一种用于制作异形多曲面工件的模具及其制作方法与流程

本发明涉及异形多曲面工件的加工技术领域，尤其是涉及一种用于制作异形多曲面工件的模具、工件模具的制作方法及工件的加工方法。

背景技术：

现代建筑装饰面板具有双向曲面的金属板件使用越来越广泛，板件曲率变化大要求高，双曲板的加工工艺受到行业的重视，尤其，铝合金板材其具有良好的可塑性及延展性，适用于各种建筑装饰中。目前厚度在1-4mm之间的铝合金板及其它金属板的曲面加工，一般采用普通三轴辊压成型及机械金属模冲压成型。普通三轴辊压成型，效率高、产品平滑光洁，但是对于曲率变化大的金属板无法满足实际生产要求，同时控制难度大，操作复杂。对于机械金属模冲压成型，因模具制作周期和费用的限制，不适合小批量双曲板的成型。

为了解决上述问题，中国专利《一种应用于异形金属板双曲面成型的模具及其制作方法》，申请号为：cn201510606239.8，该专利提出了的模具本体包括上模和下模，所述的上模和下模分别由若干根木制的模具肋板按照模具线框模型依次拼合，并通过方键定位及贯通于各模具肋板的螺栓紧固一体，所述的上模和下模分别设有与异形金属板双曲面对应的上模面和下模面，通过上模面和下模面将异形金属板压制成型。其采用间隔抽取模具的方式制作模具，加工过程相对繁琐，针对大尺寸的工件时需要大量的时间完成切割加工及组装等工序，同时，当模具使用结束后，模具无法实现废物再利用，对模具材料会产生一定的浪费。

中国专利《弯扳机用模具的制作方法和金属模具》，申请号为：cn200610084805.4，该专利与cn201510606239.8类似，采用3维cad数据进行维度抽取、分隔、加工、组装模具要件，以完成模具的制作，加工过程相对繁琐。

中国专利《一种封头瓣片压制成型模具》，申请号为：cn200910016879.8，该模具包括上模和下模，上模由上往下依次由上模板、上模体分模块和上模双曲面模块组成，下模由下往上依次由下模板、下模体分模块和下模双曲面模块组成，上、下模的各个组成部分分别由均匀分布的分块组成，上、下模各个组成部分的分块采用方键定位及高强度螺栓固定。该模具采用积木式拼装结构，组成模具的分模块加工、安装、拆卸方便；当模具局部损坏时更换成本低。然而，该模具为金属结构，模具制作周期长，制作成本高。

再者，由于许多建筑的造型所选用多块的铝合金板材，而且每一件铝单板的大小、曲面外形大都各有特色、差异明显，所以采用异形多曲面板材在建筑装饰中的应用，注定了同一曲率外形的双曲面板加工的数量并不大，上述的工艺显然不适合小批量双曲板的成型，无法完成针对小批量、多种类的双曲面工件的快速生产。

在模具物料能重复回收利用的前提下，为了解决小批量、多种类的双曲面工件无法完成快速生产的问题，本发明提供了一种通过cnc雕刻技术，以木料作为基础制作异形多曲面工件的模具、工件模具的制作方法及异形多曲面工件的加工方法。

技术实现要素：

以解决现有技术中的问题，本发明提供一种用于制作异形多曲面工件的模具、工件模具的制作方法。

本发明还提供了使用上述模具的制作异形多曲面工件的加工方法。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种制作异形多曲面工件的模具，包括，相互对应吻合的上模和下模，所述上模和下模均由若干个木质籽料拼接固定成型，所述籽料与籽料之间通过榫卯结构固定；所述上模和下模的底面均形成完整平滑的底面，所述上模和下模相对应面为平滑的曲面，且相互吻合，在所述曲面上设有环氧树脂层。

