隨形水路在《UG模具設計》課程教學中的設計與3D打印研究

湯小東

摘要：隨形冷卻技術(shù)已經(jīng)成為了注塑模具冷卻系統(tǒng)研究的熱點，在《UG模具設計》課程教學中，以儲物盒型芯為研究對象，探討了在NX8.5中儲物盒型芯隨形水路的設計要點，同時介紹了儲物盒型芯的3D打印技術(shù)，為高職院校模具專業(yè)教學提供參考。

關(guān)鍵詞：隨形冷卻；隨形水路；儲物盒型芯；3D打印

0引言

3D打印技術(shù)是一種新型的快速成型技術(shù)，被譽為“第三次工業(yè)革命標志性的生產(chǎn)工具”，并稱之為“未來制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢”。隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，隨形冷卻技術(shù)研究已經(jīng)成為塑料模具冷卻系統(tǒng)開發(fā)的熱點，本文主要探討了儲物盒型芯的隨形冷卻水路在《UG模具設計》中的設計要點，同時介紹了相關(guān)的3D打印技術(shù)概念；

3D打印技術(shù)又稱為“增材制造”（Additive Manufacturing）技術(shù)；它是一種基于計算機輔助設計的、主要采用逐層疊加制造方式將材料緊密結(jié)合在一起的工藝方法。

在塑料模具設計中，傳統(tǒng)冷卻水路（Traditional Cooling Channel）管道的形狀呈現(xiàn)直線狀態(tài)，當塑件上有不規(guī)則的曲面時候TCC冷卻效果就顯得一般；注塑模具的隨形冷卻水路（Conformal Cooling Channel）不在呈現(xiàn)直線狀，它的水道的形狀隨著制品的外形而發(fā)生變化，因此，它能夠較好低解決冷卻水道與注塑模具型腔表面距離一致的問題，從而使得住塑料制品得到很好冷卻，縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率，同時減少塑件的翹曲變形，穩(wěn)定塑件尺寸，提高塑件質(zhì)量。

1儲物盒型芯隨形水路設計

《UG模具設計》課程中使用NX8.5作為設計軟件，儲物盒如圖1所示，本文中主要介紹儲物盒型芯的隨形水路設計要點，圖2所示為儲物盒型芯；

儲物盒型芯冷卻主要是前后兩個大面，設計兩個隨形冷卻水路，水路的管道直接大約3-5mm，管道中心到型芯表面的距離約為管道直徑的3-4倍，具體的設計步驟如下：

（一）在絕對坐標系垂直面中構(gòu)建水路基本曲線，如圖3所示；

（三）把投影曲線鏈沿著-Y方向平移18mm，構(gòu)建效果圖5所示；

（四）另外一邊斜面也用同樣方法構(gòu)建隨形水路基本曲線，并構(gòu)建進出水口水路曲線，效果如圖6所示；

（五）構(gòu)建水路曲線管道，底部曲線管道直徑為8mm，上部隨形水路管道直徑為5mm，效果如圖7所示；

（六）為3D打印修改型芯底座，效果如圖8所示；

2儲物盒型芯3D打印

2.1 3D打印工作原理

金屬3D打印常采用選擇性激光熔化（Selective Laser Melting，SLM）方法，其原理如圖9所示，加工采用分層制造技術(shù)即逐層熔化堆積的方法，逐步堆積成一個冶金結(jié)合、組織致密的金屬實體，在每一層中，系統(tǒng)在切面和零件實體相交的輪廓內(nèi)生成激光熔化路徑以對金屬粉末進行熔化成型，激光不熔化粉床區(qū)域外的金屬粉末，當一個層面熔化成型后，工作臺下降粉末一個截層的高度，大約在0.1毫米內(nèi)，此時敷料輥又在成形的上表面鋪上一層均勻密實的粉末，重復進行掃描熔化成型、直到完成整個零件的造型。

2.2儲物盒型芯3D打印說明

儲物盒型芯型芯主要有兩個部分組成，分別為型芯3D打印部分和型芯底座部分，如圖10所示，型芯3D打印部分通過SLM方法在型芯底座上進行3D打印，用SLM工藝制造注塑模具零件不受模具冷卻水路復雜程度的限制，這樣設計者就可以根據(jù)制品的具體幾何形狀設計冷卻效果合理的隨形冷卻水路，本質(zhì)上SLM工藝加工模具的隨形水路就是加工復雜的零件內(nèi)型內(nèi)腔。

3結(jié)語

注塑模具冷卻水路的隨形冷卻技術(shù)研究已經(jīng)成為塑料模具冷卻系統(tǒng)開發(fā)的熱點，文中以儲物盒為研究對象詳細描述了在NX8.5中儲物盒型芯隨形水路的設計步驟和要點，并簡單介紹了3D打印技術(shù)中的選擇性激光熔化（SelectiveLaser Melting，SLM）基本原理和儲物盒型芯3D打印零件部分構(gòu)成。隨著3D打印技術(shù)的日益成熟和其成本不斷減低，3D打印技術(shù)將在注塑模具冷卻系統(tǒng)的隨形水路制造領(lǐng)域得到更加廣泛的應用和推廣。