本發(fā)明涉及利用三維金屬打印機(jī)的熱沖壓模具用冷卻塊制作方法，更詳細(xì)而言，利用三維金屬打印機(jī)，只在熱沖壓模具中與材料接觸并需要耐久性及機(jī)械物性的部分使用高價(jià)的材料，制造熱沖壓模具的冷卻塊。

特別是應(yīng)用了在以以往的槍鉆方式無法作業(yè)的、曲線形的制品面按等間隔插入銅管加工冷卻通道的加工技術(shù)，應(yīng)用了異種材料層疊技術(shù)，只在熱沖壓模具中與材料接觸并需要耐久性及機(jī)械物性的部分使用高功能性材料，使冷卻效率實(shí)現(xiàn)最大化，非功能部應(yīng)用低價(jià)的金屬，制作熱沖壓模具。

背景技術(shù)：

一般而言，熱沖壓作為把加熱到950℃高溫的鋼鐵材料放入模具，用壓力機(jī)成型后在模具內(nèi)急速冷卻的工藝，是指為了使得在保持剛性的同時(shí)構(gòu)成輕量化車身，利用把鋼板在高溫狀態(tài)下成型的面板成型方法，把材料加熱到高溫后，利用壓力機(jī)成型并使模具自身冷卻而生產(chǎn)高強(qiáng)度部件的工藝。

把在所述熱沖壓中使用的模具稱為熱沖壓模具，在熱沖壓模具內(nèi)，構(gòu)成有形成了供冷卻液經(jīng)過的通道的冷卻塊。

作為以往技術(shù)，根據(jù)注冊專利公報(bào)第10-0907266號(熱沖壓材料成型用模具)記載，所述熱沖壓材料成型用模具涉及一種能夠簡便地制造冷卻液通道的熱沖壓材料成型用模具，所述冷卻液通道冷卻為了能夠改善汽車燃油經(jīng)濟(jì)性而在高溫狀態(tài)下對鋼板進(jìn)行成型的模具，其特征性構(gòu)成包括：模具，其在與供制品接觸的面相反的面形成有凹入槽；冷卻液通道，其呈管狀，插入所述凹入槽的內(nèi)部；切斷構(gòu)件，其安裝于模具的表面，以便埋設(shè)所述冷卻液通道；所述凹入槽按等間隔在所述模具的一側(cè)形成，以便多個(gè)冷卻液通道能夠分別插入；在所述切斷構(gòu)件上凸出形成有間隔維持板，使得能夠支撐所述冷卻液通道的兩側(cè)面，與所述凹入槽對應(yīng)插入。

另外，作為另一以往技術(shù)，根據(jù)注冊專利公報(bào)第10-1317414號(熱沖壓成型用模具及其制作方法)記載，所述熱沖壓成型用模具及其制作方法包括：底板，其通過在一側(cè)加裝的噴嘴而供應(yīng)及排出冷卻液；外形塊，其以與制品外形相同的形狀形成，以便在熱沖壓成型時(shí)形成制品的外形，在所述底板的一面至少加裝一個(gè)以上，在內(nèi)部形成有加裝空間；及嵌入塊，其以插入所述加裝空間的狀態(tài)結(jié)合于所述外形塊，以便冷卻液在所述外形塊的加裝空間流動(dòng)，其加裝于所述底板與外形塊之間，以便在與所述外形塊之間通過所述底板流入的冷卻液在所述外形塊的加裝空間上流動(dòng)；另外，在權(quán)利要求10中記載了一種熱沖壓成型用模具的制作方法，在熱沖壓成型用模具制作方法中，其特征在于，包括：利用材質(zhì)各不相同的材料制備下部模具和上部模具，對所述下部模具和上部模具的內(nèi)部進(jìn)行加工的步驟；在使上部模具配置于完成內(nèi)部加工的所述下部模具的上部的狀態(tài)下，在各模具的熔融點(diǎn)以下的溫度下，對下部模具與上部模具相互加壓，執(zhí)行擴(kuò)散接合的步驟；對通過所述步驟而相互結(jié)合的下部模具與上部模具的外形進(jìn)行粗磨加工的步驟；外形加工完成后，對相互結(jié)合的下部模具和上部模具進(jìn)行熱處理的步驟；相互結(jié)合的下部模具與上部模具的熱處理完成后，組裝于底板的步驟；及完成在底板的加裝后，對相互結(jié)合的下部模具與上部模具的外形進(jìn)行精磨加工的步驟；在所述下部模具與上部模具的擴(kuò)散接合步驟中，擴(kuò)散接合在真空狀態(tài)下執(zhí)行，在所述下部模具與上部模具的接觸面之間形成擴(kuò)散層，從而，所述下部模具與上部模具相互結(jié)合。

