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摘 要：随着三维打印技术的发展，注塑模具冷却回路设计从传统的线性设计优化到随形回路设计。文章介绍并总结了随形冷却水道的设计原则、截面形状变化、布局和优化技术。注塑模具采用随形水回路设计，从而使冷却介质和模具表面之间的距离保持一致，从而提高冷却效率、模具效率和模具表面温度分布的一致性，从而显着提高产品质量和性能。
关键词：随形冷却水道;注塑模具;设计方法;3D打印
1.研究背景
近年来，随着三维打印技术的迅速发展，金属三维打印技术变得非常成熟。无论是印刷周期、表面质量还是机械性能都有很好的表现由于金属3D列印技术不需要太多产品结构，因此在准备具有复杂结构的零件时取得了很好的效果。其中一个是射出成型模管路的制造。冷却时间占注塑成型周期的一半以上。有效的冷却系统设计有助于缩短成型周期并提高生产率。根据塑料产品的形状设计随形冷却水道，可以有效地控制冷却过程中的产品温度一致性，减少产品偏差、划痕和应力集中，缩短冷却时间，从而提高模具的工作效率目前，大多数随形性冷却水道结构是手工制造的，与常规几何形状（如螺旋、环形或微孔）相对应。当塑料产品结构复杂时，与产品表面的配合性能不够好使用，「Materialise3-matic」软体自动建立随形冷却回路时，会将可塑性零件的整个表面偏移一定距离，然后建立以偏移表面为中心的随形冷却回路，从而提供更好的调整，减少注塑压力，并极大地提高产品品质和生产力。
2.冷却水道的设计原则
首先实现随形冷却回路布局，然后设计出模具机构布局，以避免通道和模具机构之间的干涉，获得模具零件的合理布局，尽可能增加冷却水道的数量和切割面積，并在以下情况下更密集、更均匀地排列它们确保冷却水道和坡脚之间的距离相等，以反映冷却水道的一致性。若要改善灌嘴冷却，必须在灌嘴上安装冷却入口，以防止灌嘴内熔胶过热。为便于操作，最好将冷却水入口和出口处的水嘴与模具放置在同一侧;请注意镶件和模板之间的距离。过长的冷却水管路可能会增加入口水和出口水的温差，影响传热并降低冷却效率。冷却水道的总长度不得超过1200至1500毫米;冷却水道路径应避免焊接，因为焊接处的熔体温度较低，如果冷却水道通过此处，热量将进一步去除，焊接更加明显，产品出现故障;型芯和型腔的表面温度不应太不同，并且应形成单独的冷却回路。局部热量过高的地方，可以加强冷却，并可以修改冷却水道的形状和直径;冷却循环与产品壁厚直接相关。可以优化塑料零件的设计，壁厚相等，冷却时间较短;考虑到冷却效率和成本，冷却环境通常是水，其次是空气和油;冷却水道必须易于清洗以避免堵塞。
3.冷却水道的截面形状
切割规则的冷却回路。冷却水道通用的标准截面形状包括圆形、半圆形、矩形和u形三通，具体取决于传热的原理，以及其他条件是固定的，并且截面是累积的。剖面周长越长，冷却效率越高，冷却速度越快。Moldflow用于分析冷却水道的不同部分。仿真结果表明，u形截面冷却效率较高，半圆形截面冷却效率较低。不规则航道。为了使水道内的冷却介质易受湍流影响，并改善传热，为螺旋槽管道、标度管道、波浪管道、横向槽管道和扁平管道设计了外部冷却水道。
分区范围的冷却箱。o型态。整体模仁使用深孔加工几乎均匀的冷却水道。优点是处理简单，无需组装，缺点是冷却水通道精度低，无法接近产品轮廓，导致焊接等缺陷，产品合格率低。组合类型。固定核心与作用中的核心分离，并在反射镜和支撑面之间加工随形冷却回路。本发明改变了传统冷热环境的温度复盖范围，降低了处理成本，增加了绝缘，降低了能耗，改进了温度控制，提高了镜面产品的成型质量。
4.冷却水道的布局
平板电脑类。平面产品的特点是体积小，模具面积大，结构相对简单。冷却水道通常基于传统回路、外部回路和平面回路。列数。圆柱包括圆柱、方形柱、切割头、圆锥等。对于结构简单或表面质量要求较低的产品模具，冷却水道通常是喷泉、隔板、管柱/导热板等。对于结构复杂或表面质量高的模具，冷却水道包括螺旋、圆形、环形和多层。螺旋和圆形。当冷却回路仅有一个供水回路（即入口和出口）时，该回路称为螺旋。当多个冷却回路平行连接以形成多层平面螺旋时，称为循环。螺旋冷却水道最适用于圆柱或球形产品，而循环冷却水道最适用于浅圆锥或圆柱形或包膜产品。戒指的类型。环与螺旋和圆相似，适合圆柱体。如果将螺旋扫掠和圆形扫掠进行比较，您会发现圆形污水坑接头没有完全复盖在冷却回路中，而且冷却效果不如螺旋扫掠有效。多层循环冷却水通道。多层电路与单层电路不同。大多数多层电路用于深腔产品，使产品更容易冷却。地形类别。对于具有复杂结构的产品，冷却回路的造型类似于产品轮廓并形成冷却曲线。
