一种通过增材技术制造螺杆转子的模具及其使用方法
技术领域
本发明涉及机械制造技术领域，尤其涉及的是一种通过增材技术制造螺杆转子的模具及其使用方法。
背景技术
螺杆泵由于清洁无油、传动效率大、极限真空高，在真空镀膜、半导体等行业得到越来越多的应用，螺杆泵市场需求越来越大，但全球范围内的螺杆技术核心大都由国外巨头公司垄断，使得国内的螺杆泵研究工作起步慢，自主研发能力弱，也使得螺杆泵在国内的前景十分广阔。
目前螺杆的加工方式有车削、铣削、铸造以及其复合等多种加工方式，但这些基本上都存在各种各样的问题。车削方法加工螺杆，需要五轴联动数控机床，对加工的精度要求特别高，加工以及装配的过程中不能完全保证精度的要求，螺杆在经过车削后还需经过铣削，但存在定位困难、精度低等问题。螺杆转子还可采用铸造方式来进行加工，目前螺杆铸件一般都采用潮模砂或树脂砂铸造，但是得到的螺杆转子容易形成缩孔、缩松、皮下气孔、石墨漂浮等缺陷，铸件废品率高，经济效益较低，而且，铸造工艺还存在模具制造困难、精度低的不可避免的缺点。
增材制造是一种在近年来才兴起的新型制造技术，在这个过程中，零件制造的唯一依据是其各截面层的形状，最终的零件实体由各截面层堆积而成，不需要为零件的制作过程设计复杂的加工工序，是一种数字化的制造过程，和现代制造业向自动化和信息化发展的趋势相符合，极大地节约了成本和开发时间。与此相符，普通螺杆沿轴向方向的每一截面的形状都相同，只是偏差一定的角度，故可将螺杆转子看作是无数个平面旋转叠加起来的，可以利用增材制造技术来进行转子的加工，方法简单快捷高效且造价低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种通过增材技术制造螺杆转子的模具及其使用方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种通过增材技术制造螺杆转子的模具，其特征在于包括承接平台和型模，型模上设置有一贯穿其上下面的成型腔，承接平台与型模设置于同一轴线上，承接平台与型模中至少有一个可沿中心轴线来回运动，承接平台与型模中至少有一个可绕中心轴线做自旋转运动，成型腔的横截面形状为待制作的螺杆转子的转子型线的形状。
作为对上述方案的进一步改进，成型腔的内腔形状为待制作的螺杆转子外形形状的一部分。
作为对上述方案的进一步改进，成型腔的内腔形状为待制作的螺杆转子上外形形状上一个完整螺旋的0.15圈部分。
作为对上述方案的进一步改进，在型模内设置有冷却水道，冷却水道围绕成型腔设置。
作为对上述方案的进一步改进，型模上还置有注料桶，注料桶设置于型模上远离承接平台的一侧。
作为对上述方案的进一步改进，型模包括上模板和下模板，冷却水道设置于下模板上。
本发明还通过上述通过增材技术制造螺杆转子的模具的使用方法，包括如下步骤：
步骤一、将承接平台移动至紧贴型模，并将型模加热至工作温度200～300℃；
步骤二、向型模内注入熔融态的成型材料；
步骤三、注料注满后继续注料，同时使承接平台与型模远离并相对转动；
步骤四、继续步骤三直至待制作的螺杆制作完成，停止注料和承接平台与型模之间的行对运动，冷却后取下。
作为对上述方案的进一步改进，步骤三中承接平台与型模远离的速度和相对转动的速度的关系应与待制作的螺杆的导程相对应。
作为对上述方案的进一步改进，令承接平台与型模远离的速度为v1，承接平台与型模相对转动的旋转速率v2，
其中，v1的单位为mm/s，v2的单位为°/s，P为待加工螺杆转子导程，单位为mm。