但是，如上所述，以往存在模具因冷卻液而被腐蝕，冷卻效率低的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問題

因此，本發(fā)明正是為了解決如上所述的問題而研發(fā)的，旨在提供一種利用三維層疊加工的熱沖壓模具制作方法，在以原有的槍鉆制作方式無法加工的曲面形狀的制品面上，加工按等間隔形成的冷卻通道，以低價(jià)材料制作在熱沖壓中使用的冷卻塊后，只在所述下部模具與上部模具接觸的部分，通過3D層疊加工，形成導(dǎo)熱系數(shù)良好的高價(jià)材料，節(jié)省材料費(fèi)，使冷卻性能最大化，從而提高經(jīng)濟(jì)性及作業(yè)的效率性。

技術(shù)方案

本發(fā)明利用三維金屬打印機(jī)的熱沖壓模具用冷卻塊制作方法的特征在于，包括：第1步驟，在下部塊的上面形成多個(gè)作為供流體通過的流路的半圓形通道；第2步驟，沿著在所述下部塊上形成的多個(gè)半圓形通道，在上部分別利用三維金屬打印機(jī)形成上部塊，使得構(gòu)成通道。

有益效果

本發(fā)明利用三維金屬打印機(jī)的熱沖壓模具用冷卻塊制作方法，在以低價(jià)材料制作冷卻塊后，只在所述下部模具與上部模具接觸的部分，通過3D層疊加工，形成導(dǎo)熱系數(shù)良好的高價(jià)材料，節(jié)省材料費(fèi)，使冷卻性能最大化，從而具有提高經(jīng)濟(jì)性及作業(yè)的效率性等顯著的效果。

附圖說明

圖1是普通的熱沖壓模具的立體圖。

圖2是在普通的熱沖壓模具中構(gòu)成的冷卻塊的立體圖。

圖3是在普通的熱沖壓模具中構(gòu)成的冷卻塊的局部立體圖。

圖4是用于制作本發(fā)明熱沖壓模具用冷卻塊的工序圖。

圖5是在本發(fā)明熱沖壓模具中構(gòu)成的冷卻塊的概要圖。

圖6是在本發(fā)明熱沖壓模具中構(gòu)成的冷卻塊又一實(shí)施概要圖。

圖7是三維金屬打印機(jī)用金屬粉末的制造工序圖。

圖8是三維金屬打印機(jī)用金屬粉末的又一制造工序圖。

圖9是應(yīng)用了三維金屬打印機(jī)用金屬粉末的剪斷模具的實(shí)驗(yàn)裝置。

圖10是圖9的A部分的詳細(xì)放大圖。

圖11是應(yīng)用了三維金屬打印機(jī)用金屬粉末的剪斷模具的剪斷作業(yè)后的表面照片。

圖12是應(yīng)用了三維金屬打印機(jī)用金屬粉末的剪斷模具的剪斷作業(yè)后的毛邊(Burr)發(fā)生量比較表。

圖13是三維金屬打印機(jī)用金屬粉末的硬度比較表。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明利用三維金屬打印機(jī)的熱沖壓模具用冷卻塊制作方法包括：第1步驟，在下部塊212的上面形成多個(gè)作為供流體通過的流路的半圓形通道C；第2步驟，沿著在所述下部塊212上形成的多個(gè)半圓形通道C，在上部分別利用三維金屬打印機(jī)形成上部塊211a，使得構(gòu)成圓形的通道C形狀。

在所述第2步驟工序中，在下部塊212形成的半圓形通道C的上部，組裝形成有半圓形槽的掛片213，形成圓形的通道C后，利用三維金屬打印機(jī)，把金屬粉末層疊于所述掛片213的外周，形成上部塊211a。

另外，所述掛片213形成有從半圓形槽所形成的下面越向上寬度越減小的傾斜面。

而且，在所述第2步驟工序中，使銅管214安放于在下部塊212形成的半圓形通道C后，利用三維金屬打印機(jī)層疊所述銅管214的周圍，形成上部塊211。

其特征在于，所述金屬粉末使用SKD61種。

其特征在于，所述金屬粉末按重量％，Cr 8～10％、Si 1.8～2.5％、C 0.25～0.35％、Mn 2～3％，余量由Fe構(gòu)成。

下面根據(jù)附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明利用三維金屬打印機(jī)的熱沖壓模具用冷卻塊制作方法。