多腔模仁模具冷却回路的基本造型。串行冷却，也就是单水口入单水口出。冷却水的强度与水流长度成正比，与水流直径成反比。通常适用于冷却许多小型产品。平行冷却。也就是说，多个冷却水道同时穿过每个腔进行平行冷却。串行并行冷却。它从一条主要水道流向所有支流，并作了总结。为了确保所有支流的冷却效率平等，所有支流的水道必须相同，所有支流的流动条件必须尽可能一致。冷却水道的总剪切面积必须大于所有分支的剪切面积。
5.冷却水道的优化技术
冷却水道的优化参数包括设计参数和工艺参数。这些设计参数包括冷却水道的位置、直径、截面形状等。工艺参数包括模具温度、冷却介质温度、流动速度和熔体温度。优化冷却水道设计参数。例如，使用moldex模具流动分析软体将传统冷却回路最佳化为随形冷却回路的模座产品。结果表明，在优化冷却水道模具中，产品的左侧变形减小。优化冷却水道处理参数。将随形冷却水道与传统的线性冷却水道进行比较，使用开口法和方差分析确定最佳注塑参数，并分析影响薄壁产品左侧化的最重要因素。同时，Moldflow软件用于仿真。协同优化冷却水道设计和工艺参数。研究人员提出了一套节能形式冷却回路的多目标优化设计方法，即利用响应面正交法和三维法分析影响模具温度变化的多目标因素，建立冷却回路设计变量之间的功能关系。
结束语
综上所述，与传统冷却系统相比，随形冷却缩短了成型周期，提高了成型产品的性能，并提高了产品的尺寸精度和曲面质量。理论上有一系列基于特征算法、路径算法和热分析方法的保证冷却水道设计方法。今后，随着三维金属打印技术的改进和普及，三维金属打印与注塑模具的集成将更加深入，随形冷却水道的设计和优化将变得越来越方便和成熟。
参考文献：
[1]刘洁，等.基于ANSYS软件的注塑模随形冷却流道的热分析[C]∥第13届全国特种加工学术会论文集.南昌：中国机械工程学会特种加工分会，2009.
[2]安晓玉.基于模型简化的注塑模冷却系统智能化设计技术研究[D].大连：大连理工大学，2009.
（西诺控股集团有限公司，浙江 台州 318020）
关键词：随形冷却水道;注塑模具;设计方法;3D打印
1.研究背景
近年来，随着三维打印技术的迅速发展，金属三维打印技术变得非常成熟。无论是印刷周期、表面质量还是机械性能都有很好的表现由于金属3D列印技术不需要太多产品结构，因此在准备具有复杂结构的零件时取得了很好的效果。其中一个是射出成型模管路的制造。冷却时间占注塑成型周期的一半以上。有效的冷却系统设计有助于缩短成型周期并提高生产率。根据塑料产品的形状设计随形冷却水道，可以有效地控制冷却过程中的产品温度一致性，减少产品偏差、划痕和应力集中，缩短冷却时间，从而提高模具的工作效率目前，大多数随形性冷却水道结构是手工制造的，与常规几何形状（如螺旋、环形或微孔）相对应。当塑料产品结构复杂时，与产品表面的配合性能不够好使用，「Materialise3-matic」软体自动建立随形冷却回路时，会将可塑性零件的整个表面偏移一定距离，然后建立以偏移表面为中心的随形冷却回路，从而提供更好的调整，减少注塑压力，并极大地提高产品品质和生产力。
2.冷却水道的设计原则
首先实现随形冷却回路布局，然后设计出模具机构布局，以避免通道和模具机构之间的干涉，获得模具零件的合理布局，尽可能增加冷却水道的数量和切割面積，并在以下情况下更密集、更均匀地排列它们确保冷却水道和坡脚之间的距离相等，以反映冷却水道的一致性。若要改善灌嘴冷却，必须在灌嘴上安装冷却入口，以防止灌嘴内熔胶过热。为便于操作，最好将冷却水入口和出口处的水嘴与模具放置在同一侧;请注意镶件和模板之间的距离。过长的冷却水管路可能会增加入口水和出口水的温差，影响传热并降低冷却效率。冷却水道的总长度不得超过1200至1500毫米;冷却水道路径应避免焊接，因为焊接处的熔体温度较低，如果冷却水道通过此处，热量将进一步去除，焊接更加明显，产品出现故障;型芯和型腔的表面温度不应太不同，并且应形成单独的冷却回路。局部热量过高的地方，可以加强冷却，并可以修改冷却水道的形状和直径;冷却循环与产品壁厚直接相关。可以优化塑料零件的设计，壁厚相等，冷却时间较短;考虑到冷却效率和成本，冷却环境通常是水，其次是空气和油;冷却水道必须易于清洗以避免堵塞。
