CN101219460B - 制造可重用模具的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于制造部件的可重用低成本模具由这样的方法制成，其中将砂和活化剂的混合物涂敷为一个层，将印刷树脂堆积到该层上，以形成基板和模样。还可以使用相同的方法在基板上提供多个侧壁。在该模具上涂覆可固化树脂以形成保护性砂壳。该可重用模具可用作用于形成部件的翻斗或真空成形模具。可以在涂敷树脂涂料时透过砂层吸出空气产生真空来形成冲模，以使树脂涂料更加完全地渗透该冲模。

Description

制造可重用模具的方法

技术领域

本发明涉及用于制造部件的可重用模具，及制造用于制造砂型铸件、钣金模具，及用于制造真空成形部件的可重用模具的方法。

背景技术

原型模具用于低产量的原型制造。制造原型部件以允许在部件投入生产之前测试和评估原型部件。如果要制造一个以上的原型部件，则存在对用于制造原型的可重用模具的需要。对某些部件，为评估和测试目的，可能需要二十或更多个原型。由于该模具的成本只能分摊在少量部件上，因而原型模具的单件成本相对昂贵。存在对可制造而不向原型模具增加额外成本的可重用原型模具的需要。

现有的用于上翻斗和下翻斗的原型模具通常包括可由切割或CNC(computernumerical controlled)加工成期望的模样形状的木材或REN板(REN Shapemodeling board)制成的模样。然后将模样组装为REN板箱。

快速铸造技术最近的发展带来了砂和树脂印刷机的发展，这样的机器可以通过顺序层叠砂和活化剂的混合物及印刷树脂，根据原型部件的CAD数据印刷三维模样。模样可以按该方式印刷并组装为REN板箱，以形成用于制造原型部件的上翻斗和下翻斗。该方法的一个问题是将模样组装为独立制造的REN板箱会带来很高的成本和延迟。

使用快速铸造技术制造的三维模样通常限于单次使用，但在某些情况下，模样可以使用几次。然而，如果多次使用快速铸造的三维模型，则这样的模样会不耐久并遭受开裂或磨损，造成表面光洁度和尺寸精度的损失。

存在对可重用原型模具，如可在制造用于铸造的原型砂型铸件时使用的上翻斗和下翻斗的需要。原型砂型铸件可以由铸型的各部分制成，这些部分组装为用于制造原型部件的砂型总成。

存在对更具成本效益的制造用于在液压冲床中冲压原型部件的冲模的方法的需要。

存在对更具成本效益的用于以真空成形方法制造塑料部件的可重用模具的需要。例如，经加工的真空成形模具已知可用于制造塑料原型装饰部件，如汽车灯玻璃。已知在现有技术中尚未提供不需要大量加工或不需要组装为REN支撑结构的用于制造真空成形塑料原型部件的可重用模具。

上述问题和需要可由下文所述的本申请人的发明解决。

发明内容

根据本发明，提供一种用于制造部件的可重用模具。该模具包括由涂敷有树脂粘结剂的多个铸造砂层形成的基板。部件的模样由多个铸造砂和树脂粘结剂层在基板上形成。形成低粘度树脂砂壳的涂料涂敷到基板和模样的基本上所有表面上并渗透其中。

根据本发明的另一个方面，可重用模具还可以包括由多个从基板延伸的侧壁界定的箱。侧壁由涂敷有树脂粘结剂的多个砂和活化剂的混合物的层形成。该箱可以用在这样的方法中，其中用砂和自硬粘结剂填充该模具，以形成砂型铸造模具的一部分，该部分可在硬化之后从箱中移除并与砂型铸造模具的其他部分组装在一起。

根据本发明涉及可重用模具的其他方面，可以在模样的成形表面中提供多个孔，这些孔从成形表面穿过涂料延伸到砂和印刷树脂层。该模具还可以包括真空压力源及基板中的至少一个通气孔，这些通气孔延伸穿过涂料以向砂和印刷树脂层提供真空压力。可以加热热塑性材料板并将其放置在模样上，用穿过砂和印刷树脂层且穿过模样的成形表面中的孔吸出空气产生真空使该板成形为部件。