圖1是普通的熱沖壓模具的立體圖，圖2是在普通的熱沖壓模具中構(gòu)成的冷卻塊的立體圖，圖3是在普通的熱沖壓模具中構(gòu)成的冷卻塊的局部立體圖。

作為參考，把金屬粉末用作墨粉來打印三維物體的設(shè)備稱為三維金屬打印機(jī)。

如圖1至圖3所示，熱沖壓模具由上、下部模具100、200構(gòu)成，在內(nèi)部構(gòu)成有用于對在上、下部模具100、200內(nèi)加壓成型的材料進(jìn)行冷卻的冷卻塊200。

一般而言，所述上、下部模具100、200以鑄件制作。

而且，在所述冷卻塊200內(nèi)，形成有作為供冷卻液移動(dòng)的通路的通道C，一般而言，所述通道C安裝銅管214加以使用。

因此，如果通過銅管214使冷卻液流動(dòng)，則借助于冷卻液而形成熱傳導(dǎo)，材料與上、下部模具100、200被冷卻。

但是，由于所述銅管214是價(jià)格昂貴的金屬，因而形成有多個(gè)通道C的冷卻塊200在結(jié)構(gòu)上難免制作費(fèi)用昂貴。

圖4是用于制作本發(fā)明熱沖壓模具用冷卻塊的工序圖，圖5是在本發(fā)明熱沖壓模具中構(gòu)成的冷卻塊的概要圖。

如圖4所示，本發(fā)明熱沖壓模具用冷卻塊的制作方法包括：第1步驟，在下部塊212的上面形成多個(gè)作為供流體通過的流路的半圓形通道C；第2步驟，沿著在所述下部塊212上形成的多個(gè)半圓形通道C，在上部分別利用三維金屬打印機(jī)形成上部塊211a，使得構(gòu)成圓形的通道C形狀。

即，冷卻塊200由上部塊211和下部塊212構(gòu)成，具有在所述下部塊212的上面形成多個(gè)作為供流體通過的流路的半圓形通道C的第1步驟工序。

而且，作為第2步驟工序，沿著在所述下部塊212上形成的多個(gè)半圓形通道C，在上部分別利用三維金屬打印機(jī)形成上部塊211a，使得構(gòu)成圓形的通道C形狀。

所述通道C作為剖面凹陷的槽，根據(jù)制造的材料的形狀而以多樣的形狀形成。

圖6是在本發(fā)明熱沖壓模具中構(gòu)成的冷卻塊又一實(shí)施概要圖。

如圖6所示，在所述第2步驟工序中，在下部塊212形成的半圓形通道C的上部，組裝形成有半圓形槽的掛片213，形成圓形的通道C后，利用三維金屬打印機(jī)，把金屬粉末層疊于所述掛片213的外周，從而制造上部塊211a。

此時(shí)，三維金屬打印機(jī)由于熔融的金屬粉末投入的部分的自身尺寸，所述掛片213以從半圓形槽所形成的下面越向上，其寬度越減小的傾斜面形成，從而使得周邊掛片213之間不發(fā)生干擾。

即，在通道C的上部，結(jié)合豎直剖面為形狀的掛片213，在所述掛片213上部，結(jié)合豎直剖面為的上部塊211a。

特別是，為了制造所述上部塊211a而使用的金屬粉末，使用導(dǎo)熱系數(shù)優(yōu)秀的材料。

另外，在所述第2步驟工序中，也可以在使銅管214安放于在下部塊212形成的半圓形通道C后，利用三維金屬層疊所述銅管214的周圍，形成上部塊211。

在本發(fā)明中，三維金屬打印機(jī)用金屬粉末可以使用SKD61種，另外，也可以使用如下組成的金屬粉末。

因此，其特征在于，本發(fā)明三維金屬打印機(jī)用金屬粉末按重量％，Cr 8～10％、Si 1.8～2.5％、C 0.25～0.35％、Mn 2～3％，余量由Fe構(gòu)成。

Cr作為耐腐蝕性及機(jī)械性質(zhì)優(yōu)秀的金屬，如果Cr的組成成份不足8％，則Cr的組成效果微小，如果超過10％，則與含有量的增加相比，因Cr而獲得的效果微小，因而相對于價(jià)格，效率降低。