作为优选的技术方案，所述环氧树脂层的组分还包括30-40wt％的固化剂以及0.5-1wt％的纳米二氧化硅，所述二氧化硅粒度为100-200目。

优选的，固化剂为聚酰胺651固化剂，购于南通星晨合成材料公司。

作为优选的技术方案，所述环氧树脂层的厚度为3mm-5mm。

作为优选的技术方案，在所述上模和下模的外圈均设有一层金属包边。

作为优选的技术方案，所述籽料与籽料之间的接触面上还涂抹有粘合剂。

作为优选的技术方案，所述籽料为规则的直棱柱，所述籽料的高度为10cm～30cm，所述籽料的横截面的面积为0.02m²～0.2m²。

作为优选的技术方案，在所述籽料的每个侧面上均开有指接榫槽，相邻两个所述籽料通过指接榫结构实现拼接固定。优选的，所述指接榫槽的数量至少为两个；所述指接榫槽的形状为三角形或矩形；所述指接榫槽的形状为三角形时，所述三角形的顶角角度为30-75°之间。

作为优选的技术方案，在所述籽料的每个侧面上均开有榫槽，所述籽料与籽料相拼合时，所述榫槽相互对应结合成榫孔，在所述榫孔内插入榫头使得所述籽料与籽料配合固定为一体。

进一步的，所述榫槽的截面为半圆形、三角形、或矩形。所述榫头的截面的形状为与所述榫孔相配合的圆形、菱形、或矩形。

本发明还提供了上述制作异形多曲面工件的模具的制作方法，包括以下步骤：

a.模具设计

根据工件尺寸建立三维空间模型，获得三维空间模型表面数据，根据所述三维空间模型表面数据拆分获取上模具数据参数和下模具数据参数；

b.粗模制作

选取若干个木质的籽料，并拼接固定成与型材相对应面积的粗模；

c.模具雕刻

将所述粗模分别放置有雕刻设备内，根据步骤a中的所述上模具数据参数或下模具数据参数进行雕刻成型为上模或下模；雕刻后的所述上模和下模的表面相互吻合，在所述模具的表面涂覆有一层环氧树脂，待环氧树脂完全固化后，即得模具；

步骤b的所述粗模还可以由对称扣合在一起的上模和下模组成。由于所述上模和下模的曲面形状对应相吻合，相扣合后形成一个完整的粗模，其上下表面平整光滑，可以实现物料的重复利用和回收。为了进一步的达到稳定的目的，在所述上模和下模之间涂抹有粘合剂。

作为优选的技术方案，还包括：d.模具检测

采用精密的激光跟踪仪对上模或下模尺寸进行全面检测，并与三维空间模型进行对点检测，保证模具本身尺寸及形位精度，当模具的精度不符时，通过所述雕刻设备进行再次加工。

作为优选的技术方案，所述环氧树脂的固化过程包括：在30-45℃下养护固化处理8h，使模具的热稳定性满足使用要求。

作为优选的技术方案，所述环氧树脂的厚度为3mm-5mm。

作为优选的技术方案，所述环氧树脂内还包括30-40wt％的固化剂。优选的，固化剂为聚酰胺651固化剂，购于南通星晨合成材料公司。

作为优选的技术方案，所述环氧树脂还包括0.5-1wt％的纳米二氧化硅，所述二氧化硅粒度为100-200目。

作为优选的技术方案，所述粗模由若干个籽料拼接固定成型，所述籽料与籽料之间通过榫卯结构固定；所述粗模的底面形成完整平滑的底面，为了防止粗模松散，在所述粗模的外圈可以设有一层金属包边。

作为优选的技术方案，所述籽料与籽料之间的接触面上还涂抹有粘合剂。

作为优选的技术方案，所述籽料为规则的直棱柱，优选为方木，所述籽料的高度为10cm～30cm，所述籽料的横截面的面积为0.01m²～0.1m²。

作为优选的技术方案，在所述籽料的每个侧面上均开有指接榫槽，相邻两个所述籽料通过指接榫结构实现拼接固定。优选的，所述指接榫槽的数量至少为两个；所述指接榫槽的形状为三角形或矩形；所述指接榫槽的形状为三角形时，所述三角形的顶角角度为30-75°之间。

作为优选的技术方案，在所述籽料的每个侧面上均开有榫槽，所述籽料与籽料相拼合时，所述榫槽相互对应结合成榫孔，在所述榫孔内插入榫头使得所述籽料与籽料配合固定为一体。本结构采用了木销贯穿带结合方式实现籽料与籽料之间的配合固定，无需采用金属钉进行固定，在后期雕刻过程不会对雕刻设备的刻刀的造成损伤。