根据本发明涉及可重用模具的其他方面，低粘度树脂是通常为双组分树脂系的反应树脂。例如，所吸附的树脂砂壳可以包括双组分聚氨酯树脂(two part polyurethaneresin)、双组分环氧树脂(two part epoxy resin)、双组分丙烯酸树脂(two partacrylic resin)，或双组分聚酯树脂(two part polyester resin)。

根据本发明的另一方面，提供一种制造用于部件的上翻斗和下翻斗的方法。根据该方法，印刷多个树脂层和多个铸造砂层以形成基板、多个侧壁及用于部件的至少一部分的模样。基板、侧壁和模样可以涂覆有允许渗透到一毫米以上深度的树脂。树脂固化以形成吸附到基板、侧壁及模样中的砂壳。

该方法还可以包括用砂和粘结剂的混合物填充上翻斗和下翻斗，并使砂和粘结剂的混合物固化以形成铸型。

根据本发明的另一个方面，提供一种制造用于液压冲床的冲模的方法。该方法包括堆积多个铸造砂和活化剂的混合物的层并将印刷树脂涂敷到每个层上以形成冲模。用渗透性树脂涂覆该冲模。透过多个铸造砂层吸出空气产生真空，以透过多个铸造砂层吸取渗透性树脂达一毫米以上的深度。在将树脂吸附到冲模中之后，渗透性树脂固化。

根据本发明的另一个方面，可以继续执行透过多个铸造砂层吸取树脂的步骤，直到渗透冲模。

根据本发明的另一个方面，提供一种制造部件的方法，该方法包括顺序层叠树脂和铸造砂，以形成基板及基板上的模样。将可固化树脂砂壳涂敷到基板和模样上。然后将该模样用于形成部件。

该制造部件的方法还可以包括穿过砂壳在模样中钻孔，透过这些孔可以吸出空气产生真空。可以在基板中形成至少一个真空通气孔，透过这样的真空通气孔，可以将真空压力源连通到基板。然后将热塑性材料的坯料装载到模样上。加热热塑性材料的坯料以使其软化，然后根据模样使该坯料真空成形。

或者，该方法还可以包括在基板上形成多个侧壁，以在顺序涂敷砂和活化剂的混合物的层及将印刷树脂涂敷到该混合物上的步骤期间形成模样箱。该制造部件的方法还可以包括用砂和粘结剂树脂填充模样箱，使树脂固化以形成砂型的至少一部分，及在铸造方法中使用该模样。该方法还可以包括通过重复顺序层叠、形成砂壳的步骤提供两个模样箱，并用砂和树脂填充组装的上翻斗和下翻斗，以使用作为上翻斗和下翻斗的模样箱。然后树脂固化并用于形成砂型。

虽然本发明具体应用于原型部件的制造，但应将本发明理解为也涉及非原型部件的其他类型的部件的制造。例如，也可以根据本发明制造具有有限产量的部件。

结合附图和下文中对所示实施例的详细说明，本领域技术人员可以更好地理解本发明的这些和其他方面。

附图说明

图1是根据本发明制造的上翻斗或下翻斗的透视图；

图2是沿图1中的线2-2截取得到的透视截面图；

图3是沿图1中的线2-2截取得到的截面图；

图4是示意性地示出外表面上涂敷有涂料的类似于图3的示意性截面图；

图5是图4在圆圈5内的一部分的放大视图；

图6是示意性地示出本发明的真空成形模具实施例的透视截面图；

图7是图6的实施例的截面图；及

图8是图7在圆圈8内的一部分的放大视图。

具体实施方式

参考图1和图2，在图中为上翻斗或下翻斗(下文中称为“翻斗”)的可重用模具包括模样12。模样12在模具10的基板16上形成。多个侧壁18从基板16向上延伸。可重用模具10或翻斗为整体结构，意即模样、基板及壁全体作为一个单元形成。