作為參考，如果Cr為12％以上，則稱為不銹鋼。

C作為隨著含有量而使鋼的諸如強(qiáng)度和硬度的鋼的性質(zhì)發(fā)生變化的元素，大部分含有能夠熱處理的0.1～1.5％，在本發(fā)明的金屬粉末中，使用0.25～0.35％。

Mn堅(jiān)硬，是當(dāng)進(jìn)行金屬合金時(shí)，為提高耐腐蝕性和機(jī)械性質(zhì)所必需的元素，如果組成成份不足2％，則其效果微小，如果超過3％，則與含有量的增加相比，獲得的效果小。

Si幾乎沒有化學(xué)反應(yīng)，因而作為在其它金屬的表面使之成長的元素，如果組成成份不足1.8％，則其效果微小，如果超過2.5％，則與投入的含有量相比，獲得的效果小。

特別是Mn和Si，作為脫氧劑，是煉鋼時(shí)需要的元素。

另外，為了提高金屬制品的功能，按重量比，也可以還包括P 0.01～0.05％、Ni 0.05～1.0％、Mo 0.01～0.05％、Ti 0.001～0.005％、V 0.01～0.05％、Nb0.004～0.01％、W 0.02～0.05％、Co 0.01～0.05％、Zr 0.004～0.01％、B0.002～0.005％。

所述P、Ni、Mo、Ti、V、Nb、W、Co、Zr、B可以個(gè)別地包含或混合包含兩者以上。

P(磷)作為在空氣中自行點(diǎn)火的強(qiáng)易燃性元素，如果P的含有量不足0.01％，則引火力微小，對金屬粉末熔融的影響作用小，如果含有量超過0.05％，則由于引火力強(qiáng)，使其它金屬全部點(diǎn)燃，把金屬粉末制成過軟的流體狀態(tài)，在打印作業(yè)時(shí)難以層疊。

Ni(鎳)能夠進(jìn)行鍛造及鍛接，延展性及韌性豐富，是比鐵更不易氧化的元素，用作催化劑或鐵的鍍金用。如果Ni的含有量不足0.05％，則相對于Ni的投入，其效果微小，如果為1.0％以上，則與含有的量相比，獲得的效果小。

Mo(鉬)在廣泛的溫度范圍下，機(jī)械特性很強(qiáng)，在普通的酸中不溶解，在濃硝酸中也不被侵蝕。鉬鋼作為與鐵的合金，用作切削用工具。如果Mo的含有量不足0.01％，則獲得的效果微小，如果含有量超過0.05％，則與含有量相比，獲得的效果下降。

*Ti(鈦)的強(qiáng)度、延展性、韌性大，在表面生成有氧化膜，因而是不易被酸或海水腐蝕的元素，如果含有量不足0.001％，則因含有Ti而產(chǎn)生的效果微小，如果超過0.005％，則與獲得的效果相比，費(fèi)用過多。

V(釩)與鋼鐵或鐵形成合金，用作高速工具鋼、高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)用鋼材，一般而言，如果在鋼鐵中包含不足1％，則鋼鐵的表面結(jié)構(gòu)細(xì)密，與碳反應(yīng)形成碳化物。如果V的含有量不足0.01％，則因含有V而產(chǎn)生的效果微小，如果含有超過0.05％，則相對于費(fèi)用的效果小。

Nb(鈮)即使在氧氣或強(qiáng)酸中也不被侵蝕，是為增加不銹鋼合金的耐熱性而添加的元素。如果Nb的含有量不足0.004％，則因含有Nb而產(chǎn)生的效果微小，如果超過0.01％，則與含有的量比，其效果小。

W(鎢)用于高速鋼、永磁鋼、耐熱及耐腐蝕合金，碳化鎢用于工具。由于價(jià)格昂貴，如果W含有不足0.02％，則因含有W而產(chǎn)生的效果微小，如果超過0.05％，則與含有的量比，其效果小。

Co(鈷)是發(fā)出與鐵類似光澤的強(qiáng)磁性金屬。加熱也不易熔解，放置于空氣中，也只是表面生銹而不易腐蝕，具有耐氧化性、耐磨損性、機(jī)械性質(zhì)優(yōu)秀的性質(zhì)。如果不足0.01％，則因投入Co而獲得的效果小，如果含有0.05％以上，則與量相比，獲得的效果小。

Zr(鋯)在高溫的水中耐腐蝕性強(qiáng)。既使在空氣中也生成氧化皮膜，顯示出強(qiáng)耐腐蝕性，在粉末狀下，具有在空氣中起火的性質(zhì)，如果不足0.004％，則在空氣中起火而不反應(yīng)，如果為0.01％以上，則與含有的量相比，獲得的效果小，在經(jīng)濟(jì)上有負(fù)擔(dān)。