作为优选的技术方案，所述榫槽的截面为半圆形、三角形、或矩形。所述榫头的截面的形状为与所述榫孔相配合的圆形、菱形、或矩形。

作为优选的技术方案，步骤c的雕刻设备为cnc雕刻机。

本发明还提出了一种异形多曲面工件的加工方法，包括以下步骤：

将前述方法制得的上模和下模分别安装在冲压机上，然后将金属板件放置于所述上模和下模之间进行压制塑形，即得异形多曲面工件部件。

本发明具有的有益效果是：

(1)通过木质籽料拼接成模具，选材容易，成型方便，成本较低，同时在光滑的模具表面增加环氧树脂涂层，环氧树脂涂层包覆木材本体，增强了模具表面韧性和抗冲击性，可以延长模具寿命、防止木料吸收空气水分变形。

(2)环氧树脂层的增加的聚酰胺651固化剂和纳米二氧化硅能够增强环氧树脂层的强度，有利于保护木材表面结构，同时表面光滑，不易脱落；冲压制得的曲面工件的表面更加光滑平整，减少了再次精修的操作。

(3)本发明中的粗模是由木质的籽料采用榫卯结构进行拼接成型，无需采用金属钉进行固定，在后期雕刻过程不会对雕刻设备的刻刀的造成损伤。

(4)本发明的粗模还可以由废弃的对称扣合在一起的上模和下模组成，可以实现模具的重复利用，节省资源，避免资源的浪费。

(5)采用木料作为模具，质量轻，成型方便，成本较低，易于cnc加工。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方案或现有技术中的技术方案，下面将对实施方案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一些实施方案，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明：一种制作异形多曲面工件的模具的结构示意图；

图2为本发明：一种制作异形多曲面工件的模具的下模的结构示意图；

图3为本发明模具的籽料采用指接榫接的第一种结构示意图；

图4为本发明模具的籽料采用指接榫接的第二种结构示意图；

图5为本发明模具的籽料采用木销贯穿带结构示意图；

图6为本发明：一种制作异形多曲面工件的模具的制作方法的步骤图；

图7为本发明由粗模加工成模具的状态变化图；

图8为本发明粗模的结构示意图；

图9为本发明模具的籽料采用指接榫接的第一种结构示意图；

图10为本发明模具的籽料采用指接榫接的第二种结构示意图；

图11为本发明模具的籽料采用木销贯穿带结构示意图；

图12为本发明异形多曲面工件的的加工示意图。

其中，1-上模、2-下模、3-底面、4-环氧树脂层、100-籽料、101-指接榫槽、102-榫槽、103-榫孔、104-榫头、90-粗模、99-模具。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

实施例1

参照图1-5所示，本实施例公开的一种制作异形多曲面工件的模具，包括，相互对应吻合的上模1和下模2，上模1和下模2均由若干个木质籽料100拼接固定成型，籽料100与籽料100之间通过榫卯结构固定；上模1和下模2的底面3均形成完整平滑的底面3，上模1和下模2相对应面为平滑的曲面，且相互吻合，在曲面上设有环氧树脂层4，其中，环氧树脂层4的厚度为3mm-5mm。环氧树脂层4的主要作用在于模具表面韧性和抗冲击性，可以延长模具寿命，尤其的，环氧树脂层4能够防止木料吸收空气水分变形。

本发明中的环氧树脂层4的组分包括：30-40wt％的固化剂、0.5-1wt％的纳米二氧化硅、以及余量的环氧树脂，其中，环氧树脂型号为wsr618(e-51)环氧树脂，固化剂为聚酰胺651固化剂，上述材料均购于南通星晨合成材料公司，纳米二氧化硅的粒度为100-200目。采用上述组分涂覆在模具表面形成的环氧树脂层4能够有效的防止木料吸收空气水分变形，通过固化剂和纳米二氧化硅的添加，使得模具表面韧性和抗冲击性，可以延长模具寿命，完全可以保证模具的使用10次以上，解决了多曲面工件的小批量快速生产的问题。使用后的模具可以重复利用或者拆解后重复利用，节省资源，避免资源的浪费。