作为对上述方案的进一步改进，令型模的厚度为h，则型模内物料的平均停留时间t＝v1/h，t取值为30～60s。
本发明相比现有技术具有以下优点：本发明适合于任意型线的螺杆转子，简单、易操作，极大地节约了成本和开发时间；相比于普通车、铣加工方式，本发明提供的增材制造方式，更加高效，不存在普通加工中定位困难、精度低等问题；液体材料的进料过程是平缓的，液体从外界进入模具型腔不发生大的溅射，液体可以均匀铺满模具型腔底部，一层一层均匀充满整个型腔，从四周向中间等厚度逐层凝固，凝固效果好；本方案中螺杆拉长、液体浇注及凝固过程同时发生，直到形成所需要的螺杆转子，工序简单，成品率高。
附图说明
图1本发明工作状态示意图。
图2上模板结构示意图。
图3下模板结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
一种通过增材技术制造螺杆转子的模具，其特征在于包括承接平台4和型模2，型模2上设置有一贯穿其上下面的成型腔5，承接平台4与型模2设置于同一轴线上，承接平台4与型模2均可沿中心轴线来回运动和绕轴线做自转，成型腔5的横截面形状为待制作的螺杆转子3的转子型线的形状。
成型腔5的内腔形状为待制作的螺杆转子3外形形状的一部分。成型腔5的内腔形状为待制作的螺杆转子3上外形形状上一个完整螺旋的0.15圈部分。在型模2内设置有冷却水道6，冷却水道6围绕成型腔5设置。型模2上还置有注料桶1，注料桶1设置于型模2上远离承接平台4的一侧。型模2包括上模板21和下模板22，冷却水道6设置于下模板22上。
冷却水能够均匀冷却每一层的螺杆截面实体，促使其每一截面都可从四周逐渐凝固至中心，使得模具达到理想的动态热平衡，使得成型过程中模具所吸收的热量始终等于其所散发的热量，促进螺杆转子的冷却凝固。
实施例2
一种上述通过增材技术制造螺杆转子的模具的使用方法，包括如下步骤：
步骤一、将承接平台4移动至紧贴型模2，并将型模2加热至工作温度200～300℃；与此同时可以同时加热注料桶1，以保证材料的流动性；
步骤二、向型模2内注入熔融态的成型材料；向冷却水道6中注入冷却水，使型模2保持工作温度；
步骤三、注料注满后继续注料，同时使承接平台4与型模2远离并相对转动；承接平台4与型模2远离的速度和相对转动的速度的关系应与待制作的螺杆的导程相对应；
步骤四、继续步骤三直至待制作的螺杆制作完成，停止注料和承接平台4与型模2之间的行对运动，冷却后取下。
该方案的实现原理为：开始时液熔融材料接触承接平台4上表面，工作过程中，当型模2充满熔融材料时，则承接平台4开始运转，承接平台4一方面作匀速圆周转动，另一方面沿轴向位移逐渐远离型模2，熔融材料逐层叠加，并凝固成型，同时承接平台4不断旋转带走已有已成型部分，直至成型整个待制作的螺杆实体。
注料桶1位置选在型模2成型腔5截面的型心处，注料桶1的高度为H，半径为R，浇筑注料的速度为V，承接平台4与型模2远离的速度为v1，承接平台4与型模2相对转动的旋转速率v2，
H、R、V的取值范围满足以下条件：
10mm≤H≤200mm
4mm≤R≤15mm
80mm/s≤V≤300mm/s
承接平台4轴向运动速率v1以及承接平台4旋转速率v2确定方法为：
其中，S是待加工螺杆转子型线截面积，P为待加工螺杆转子导程。
令型模2的厚度为h，则型模2内物料的平均停留时间t＝v1/h，在设定最佳各种参数条件下，时间可保持在1min以内，承接平台4慢速旋转的过程中，可以保证每一层金属的及时凝固，不会出现在没有充足壁厚时螺杆已经旋转出模具下表面的情况。