B(硼)的反應(yīng)性小，但與氧或氮形成化合物，因而提煉金屬時(shí)用作脫氣劑，與C(碳)的化合物B4C是人造物質(zhì)中最堅(jiān)硬的，如果包含不足0.002％，則反應(yīng)性微弱，如果超過0.005％，則與投入的量相比，獲得的效果小。

圖7是三維金屬打印機(jī)用金屬粉末的制造工序圖。

如圖7所示，作為制造本發(fā)明三維金屬打印機(jī)用金屬粉末的第1步驟工序，準(zhǔn)備作為構(gòu)成金屬粉末的組成成份的金屬材料，按指定的重量比混合。

經(jīng)過在第1步驟工序中混合的金屬材料在粉碎機(jī)中粉碎而制成金屬粉末的第2步驟工序。

*而且，作為第3步驟工序，在第2步驟中生成的金屬粉末通過篩選機(jī)進(jìn)行篩選，對指定粒子的金屬粉末與異物及大粒子的金屬粉末進(jìn)行分類。

圖8是三維金屬打印機(jī)用金屬粉末的又一制造工序圖。

作為制造本發(fā)明三維金屬打印機(jī)用金屬粉末的第1步驟工序，分別準(zhǔn)備作為構(gòu)成金屬粉末的組成成份的金屬材料。

如此準(zhǔn)備的所述金屬材料經(jīng)過分別在粉碎機(jī)中粉碎而制成金屬粉末的第2步驟工序。

而且，經(jīng)過把在第2步驟中生成的各個(gè)金屬粉末在篩選機(jī)中篩選并對指定粒子大小的金屬粉末進(jìn)行分類的第3步驟工序，最后是第4步驟工序，按指定的重量比，混合在第3步驟中分類的各個(gè)金屬粉末。

應(yīng)用所述金屬粉末的實(shí)驗(yàn)如下。

圖10是應(yīng)用三維金屬打印機(jī)用金屬粉末的剪斷模具的實(shí)驗(yàn)裝置，圖11是圖10的A部分的詳細(xì)放大圖。

如圖10和圖11所示，以23F85金屬材料為基本，在剪斷作業(yè)時(shí)，在與材料直接相接的上、下部的刃部，分別通過焊接和層疊以及火焰熱處理而制作剪斷模具。

利用如此制作的剪斷模具進(jìn)行剪斷作業(yè)。

圖12是應(yīng)用本發(fā)明三維金屬打印機(jī)用金屬粉末的剪斷模具的剪斷作業(yè)后的表面照片。

如圖12所示可知，與通過火焰熱處理相比，以焊接或?qū)盈B而構(gòu)成的剪斷模具，表面相對光潔、順滑。

圖13是應(yīng)用本發(fā)明三維金屬打印機(jī)用金屬粉末的剪斷模具的剪斷作業(yè)后的毛邊Burr發(fā)生量比較表。

在作為剪斷模具母材的23F5鑄鋼中，層疊作為異種材料的本發(fā)明金屬粉末，結(jié)果表現(xiàn)出層疊穩(wěn)定性，可以確認(rèn)，層疊后，進(jìn)行12,000打剪斷作業(yè)后，鋼材表面劃痕發(fā)生量比焊接及原材料熱處理?xiàng)l件發(fā)生得少。

圖14是三維金屬打印機(jī)用金屬粉末的硬度比較表。

根據(jù)本發(fā)明，金屬粉末大致與構(gòu)成焊條的組成成份相似，層疊作為焊條材料的SKD11粉末與SKD61粉末，對硬度進(jìn)行了比較，如圖13所示，根據(jù)實(shí)驗(yàn)可知，利用本發(fā)明的金屬粉末制造的剪斷模具的硬度最優(yōu)秀。

另一方面，所述金屬粉末可以獨(dú)立使用或與SKD11、SKD61中的一者或兩者混合。

本發(fā)明利用三維金屬打印機(jī)的熱沖壓模具用冷卻塊制作方法，在以低價(jià)材料制作冷卻塊后，只在所述下部模具與上部模具接觸的部分，通過3D層疊加工，形成導(dǎo)熱系數(shù)良好的高價(jià)材料，節(jié)省材料費(fèi)，使冷卻性能最大化，從而具有提高經(jīng)濟(jì)性及作業(yè)的效率性等顯著的效果。