本发明中的籽料100采用实木材质，优选为杨木，其价格便宜。例如本实施例中的，为了防止粗模松散，籽料100与籽料100之间的接触面上还涂抹有粘合剂，在粗模的外圈可以设有一层金属包边5。本发明中的籽料100为规则的直棱柱，例如籽料100选取为方木，其中，籽料100的高度为10cm～30cm，籽料100的横截面的面积为0.01m²～0.1m²。

参照图3-4所示，本实施列中的籽料100与籽料100之间配合的方式为指间榫接，具体的，在籽料100的每个侧面上均开有指接榫槽101，相邻两个籽料100通过指接榫结构实现拼接固定。为了保证整个模具的稳定性，指接榫槽101的数量至少为两个。例如图3所示，指接榫槽101的形状为三角形，三角形的顶角角度为60°。例如图4所示，指接榫槽101的形状为矩形，籽料100的每个侧面的指接榫槽101的数量为2个。

参照图5所示，本实施列中的籽料100与籽料100之间配合的方式为木销贯穿带结合，在籽料100的每个侧面上均开有榫槽102，籽料100与籽料100相拼合时，榫槽102相互对应结合成榫孔103，在榫孔103内插入榫头104使得籽料100与籽料100配合固定为一体。本结构采用了木销贯穿带结合方式实现籽料100与籽料100之间的配合固定，无需采用金属钉进行固定，在后期雕刻过程不会对雕刻设备的刻刀的造成损伤。其中，榫槽102的截面为半圆形、三角形、或矩形。榫头104的截面的形状为与榫孔103相配合的圆形、菱形、或矩形。本实施例中的榫槽102、榫孔103和榫头104的结构均为矩形。

本发明的模具是通过木质籽料100拼接而成，选材容易，成型方便，成本较低，同时在光滑的模具表面增加环氧树脂涂层，环氧树脂涂层包覆木材本体，增强了模具表面韧性和抗冲击性，可以延长模具寿命、防止木料吸收空气水分变形。环氧树脂层4的增加的聚酰胺651固化剂和纳米二氧化硅能够增强环氧树脂层4的强度，有利于保护木材表面结构，同时表面光滑，不易脱落；冲压制得的曲面工件的表面更加光滑平整，减少了再次精修的操作。

尤其的，本发明采用了模具由木质的籽料100采用榫卯结构进行拼接成型，无需采用金属钉进行固定，有利于回收利用。

实施例2

参照图6-7所示，一种制作异形多曲面工件的模具的制作方法，包括以下步骤：a.模具设计；根据工件尺寸建立三维空间模型，获得三维空间模型表面数据，根据三维空间模型表面数据拆分获取上模具数据参数和下模具数据参数；建立三维模型时，可以选用法国达索(dassaultsystemes)公司solidworks软件，该软件是世界上第一个基于windows开发的三维cad系统；当然也可以选用其他的三维设计软件，如proe、ug、catia等。

b.粗模制作；选取若干个木质的籽料，并拼接固定成与型材相对应面积的粗模；本发明中的粗模90由若干个籽料拼接固定成型，籽料与籽料之间通过榫卯结构固定；粗模90的底面形成完整平滑的底面。在拼接过程中，可以根据工件的尺寸拼接形成初步的形态，为后面的雕刻过程减少一定的物料损耗。其中，籽料优选采用实木材质，如杨木，其价格便宜；也采用刨花板材，其密度应至少大于1.0克/立方厘米。籽料的形状一般选取为方木，其高度为20cm-40cm之间，横截面的面积应该在0.01-0.1m²之间，例如杨木材质，长宽高分别为10cm，15cm，35cm。

c.模具雕刻；将粗模90分别放置有雕刻设备内，根据步骤a中的上模具数据参数或下模具数据参数进行雕刻成型为上模或下模；雕刻后的上模和下模的表面相互吻合，即得模具99。其中，雕刻设备采用gxucnc(广旭数控)h2-2500高速木工雕刻机，其通过cnc(计算机数字控制)进行加工，根据模具数据参数自动化的进行雕刻，其具有高精度、高速度、强力度、低跳动，稳定强、寿命长的工业特点，可以适用于大面积的曲面雕刻工艺需求。雕刻后的上模和下模的表面相互吻合，在模具的表面涂覆有一层环氧树脂，待环氧树脂完全固化后，即得模具99。

