型机中进行快速原型制造，可以将零件上的表面图纹直接制作出来，通过后期工艺复制在模具上。

步骤S2、以所述快速原型为模型，制造硅橡胶反模。

步骤S3、利用硅橡胶反模制造铸型，所述铸型具有待制造模具形状的型腔。

具体的，将所述硅橡胶反模固定在模板上，并在周围放置模框，将混制好的石膏型或陶瓷型等铸型材料注入模框内，铸型硬化后，将硅橡胶反模从铸型中取出，得到具有模具镶块形状型腔的铸型。

步骤S4、于所述铸型的型腔中浇注合金液，所述合金液凝固成型，得到产品的模具，其中所述合金液按质量百分比计，包括10％～15％的Al，6％～10％的Cu，5％～10％的Mg，0.2％-0.4％的Zr，0.04％～0.06％的稀土元素，Zn余量。

在其中一个实施例中，所述稀土元素为Ce、La、Y和Gd中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述稀土元素为Ce、La、Y和Gd。

在其中一个实施例中，还包括合金液的制备步骤，所述合金液的制备步骤包括：将锌基中间合金和稀土中间合金加热熔化，得到所述合金液；其中所述锌基中间合金由Zn、Al、Cu、Mg和Zr组成，所述稀土中间合金由Zn元素和稀土元素组成。可以理解，锌基中间合金和稀土中间合金的加入量可根据其元素组成以及合金液的元素组成计算得到。

在其中一个实施例中，稀土中间合金按质量百分比计，包45％～55％的Ce，10％～15％的La，5％～10％的Y，3％～8％的Gd，Zn余量。

在其中一个实施例中，所述将锌基中间合金和稀土中间合金加热熔化得到所述合金液的步骤具体为：先将所述锌基中间合金加热熔化，再加入所述稀土中间合金，继续加热熔化，得到所述合金液。

在其中一个实例中，所述合金液的加热熔化的温度为500～600℃。

在其中一个实施例中，在于所述铸型的型腔中浇注合金液的步骤之前，还包括将所述合金液冷却至470～480℃以进行浇注的步骤。

上述间接快速制造模具的方法，可以在10天左右制造出所需模具，大大缩短了制模时间，相比数控加工可节约25％～40％的成本。而且上述方法在合金粉末中添加锆，可以使金属球化、细化晶粒，提高合金的塑性和韧性；进一步通过浸渗稀土合金，使合金的力学性能提高，耐腐蚀性能得到改善。采用上述方法制造出来的模具，其表面洛氏硬度高达HRC50，达到了开发轨道交通零部件快速模具所需要的硬度性能。

该间接快速制造模具的方法特别适用于轨道交通零部件用模具的制造。

以下为具体实施例

实施例1

实施例1的间接快速制造模具的方法如下。

构建轨道交通零部件的三维CAD模型：获得轨道交通零部件的离散数据点云，再构造出的三维CAD模型。根据所述三维CAD模型，采用快速原型技术制造快速原型：将三维CAD模型以STL文件格式输出，并输入到快速成型机中进行快速原型制造。

以所述快速原型为模型，制造硅橡胶反模。

利用硅橡胶反模制造铸型，所述制得的铸型具有待制造模具形状的型腔：将所述硅橡胶反模固定在模板上，并在周围放置模框，将混制好的石膏型或陶瓷型等铸型材料注入模框内，铸型硬化后，将硅橡胶反模从铸型中取出，得到具有模具镶块形状型腔的铸型。

制备合金液：把石墨坩埚放入电阻炉中，加热，待炉温升至500℃时，向石墨坩埚中加入锌基合金，继续加热，待全部熔化后，加入稀土中间合金，具体为用钟罩压入稀土中间合金使其浸入，充分熔化，所得合金液的具体组成见表1。

将合金液从电阻炉中取出，扒渣，搅拌，当合金液降温至470～480℃时，浇注到铸型的型腔中，凝固后取得轨道交通零部件的合金模具。

实施例2

实施例2的间接快速制造模具的方法与实施例1的间接快速制造模具的方法基本相同，不同之处在于合金液的组成以及熔化的温度，实施例2熔化的温度为520℃，合金液的组成见表1。

实施例3

实施例3的间接快速制造模具的方法与实施例1的间接快速制造模具的方法基本相同，不同之处在于合金液的组成以及熔化的温度，实施例3熔化的温度为550℃，合金液的组成见表1。

实施例4

实施例4的间接快速制造模具的方法与实施例1的间接快速制造模具的方法基本相同，不同之处在于合金液的组成及熔化温度，实施例4熔化的温度为600℃，合金液的组成见表1。

对比例1

对比例1的模具制造方法与实施例1的间接快速制造模具的方法基本相同，不同之处在于合金液的组成及熔化温度，对比例1的熔化温度为520℃，合金液的组成见表1。

对比例2

对比例1的模具制造方法与实施例1的间接快速制造模具的方法基本相同，不同之处在于合金液的组成及熔化温度，对比例1的熔化温度为550℃，合金液的组成见表1。

表1实施例1～4与对比例1～2中合金液的组成

注：“-”表示不含或者含量为零

实施例1～4和对比例1，在锌基合金中添加锆的含量不同，合金的组织结构表现有所不同。如实施例1，当合金中的锆含量为0.2％时，合金组织树枝晶数量增多，尺寸明显变小，枝晶臂变得粗短，共晶组织由条状变成菊花状的团块状。如实施例2，当合金中锆含量为0.3％时，合金组织初生枝晶平均尺寸稍有减小，共晶组织也得到细化，组织中出现小块状颗粒。如实施例3和4，当合金中锆含量为0.4％时，合金组织中初生晶枝晶臂变得圆整，组织中块状颗粒数量增多，使合金球化，细化晶粒。如对比例1，当合金中锆含量为0.5％时，合金组织初生枝晶又变得粗大，块状颗粒较多。

实施例1～4中，在锌基合金中添加0.2％～0.4％锆时，晶粒细化，同时枝晶绝大部分被打断，晶粒得到细化，且分布均匀，主要原因就是合金在凝固时，锆元素促进了初生相的结晶核心增多，同时阻止初生枝晶长大，使枝晶分布均匀，晶粒得到细化。而对比例1～2，当合金中添加0.5％锆时，熔体中固溶的锆含量也增加，这十分有利于含锆化合物的生长，由于含锆化合物的迅速生长，使起有效细化作用的锆元素大大减少，锆的变质细化作用不断减弱，以至失去作用。

最后分别测试采用实施例和对比方法制得的合金模具的表面硬度，其结果如下表2。

表2

序号合金模具表面硬度HRC实施例148实施例249实施例350实施例448对比例143对比例245

结果显示：采用实施例1～4的间接快速制造模具的方法，制得的模具表面洛氏硬度为HRC48-50，满足轨道交通零件模具的要求，而对比例1～2中，合金中添加锆含量为0.5％时，它们的表面洛氏硬度均低于HRC48，不符合要求。

需要说明的是，以上所述实施例中的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于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。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

间接快速制造模具的方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。