第26卷第5期 刘锦辉等:具有内置随形冷却水道的注塑模具快速制造 367 变能量密度,零件的强度只同激光功率相关。最终 的激光功率确定为14W,形坯的强度可达 14.95MPa。激光粘结后的金属粉末颗粒的粘结状 况照片如图4所示,可见,金属粉末基本上为树脂所 粘结包覆。形坯随形冷却水道中存在未烧结的松散 粉末,可以用真空吸尘设备将其吸出。 温度/℃ 图5树脂(氮气中)的TGA曲线 Fig. 5 TGA curve of binder in N2 图4SLs形坯的粉末SEM形貌照片 Fig 4 Morphology of bonded powder 1.3模具形坯的脱脂 粘结剂材料的热分解分析(TGA)在氮气环境 下进行,升温速率为10℃min,温度达到树脂完全 (a)静模;(b)动模 分解为止,其TGA曲线如图5所示。从TGA曲线 图6真空烧结后的模具照片 中可以看出:粘结剂230℃开始分解,400~460℃温 Fig 6 High temperature sintered mould 度段,分解最为剧烈,分解量占总量的70%以上 460~730℃树脂分解速度逐渐降低,30℃左右分解有渗料液体的容器中,并使渗料的液面接近冷却水 完毕。因此依照树脂的TGA曲线,形坯脱脂时分道下缘的平面(见图7),而后将液体渗料刷到形坯 解量大且速度快的温度段,升温时间稍长一些能够的上表面这样可以保证水道不被液体填充。抽真 保证树脂在该温度段分解部分的完全分解,并且减空浸渍真空度保持在0.09MPa,以提高浸渍效率。 缓分解气体冒出的剧烈程度避免气化膨胀对形坯当模具表面的液体渗入形坯中后,再刷另一层,并抽 金属颗粒的冲击。试验将脱脂的最高温度设为真空浸渍。如此反复多次,直至表面液体不再渗入 800℃,依照TαA曲线,树脂可以完全分解脱去,可形坯消失为止,说明树脂己经充满形坯孔隙。用滤 以使形坯得到预烧结,金属颗粒间通过烧结颈连接纸将形坯表面多余的树脂擦净,并将形坯放入恒温 并具有一定的强度,且可以搬运 箱中在160℃下固化4~6h。树脂固化后的模具如 1.4脱脂坯的高温烧结 图8所示。浸渍树脂提高了模具表面光洁度,经过 形坯脱脂后放在真空炉中进行高温烧结,提高表面的抛光处理,表面粗糙度可达Ra<pm 形坯的强度。烧结的最高温度为1180℃。800℃之 水道进出口 前以20σmin的升温速率较快升温;之后,以 200℃h升温速率到180℃,并保温lh。烧结后形 坯的孔隙度为46%左右,烧结坯的表面粗糙度Ra 为2.5~5.0μm,烧结后的模具如图6所示 1.5浸渍改性环氧树脂 将模具高温烧结形坯和渗料一同放在可抽真空 图7树脂浸渍示意图 的恒温箱中预热,温度为110℃。将形坯平放入装 Fig. 7 Sketch map of inf usion o1994-2009ChinaAcademicJOurmalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net变能量密度 ,零件的强度只同激光功率相关。最终 的 激 光 功 率 确 定 为 14W , 形 坯 的 强 度 可 达 14195MPa。激光粘结后的金属粉末颗粒的粘结状 况照片如图 4 所示 ,可见 ,金属粉末基本上为树脂所 粘结包覆。形坯随形冷却水道中存在未烧结的松散 粉末 ,可以用真空吸尘设备将其吸出。 图 4 SLS 形坯的粉末 SEM 形貌照片 Fig14 Morphology of bonded powder 113 模具形坯的脱脂 粘结剂材料的热分解分析 ( TGA) 在氮气环境 下进行 ,升温速率为 10 ℃/ min ,温度达到树脂完全 分解为止 ,其 TGA 曲线如图 5 所示。从 TGA 曲线 中可以看出 :粘结剂 230 ℃开始分解 ,400～460 ℃温 度段 ,分解最为剧烈 ,分解量占总量的 70 %以上 ; 460～730 ℃树脂分解速度逐渐降低 ,730 ℃左右分解 完毕。因此 ,依照树脂的 TGA 曲线 ,形坯脱脂时分 解量大且速度快的温度段 ,升温时间稍长一些 ,能够 保证树脂在该温度段分解部分的完全分解 ,并且减 缓分解气体冒出的剧烈程度 ,避免气化膨胀对形坯 金属颗粒的冲击。试验将脱脂的最高温度设为 800 ℃,依照 TGA 曲线 ,树脂可以完全分解脱去 ,可 以使形坯得到预烧结 ,金属颗粒间通过烧结颈连接 并具有一定的强度 ,且可以搬运。 114 脱脂坯的高温烧结 形坯脱脂后放在真空炉中进行高温烧结 ,提高 形坯的强度。烧结的最高温度为 1 180 ℃。800 ℃之 前以 20 ℃/ min 的 升 温 速 率 较 快 升 温 ; 之 后 , 以 200 ℃/ h 升温速率到 1 180 ℃,并保温 1h。烧结后形 坯的孔隙度为 46 %左右 ,烧结坯的表面粗糙度 Ra 为 215～510μm ,烧结后的模具如图 6 所示。 115 浸渍改性环氧树脂 将模具高温烧结形坯和渗料一同放在可抽真空 的恒温箱中预热 , 温度为 110 ℃。将形坯平放入装 图 5 树脂(氮气中) 的 TGA 曲线 Fig1 5 TGA curve of binder in N2 (a) 静模 ; (b) 动模 图 6 真空烧结后的模具照片 Fig16 High temperature sintered mould 有渗料液体的容器中 ,并使渗料的液面接近冷却水 道下缘的平面 (见图 7) ,而后将液体渗料刷到形坯 的上表面 ,这样可以保证水道不被液体填充。抽真 空浸渍 ,真空度保持在 0109MPa ,以提高浸渍效率。 当模具表面的液体渗入形坯中后 ,再刷另一层 ,并抽 真空浸渍。如此反复多次 ,直至表面液体不再渗入 形坯消失为止 ,说明树脂已经充满形坯孔隙。用滤 纸将形坯表面多余的树脂擦净 ,并将形坯放入恒温 箱中在 160 ℃下固化 4～6h。树脂固化后的模具如 图 8 所示。浸渍树脂提高了模具表面光洁度 ,经过 表面的抛光处理 ,表面粗糙度可达 Ra < 1μm。 图 7 树脂浸渍示意图 Fig17 Sketch map of infusion 第 26 卷第 5 期 刘锦辉等 :具有内置随形冷却水道的注塑模具快速制造 367