章金宇

摘 要：隨著三維打印技術的發(fā)展，注塑模具冷卻回路設計從傳統(tǒng)的線性設計優(yōu)化到隨形回路設計。文章介紹并總結了隨形冷卻水道的設計原則、截面形狀變化、布局和優(yōu)化技術。注塑模具采用隨形水回路設計，從而使冷卻介質和模具表面之間的距離保持一致，從而提高冷卻效率、模具效率和模具表面溫度分布的一致性，從而顯著提高產(chǎn)品質量和性能。

關鍵詞：隨形冷卻水道;注塑模具;設計方法;3D打印

1.研究背景

近年來，隨著三維打印技術的迅速發(fā)展，金屬三維打印技術變得非常成熟。無論是印刷周期、表面質量還是機械性能都有很好的表現(xiàn)由于金屬3D列印技術不需要太多產(chǎn)品結構，因此在準備具有復雜結構的零件時取得了很好的效果。其中一個是射出成型模管路的制造。冷卻時間占注塑成型周期的一半以上。有效的冷卻系統(tǒng)設計有助于縮短成型周期并提高生產(chǎn)率。根據(jù)塑料產(chǎn)品的形狀設計隨形冷卻水道，可以有效地控制冷卻過程中的產(chǎn)品溫度一致性，減少產(chǎn)品偏差、劃痕和應力集中，縮短冷卻時間，從而提高模具的工作效率目前，大多數(shù)隨形性冷卻水道結構是手工制造的，與常規(guī)幾何形狀（如螺旋、環(huán)形或微孔）相對應。當塑料產(chǎn)品結構復雜時，與產(chǎn)品表面的配合性能不夠好使用，「Materialise3-matic」軟體自動建立隨形冷卻回路時，會將可塑性零件的整個表面偏移一定距離，然后建立以偏移表面為中心的隨形冷卻回路，從而提供更好的調整，減少注塑壓力，并極大地提高產(chǎn)品品質和生產(chǎn)力。

2.冷卻水道的設計原則

首先實現(xiàn)隨形冷卻回路布局，然后設計出模具機構布局，以避免通道和模具機構之間的干涉，獲得模具零件的合理布局，盡可能增加冷卻水道的數(shù)量和切割面積，并在以下情況下更密集、更均勻地排列它們確保冷卻水道和坡腳之間的距離相等，以反映冷卻水道的一致性。若要改善灌嘴冷卻，必須在灌嘴上安裝冷卻入口，以防止灌嘴內熔膠過熱。為便于操作，最好將冷卻水入口和出口處的水嘴與模具放置在同一側;請注意鑲件和模板之間的距離。過長的冷卻水管路可能會增加入口水和出口水的溫差，影響傳熱并降低冷卻效率。冷卻水道的總長度不得超過1200至1500毫米;冷卻水道路徑應避免焊接，因為焊接處的熔體溫度較低，如果冷卻水道通過此處，熱量將進一步去除，焊接更加明顯，產(chǎn)品出現(xiàn)故障;型芯和型腔的表面溫度不應太不同，并且應形成單獨的冷卻回路。局部熱量過高的地方，可以加強冷卻，并可以修改冷卻水道的形狀和直徑;冷卻循環(huán)與產(chǎn)品壁厚直接相關?？梢詢?yōu)化塑料零件的設計，壁厚相等，冷卻時間較短;考慮到冷卻效率和成本，冷卻環(huán)境通常是水，其次是空氣和油;冷卻水道必須易于清洗以避免堵塞。

3.冷卻水道的截面形狀

切割規(guī)則的冷卻回路。冷卻水道通用的標準截面形狀包括圓形、半圓形、矩形和u形三通，具體取決于傳熱的原理，以及其他條件是固定的，并且截面是累積的。剖面周長越長，冷卻效率越高，冷卻速度越快。Moldflow用于分析冷卻水道的不同部分。仿真結果表明，u形截面冷卻效率較高，半圓形截面冷卻效率較低。不規(guī)則航道。為了使水道內的冷卻介質易受湍流影響，并改善傳熱，為螺旋槽管道、標度管道、波浪管道、橫向槽管道和扁平管道設計了外部冷卻水道。

