模具是制造业的核心。利用模具生产产品的过程中,往往会遇到排气不畅、温度不易控制、脱模困难等问题。多孔材料因具有渗透特性和强化换热特性,用其制造模具可以顺利解决模具的排气、冷却等问题。解决模具排气问题,可以提高成型件的成品率和质量;提高模具热交换效率,可以缩短单件产品的成型周期,从而提高生产效率,具有重要的理论价值和实际应用的意义。本文对多孔模具制造及模具的高效热交换关键技术进行了系统的研究。提出了一种采用不锈钢短切纤维作为增强相提高烧结不锈钢多孔模具材料性能的方法。发明了一种剪断金属长纤维绳束来制备金属短纤维的方法,并因此研发了一种金属纤维短切装置,其旋转的动刀和静止的定刀作为剪切刀模将金属长纤维绳束短切成金属短纤维,生产的金属短纤维长度可调,效率高,每分钟可剪切获得1681680根金属短纤维,短纤维直径均匀、表面无裂纹、力学强度高,适用于烧结不锈钢多孔模具材料的增强。提出了分层铺设方法,将增强用不锈钢短纤维和不锈钢粉末颗粒层层堆积,实现了短纤维和粉末颗粒较为均匀的混合。设计制造了压制烧结不锈钢多孔材料生坯的可拆卸组合模具,实现了多孔材料生坯无脱模力脱模,生坯成型良好,无掉边、掉角缺陷。改进了大块烧结不锈钢多孔模具材料的真空烧结工艺,保证大块多孔模具材料烧结过程中不开裂。研究了不同材质烧结不锈钢多孔材料的热处理方法,在真空烧结炉中对烧结不锈钢多孔模具材料进行了高温氮气渗氮热处理,实现了烧结不锈钢多孔模具材料的化学热处理强化。将不同粉末目数、不同纤维含量的真空烧结不锈钢多孔模具材料和高温渗氮后的多孔模具材料进行了性能测试和对比,结果表明,不锈钢短纤维和高温氮气渗氮热处理能明显提高烧结不锈钢多孔模具材料的压缩屈服强度;粉末颗粒目数对多孔模具材料的渗透率影响很大;性能参数为烧结不锈钢多孔模具材料在模具中应用提供了理论指导和数据支持。基于多孔材料的渗透性能,提出了烧结不锈钢多孔模具材料制备纤维模塑模具的新方法,其中应用大孔隙率、较大孔隙尺寸烧结不锈钢多孔模具材料制造纤维模塑多孔隙冷压吸滤模具,应用大孔隙率、微小孔隙尺寸烧结不锈钢多孔模具材料制造纤维模塑多孔隙热压整形下模具。分析了加工方法对烧结不锈钢多孔模具材料表面孔隙堵塞的影响,研究了烧结不锈钢多孔模具材料制备纤维模塑模具的设计和加工工艺流程,将制造的多孔隙纤维模塑模具进行纤维模塑产品成型试验,成型产品质量优于传统的“钻孔+覆网”纤维模塑模具成型方法。采用短纤维增强烧结不锈钢多孔模具材料设计制造了多微孔隙注塑模具,进行了ABS塑料/Si C复合材料的注塑成型实验,结果表明,气体可以顺利从烧结不锈钢多孔隙模具材料连通的微孔隙路径排出,复合材料充分填充模具型腔,被成型材料不会堵塞模具材料表面的微孔隙,模具可以重复使用,验证了烧结不锈钢多孔模具材料直接制造成的注塑模具型腔能良好地应用于ABS塑料/Si C复合材料的成型,无需排气槽、排气塞等传统的辅助排气系统。基于多孔金属材料的强化换热特性,在冷却通道内置入泡沫铜强化冷却高温铸造模具,建立了模拟高温铸造模具冷却的实验系统,研究了不同流量下泡沫铜通道和空通道的模具冷却情况。结果表明,当冷却水体积流量0.4 m3/h时,使用泡沫铜通道冷却80 s后,模具冷却通道附近同一位置的温度比空通道冷却低29.4℃;随着流量增加,使用泡沫铜通道的模具同一位置温度降低、局部温度梯度和热流密度增大,证明冷却通道内置入泡沫铜能够实现铸造模具的快速冷却。在流动阻力方面,置有泡沫铜的冷却通道较光滑管通道的流动阻力明显增大。对烧结不锈钢颗粒多孔材料的单相流压降特性进行试验研究,根据孔隙率的大小选择简单堆积颗粒方式作为模拟的单元模型,在此几何模型上设定对称边界,在孔隙尺度下通过求解标准N-S方程及k-ε紊流模型对其进行数值模拟。分析了单相流流经烧结不锈钢颗粒多孔材料后的单位压降与等效雷诺数的关系,并基于实验数据拟合出了表征多孔材料流动压降与颗粒直径、流速、孔隙率的Tadrist关系式中的两个常系数。完整的Tadrist关系式可以作为烧结不锈钢颗粒多孔材料内流动压降在宏观尺度上的预测模型。