翻斗10界定出型腔，在型腔中填充铸造砂和自硬粘结剂。使粘结剂硬化，然后从箱中倒出砂和硬化的树脂以用于构建砂型，这在现有技术中是众所周知的。

参考图3，可重用模具如图所示是使用快速原型方法以层叠的方式构建的。首先涂敷一层包括活化剂的砂，然后用类似于喷墨印刷机的喷墨印刷头印刷树脂以形成层20。初始构建砂和树脂粘结剂层20以形成基板16。先将砂和活化剂的混合物跨基板16的长度和宽度涂敷，然后将树脂印刷在其上，直到产生具有足够厚度的基板。该方法接着处理侧壁18和模样12，在基板16上一层一层地构建出它们。通过涂敷附加的砂和粘结剂树脂层20，直到模样12和侧壁18完全形成，可以使侧壁18和模样12与基板16整体形成。

参考图4和图5，可重用模具10如图所示在模样12、基板16及侧壁18的所有表面上涂敷有树脂涂料22。树脂砂壳22可以是双组分反应树脂。适合的树脂的示例包括但不限于环氧树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂，或聚酯基反应树脂系。树脂砂壳22优选地为低粘度树脂砂壳以有助于将树脂涂料22吸附到砂和粘结剂树脂层20中。树脂涂料22优选地渗透到砂和粘结剂树脂层20中达约一至三毫米的厚度，以在模具10的所有外表面上提供耐久的砂壳。树脂砂壳22可以增加砂和粘结剂树脂层20的强度、刚性，及耐久性，以保护其免于损坏，从而有助于模具10的重用。

参考图6至图8，以类似于图1至图5的实施例的方法形成可重用模具26，在该情况下为真空成形模具。连接模样32形成基板28。如上文中参考图1至图5所述，通过顺序层叠砂和印刷树脂层34形成基板28和模样32。根据计算机辅助设计(CAD)指令涂敷砂和印刷树脂层34。在模样32上提供成形表面36，该模样界定出将在模具26上形成的部件的期望形状。

在成形表面36的区域中，优选地在角落或从完工的部件中裁剪下的区域中提供真空孔38。透过真空孔38吸出空气产生真空。模具26可以放置在真空台40上，该真空台透过基板28中形成的真空通气孔42吸出空气产生真空。真空台40包括或连接到真空源44，该真空源透过真空通气孔42、砂和印刷树脂层34及真空孔38吸出空气产生真空。砂和印刷树脂层34是多孔的，这允许透过砂和印刷树脂层34吸出空气产生真空。穿过树脂涂料36形成真空孔38和真空通气孔42。

在真空成形操作中使用模具26时，加热塑料板48，然后将其放置在模样32上。由真空源44透过真空台40中的真空通气孔42吸出空气产生真空。透过砂和印刷树脂层34和树脂涂料36中的真空孔38吸出空气产生真空，以形成具有模样32的形状的塑料部件。

通过在使用典型铸造砂的三维印刷机，如使用快速铸造技术的机器上进行印刷，可以制造冲模。一旦冲模已印刷出并经散砂清理，就可以通过使用由真空台提供的真空压力透过部件吸取低粘度树脂，用该低粘度树脂(环氧树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂等)基本上完全渗透冲模。在该情况下，树脂以比真空成形模具更高的程度渗透到部件中。由于部件固有的渗透性，低粘度树脂可以完全渗透冲模。树脂填充砂粒之间的空间，使得冲模非常坚硬和结实，能够承受通常在液压冲床中碰到的成形压力。相反，在上述砂型铸造模具和真空成形模具中，树脂渗透到表面中约1毫米，以获得其预期目的(真空成形模具或翻斗)所需的强度。这样在真空辅助下制造冲模的过程依赖于树脂粘度和真空压力。较低粘度的树脂和较高的真空压力可以实现更加完全的渗透。由于树脂昂贵而填料便宜，与用填充的树脂制造的现有铸造冲模相比，该冲模优选地由大部分的填料(砂)及量少得多的树脂组成。