3.冷却水道的截面形状
切割规则的冷却回路。冷却水道通用的标准截面形状包括圆形、半圆形、矩形和u形三通，具体取决于传热的原理，以及其他条件是固定的，并且截面是累积的。剖面周长越长，冷却效率越高，冷却速度越快。Moldflow用于分析冷却水道的不同部分。仿真结果表明，u形截面冷却效率较高，半圆形截面冷却效率较低。不规则航道。为了使水道内的冷却介质易受湍流影响，并改善传热，为螺旋槽管道、标度管道、波浪管道、横向槽管道和扁平管道设计了外部冷却水道。
分区范围的冷却箱。o型态。整体模仁使用深孔加工几乎均匀的冷却水道。优点是处理简单，无需组装，缺点是冷却水通道精度低，无法接近产品轮廓，导致焊接等缺陷，产品合格率低。组合类型。固定核心与作用中的核心分离，并在反射镜和支撑面之间加工随形冷却回路。本发明改变了传统冷热环境的温度复盖范围，降低了处理成本，增加了绝缘，降低了能耗，改进了温度控制，提高了镜面产品的成型质量。
4.冷却水道的布局
平板电脑类。平面产品的特点是体积小，模具面积大，结构相对简单。冷却水道通常基于传统回路、外部回路和平面回路。列数。圆柱包括圆柱、方形柱、切割头、圆锥等。对于结构简单或表面质量要求较低的产品模具，冷却水道通常是喷泉、隔板、管柱/导热板等。对于结构复杂或表面质量高的模具，冷却水道包括螺旋、圆形、环形和多层。螺旋和圆形。当冷却回路仅有一个供水回路（即入口和出口）时，该回路称为螺旋。当多个冷却回路平行连接以形成多层平面螺旋时，称为循环。螺旋冷却水道最适用于圆柱或球形产品，而循环冷却水道最适用于浅圆锥或圆柱形或包膜产品。戒指的类型。环与螺旋和圆相似，适合圆柱体。如果将螺旋扫掠和圆形扫掠进行比较，您会发现圆形污水坑接头没有完全复盖在冷却回路中，而且冷却效果不如螺旋扫掠有效。多层循环冷却水通道。多层电路与单层电路不同。大多数多层电路用于深腔产品，使产品更容易冷却。地形类别。对于具有复杂结构的产品，冷却回路的造型类似于产品轮廓并形成冷却曲线。
多腔模仁模具冷却回路的基本造型。串行冷却，也就是单水口入单水口出。冷却水的强度与水流长度成正比，与水流直径成反比。通常适用于冷却许多小型产品。平行冷却。也就是说，多个冷却水道同时穿过每个腔进行平行冷却。串行并行冷却。它从一条主要水道流向所有支流，并作了总结。为了确保所有支流的冷却效率平等，所有支流的水道必须相同，所有支流的流动条件必须尽可能一致。冷却水道的总剪切面积必须大于所有分支的剪切面积。
5.冷却水道的优化技术
冷却水道的优化参数包括设计参数和工艺参数。这些设计参数包括冷却水道的位置、直径、截面形状等。工艺参数包括模具温度、冷却介质温度、流动速度和熔体温度。优化冷却水道设计参数。例如，使用moldex模具流动分析软体将传统冷却回路最佳化为随形冷却回路的模座产品。结果表明，在优化冷却水道模具中，产品的左侧变形减小。优化冷却水道处理参数。将随形冷却水道与传统的线性冷却水道进行比较，使用开口法和方差分析确定最佳注塑参数，并分析影响薄壁产品左侧化的最重要因素。同时，Moldflow软件用于仿真。协同优化冷却水道设计和工艺参数。研究人员提出了一套节能形式冷却回路的多目标优化设计方法，即利用响应面正交法和三维法分析影响模具温度变化的多目标因素，建立冷却回路设计变量之间的功能关系。
结束语
综上所述，与传统冷却系统相比，随形冷却缩短了成型周期，提高了成型产品的性能，并提高了产品的尺寸精度和曲面质量。理论上有一系列基于特征算法、路径算法和热分析方法的保证冷却水道设计方法。今后，随着三维金属打印技术的改进和普及，三维金属打印与注塑模具的集成将更加深入，随形冷却水道的设计和优化将变得越来越方便和成熟。
参考文献：
[1]刘洁，等.基于ANSYS软件的注塑模随形冷却流道的热分析[C]∥第13届全国特种加工学术会论文集.南昌：中国机械工程学会特种加工分会，2009.
[2]安晓玉.基于模型简化的注塑模冷却系统智能化设计技术研究[D].大连：大连理工大学，2009.
（西诺控股集团有限公司，浙江 台州 318020）