d.模具检测；采用精密的激光跟踪仪对上模或下模尺寸进行全面检测，并与三维空间模型进行对点检测，保证模具本身尺寸及形位精度，当模具的精度不符时，通过雕刻设备进行再次加工。例如通过leica绝对扫描测头las-20-8，可以实现3d扫描功能，通过检测模具的完整性，实现与三维空间模型进行比对，确定模具尺寸偏差，按照偏差修理、校正模具，保证模具的尺寸、形状精度，当出现误差时，通过雕刻设备进行再次加工。

本发明中的环氧树脂的型号为wsr618(e-51)环氧树脂，购于南通星晨合成材料公司，在环氧树脂内还包括30-40wt％的聚酰胺651固化剂以及0.5-1wt％的纳米二氧化硅，其中，二氧化硅粒度为100-200目，聚酰胺651固化剂购于南通星晨合成材料公司。环氧树脂的应用主要为了防止木模表面直接接触空气，吸收空气中的水分，由于空气湿度的变化造成模具变形，影响最终的尺寸精度。另外通过添加聚酰胺651固化剂和纳米二氧化硅，可以降低环氧树脂的脆硬性，增强模具表面韧性和抗冲击性。

环氧树脂的固化过程包括：在30-45℃下养护固化处理8h，使模具的热稳定性满足使用要求。固化后的环氧树脂的厚度为3mm-5mm。

参照图8所示，在实际生产过程中，上模1和下模2反复加工产品若干次后，基本完成了小批量双曲板产品的生产，但继续加工的产品表面可能存在无法达到对应产品需求的精度的问题，此时的上模1和下模2的表面仍然会吻合，我们可以将上模和下模对称扣合作为粗模进行使用，上模1和下模2相扣合后形成一个完整的粗模90，其上下表面平整光滑，可以实现物料的重复利用和回收。为了进一步的达到稳定的目的，在上模1和下模2之间涂抹有粘合剂。

例如本实施例中的，为了防止粗模松散，籽料与籽料之间的接触面上还涂抹有粘合剂，在粗模的外圈可以设有一层金属包边。为了防止金属对雕刻设备的损害，金属包边位于粗模的中下部。

为了保证整个粗模的稳定性，在粗模的制作过程中，籽料与籽料之间配合的方式可以为指间榫接和木销贯穿带结合。

参照图9-10所示，本实施列中的籽料100与籽料100之间配合的方式为指间榫接，具体的，在籽料100的每个侧面上均开有指接榫槽101，相邻两个籽料100通过指接榫结构实现拼接固定。为了保证整个模具的稳定性，指接榫槽101的数量至少为两个。例如图9所示，指接榫槽101的形状为三角形，三角形的顶角角度为60°。例如图10所示，指接榫槽101的形状为矩形，籽料100的每个侧面的指接榫槽101的数量为2个。

参照图11所示，本实施列中的籽料100与籽料100之间配合的方式为木销贯穿带结合，在籽料100的每个侧面上均开有榫槽102，籽料100与籽料100相拼合时，榫槽102相互对应结合成榫孔103，在榫孔103内插入榫头104使得籽料100与籽料100配合固定为一体。本结构采用了木销贯穿带结合方式实现籽料100与籽料100之间的配合固定，无需采用金属钉进行固定，在后期雕刻过程不会对雕刻设备的刻刀的造成损伤。其中，榫槽102的截面为半圆形、三角形、或矩形。榫头104的截面的形状为与榫孔103相配合的圆形、菱形、或矩形。本实施例中的榫槽102、榫孔103和榫头104的结构均为矩形。

实施例3

参照图12所示，本发明还提出了一种异形多曲面工件的加工方法，包括以下步骤：

将前述的上模1和下模2分别安装在冲压机上，然后将金属板10件放置于上模1和下模2之间进行压制塑形，即得异形多曲面工件部件。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。