虽然已详细描述了实现本发明的最佳模式，但本领域技术人员可以想出用于实现由所附权利要求界定的本发明的各种可选设计和实施例。

Claims (12)

1.一种用于制造部件的可重用模具，其特征在于，包括：

由多个涂敷有树脂粘结剂的铸造砂层形成的基板；

由多个从所述基板延伸的侧壁界定的箱，所述侧壁由多个涂敷有树脂粘结剂的铸造砂层形成；

在所述基板上由多个涂敷有树脂粘结剂的铸造砂层形成的部件的模样；及

涂敷到所有所述基板、侧壁和所述模样的表面上的低粘度树脂砂壳涂料，所述涂料通过真空压力透过所述多个铸造砂层渗透所述表面达一毫米以上的深度以固化。

2.如权利要求1所述的可重用模具，其特征在于，所述箱由砂和自硬粘结剂填充，以形成砂型铸造模具的一部分，所述部分在硬化之后移除并与所述砂型铸造模具的其他部分组装在一起。

3.如权利要求1所述的可重用模具，其特征在于，还包括所述模样的成形表面中的多个孔，所述孔穿过所述涂料从所述成形表面延伸到所述砂和印刷树脂粘结剂的层。

4.如权利要求3所述的可重用模具，其特征在于，还包括真空压力源及至少一个在所述基板中延伸穿过所述涂料的通气孔，所述真空压力源通过所述通气孔向所述砂和印刷树脂层提供真空压力。

5.如权利要求4所述的可重用模具，其特征在于，所述模具可在真空成形方法中使用，在所述方法中，加热热塑性材料板且将其放置在所述模样上，透过所述砂和印刷树脂层并透过所述模样的成形表面中的孔吸出空气产生真空，以使所述板成形为部件。

6.如权利要求1所述的可重用模具，其特征在于，所述低粘度树脂砂壳是双组分反应树脂。

7.一种制造用于液压冲床的冲模的方法，其特征在于，包括：

堆积多个铸造砂和活化剂混合物的层，并将印刷树脂涂敷到每个层上以形成所述冲模；

用渗透性树脂涂覆所述冲模；

透过所述多个铸造砂和活化剂混合物层吸出空气产生真空，并透过所述多个铸造砂和活化剂混合物层吸取所述渗透性树脂达一毫米以上的深度；及

在将所述渗透性树脂吸附到所述冲模中之后，使所述渗透性树脂固化。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，继续执行所述透过所述多个铸造砂和活化剂混合物层吸取所述树脂的步骤，直到渗透所述冲模。

9.一种制造部件的方法，其特征在于，包括：

顺序涂敷砂和活化剂的混合物的层，并将印刷树脂涂敷到所述混合物上，以整体形成基板、所述基板上的多个侧壁及所述基板上的模样；

在所述基板、多个侧壁和模样上形成可固化树脂砂壳，所述可固化树脂砂壳通过真空压力透过所述砂和活化剂的混合物的层渗透所述基板、多个侧壁和模样的表面达一毫米以上的深度；及

使用翻斗形成所述部件。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括钻孔，透过所述孔穿过所述砂壳在所述模样中吸出空气产生真空，在所述基板中形成至少一个真空通气孔，真空压力源通过所述真空通气孔连通到所述基板，及将热塑性材料的坯料装载到所述模样中，加热所述热塑性材料的坯料以软化所述坯料，及根据所述模样使所述坯料真空成形。

11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，使用所述模样的步骤还包括用砂和自硬粘结剂填充所述翻斗，使所述自硬粘结剂固化以形成砂型的至少一部分。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述翻斗是上翻斗，所述方法还包括通过重复顺序层叠、形成砂壳的步骤提供下翻斗，并用砂和自硬树脂填充所述上翻斗和下翻斗以使用所述上翻斗和下翻斗，使所述自硬树脂固化以形成所述砂型。