注塑模具隨形冷卻水道的設計方法與分析

章金宇

摘 要：隨著三維打印技術的發展，注塑模具冷卻回路設計從傳統的線性設計優化到隨形回路設計。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由于金屬3D列印技術不需要太多產品結構，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。有效的冷卻系統設計有助于縮短成型周期并提高生產率。根據塑料產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品溫度一致性，減少產品偏差、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，大多數隨形性冷卻水道結構是手工制造的，與常規幾何形狀（如螺旋、環形或微孔）相對應。當塑料產品結構復雜時，與產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，并極大地提高產品品質和生產力。

2.冷卻水道的設計原則

首先實現隨形冷卻回路布局，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，產品出現故障;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;冷卻循環與產品壁厚直接相關。可以優化塑料零件的設計，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。

分區范圍的冷卻箱。o型態。整體模仁使用深孔加工幾乎均勻的冷卻水道。優點是處理簡單，無需組裝，缺點是冷卻水通道精度低，無法接近產品輪廓，導致焊接等缺陷，產品合格率低。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。本發明改變了傳統冷熱環境的溫度復蓋范圍，降低了處理成本，增加了絕緣，降低了能耗，改進了溫度控制，提高了鏡面產品的成型質量。

4.冷卻水道的布局

平板電腦類。平面產品的特點是體積小，模具面積大，結構相對簡單。冷卻水道通常基于傳統回路、外部回路和平面回路。列數。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。螺旋冷卻水道最適用于圓柱或球形產品，而循環冷卻水道最適用于淺圓錐或圓柱形或包膜產品。戒指的類型。環與螺旋和圓相似，適合圓柱體。如果將螺旋掃掠和圓形掃掠進行比較，您會發現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。多層循環冷卻水通道。多層電路與單層電路不同。大多數多層電路用于深腔產品，使產品更容易冷卻。地形類別。對于具有復雜結構的產品，冷卻回路的造型類似于產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.冷卻水道的優化技術

冷卻水道的優化參數包括設計參數和工藝參數。這些設計參數包括冷卻水道的位置、直徑、截面形狀等。工藝參數包括模具溫度、冷卻介質溫度、流動速度和熔體溫度。優化冷卻水道設計參數。例如，使用moldex模具流動分析軟體將傳統冷卻回路最佳化為隨形冷卻回路的模座產品。結果表明，在優化冷卻水道模具中，產品的左側變形減小。優化冷卻水道處理參數。將隨形冷卻水道與傳統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，并分析影響薄壁產品左側化的最重要因素。同時，Moldflow軟件用于仿真。協同優化冷卻水道設計和工藝參數。研究人員提出了一套節能形式冷卻回路的多目標優化設計方法，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，與傳統冷卻系統相比，隨形冷卻縮短了成型周期，提高了成型產品的性能，并提高了產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化將變得越來越方便和成熟。

參考文獻：

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