分區(qū)范圍的冷卻箱。o型態(tài)。整體模仁使用深孔加工幾乎均勻的冷卻水道。優(yōu)點是處理簡單，無需組裝，缺點是冷卻水通道精度低，無法接近產(chǎn)品輪廓，導致焊接等缺陷，產(chǎn)品合格率低。組合類型。固定核心與作用中的核心分離，并在反射鏡和支撐面之間加工隨形冷卻回路。本發(fā)明改變了傳統(tǒng)冷熱環(huán)境的溫度復蓋范圍，降低了處理成本，增加了絕緣，降低了能耗，改進了溫度控制，提高了鏡面產(chǎn)品的成型質量。

4.冷卻水道的布局

平板電腦類。平面產(chǎn)品的特點是體積小，模具面積大，結構相對簡單。冷卻水道通?；趥鹘y(tǒng)回路、外部回路和平面回路。列數(shù)。圓柱包括圓柱、方形柱、切割頭、圓錐等。對于結構簡單或表面質量要求較低的產(chǎn)品模具，冷卻水道通常是噴泉、隔板、管柱/導熱板等。對于結構復雜或表面質量高的模具，冷卻水道包括螺旋、圓形、環(huán)形和多層。螺旋和圓形。當冷卻回路僅有一個供水回路（即入口和出口）時，該回路稱為螺旋。當多個冷卻回路平行連接以形成多層平面螺旋時，稱為循環(huán)。螺旋冷卻水道最適用于圓柱或球形產(chǎn)品，而循環(huán)冷卻水道最適用于淺圓錐或圓柱形或包膜產(chǎn)品。戒指的類型。環(huán)與螺旋和圓相似，適合圓柱體。如果將螺旋掃掠和圓形掃掠進行比較，您會發(fā)現(xiàn)圓形污水坑接頭沒有完全復蓋在冷卻回路中，而且冷卻效果不如螺旋掃掠有效。多層循環(huán)冷卻水通道。多層電路與單層電路不同。大多數(shù)多層電路用于深腔產(chǎn)品，使產(chǎn)品更容易冷卻。地形類別。對于具有復雜結構的產(chǎn)品，冷卻回路的造型類似于產(chǎn)品輪廓并形成冷卻曲線。

多腔模仁模具冷卻回路的基本造型。串行冷卻，也就是單水口入單水口出。冷卻水的強度與水流長度成正比，與水流直徑成反比。通常適用于冷卻許多小型產(chǎn)品。平行冷卻。也就是說，多個冷卻水道同時穿過每個腔進行平行冷卻。串行并行冷卻。它從一條主要水道流向所有支流，并作了總結。為了確保所有支流的冷卻效率平等，所有支流的水道必須相同，所有支流的流動條件必須盡可能一致。冷卻水道的總剪切面積必須大于所有分支的剪切面積。

5.冷卻水道的優(yōu)化技術

冷卻水道的優(yōu)化參數(shù)包括設計參數(shù)和工藝參數(shù)。這些設計參數(shù)包括冷卻水道的位置、直徑、截面形狀等。工藝參數(shù)包括模具溫度、冷卻介質溫度、流動速度和熔體溫度。優(yōu)化冷卻水道設計參數(shù)。例如，使用moldex模具流動分析軟體將傳統(tǒng)冷卻回路最佳化為隨形冷卻回路的模座產(chǎn)品。結果表明，在優(yōu)化冷卻水道模具中，產(chǎn)品的左側變形減小。優(yōu)化冷卻水道處理參數(shù)。將隨形冷卻水道與傳統(tǒng)的線性冷卻水道進行比較，使用開口法和方差分析確定最佳注塑參數(shù)，并分析影響薄壁產(chǎn)品左側化的最重要因素。同時，Moldflow軟件用于仿真。協(xié)同優(yōu)化冷卻水道設計和工藝參數(shù)。研究人員提出了一套節(jié)能形式冷卻回路的多目標優(yōu)化設計方法，即利用響應面正交法和三維法分析影響模具溫度變化的多目標因素，建立冷卻回路設計變量之間的功能關系。

結束語

綜上所述，與傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)相比，隨形冷卻縮短了成型周期，提高了成型產(chǎn)品的性能，并提高了產(chǎn)品的尺寸精度和曲面質量。理論上有一系列基于特征算法、路徑算法和熱分析方法的保證冷卻水道設計方法。今后，隨著三維金屬打印技術的改進和普及，三維金屬打印與注塑模具的集成將更加深入，隨形冷卻水道的設計和優(yōu)化將變得越來越方便和成熟。

參考文獻：

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