注塑模具随形冷却水道的设计方法与分析

随着3D打印技术的发展,注塑模具的冷却水道设计由传统的直线型设计优化为随形水道设计.对国内外随形冷却水道的设计方法和发展现状进行了综述,并对随形冷却水道的设计原则、截面形状变化、布局以及优化技术进行了详细的阐述,并做了归纳总结.注塑模具采用随形水道设计,可使冷却介质与型腔表面距离一致,能提高冷却效率、成型效率和模具型腔表面温度分布的均匀性,从而使成型制品的质量和性能得到较大改善和提高.     

注塑模具随形冷却水道冷却效能分析

设计了汽车仪表盘注塑模具,采用无冷却水道、传统冷却水道和随形冷却水道3种冷却系统。利用ANSYS软件对模具进行热分析,模拟了无冷却水道、传统冷却水道和随形冷却水道模具的温度场,分析在不同冷却水道的塑件达到脱模温度的时间、冷却性能、冷却均匀性。结果表明,随形冷却水道模具达到顶出时间仅需要29 s,与无冷却水道达到顶出时间相比,缩短了371 s,与传统冷却水道相比,缩短了10 s;当随形冷却水道模具达到开模时刻(29 s),无冷却水道模具型腔表面的平均温度约为132.36℃,传统冷却水道模具型腔表面的平均温度约为62.56℃,随形冷却水道模具型腔表面的平均温度约为47.20℃,随形冷却水道模具型腔表面的平均温度与同时刻无冷却水道模具相比降低了85.16℃,与传统冷却水道相比,降低了15.36℃,冷却性能分别提升了64.34%和24.54%;随形冷却模具型腔表面的冷却均匀性最佳,方差仅为3.32,与无冷却系统模具相比,减小了5.32,与传统冷却系统相比,减小了10.93。因此,注塑模具采用随形冷却水道,在缩短生产周期的同时,还能提高产品的生产质量。     

基于3D打印技术的注塑模随形冷却水路设计

针对净水器滤瓶盖传统水路冷却方案存在的问题,结合产品结构特点,设计了随形水路冷却系统,并借助Moldflow模拟仿真软件,利用有限元(FEM)冷却求解器,采用周期内瞬态冷却分析模式,分析比较了传统水路冷却方案和随形水路冷却方案的冷却效果。结果表明,与传统水路冷却方案相比,采用随形水路冷却方案可以显著提高模具的冷却效率和温度分布均匀性,其中冷却效率提高了28.2%,周期内模具温度分布均匀性提高了40.6%,冷却结束时模具温度分布均匀性提高了87.7%,产品表面温度均匀性提高了87.1%。     

注塑模具随形冷却结构对制品成型的热响应分析

研究了模具随形冷却结构对制品成型的热响应变化,利用有限元软件Ansys对线性与随形2种冷却结构进行瞬态热响应分析与对比,得到了2种结构模式的冷却效率和型腔温度场分布规律,并借助Moldflow和计算流体动力学（CFD）软件对注塑制品在随形冷却结构模式下成型所得到的温度场分布及其可能产生的缺陷进行了分析研究。结果表明,随形冷却结构较传统水道具有更均匀的冷却效果,冷却时间缩短了50 %,体积收缩率降低了15 %,且能更迅速地调控模具温度,更快地进入稳定的工作状态。     

基于3D打印的叶轮随形冷却模具设计与制造

针对随形冷却水道的设计方法进行了分类,分别对水道轨迹、截面形状、内部结构等设计进行了一定的分析。以叶轮塑料制品为例,选择了合理的随形冷却方案进行模具设计,并采用SLM方式对其模具镶块进行了3D打印。模具组装配完毕后进行了注塑实验,得到了叶轮成品。对注塑脱模后的叶轮测试其测试点温度,发现温度分布均匀,说明基于3D打印的随形冷却技术能够较好地改善模具冷却效果。     

基于3D打印的智能马桶水件模具随形水路优化设计

笔者介绍了基于3D打印的注射模具随形冷却水路设计方法和实现技术的发展概况,并以智能马桶注塑水件模具为研究对象,针对其中一个有狭长薄壁成形特征的镶件,优化设计了随形冷却水路;利用SLM 3D打印技术制造了随形冷却水路与型腔一体的注射模具镶件,与原采用直线钻孔加工的镶件比较,其温度均匀性和冷却效率得到有效提升。     

注塑模具随形冷却的分析及优化

对注塑模具冷却系统进行传热分析,得出了影响模具冷却的3个主要因素:冷却道的直径、相邻冷却道之间的距离及冷却道距模具表面的距离;改进了传统冷却设计方法,提出了模具随形冷却的"以面到体"设计方法;以台灯后壳为例,设计了模具冷却的均匀性试验和正交试验,并应用Moldflow软件对各组试验进行仿真分析,用直观对比法与极差分析法分析仿真结果,得出最佳试验数据,并同传统冷却进行比较,结果表明,模具温度降低11.40%,翘曲变形量降低9.32%。因此该方法可以明显提高模具冷却系统的冷却效果。     

曲面塑件随形冷却水道设计

随形冷却水道可改善传统冷却直水道冷却不均匀问题,但设计和制造过程中需通过大量实验确定参数,浪费材料,效率低和制造成本高。文章以曲面塑件为研究对象,设计了5种冷却水道,通过Moldflow软件模拟分析比较,得出冷却性能最佳的方案,结果表明,与传统冷却直水道相比,最佳冷却时间缩短了61. 67%,型腔最高温度减少了32. 99℃,温度均匀性提高了5. 5%,最大翘曲变形量减少了0. 97 mm,利用三维扫描仪分别扫描随形冷却塑件与直水道塑件,并与三维设计塑件进行CAD曲面比较,分析翘曲变形偏差值。实践发现,随形冷却水道塑件与直水道塑件相比,注塑周期相差1. 07 s,翘曲变形偏差值相差1. 9 mm,与Moldflow模拟分析数据较为接近。     

基于3D打印的随形冷却注塑模具传热因素研究

对比了传统冷却技术与随形冷却技术在注塑模具冷却过程的差异性,详细分析了模具冷却过程的传热,对熔体的冷却时间、模具型腔壁面温度和温度均匀性的影响。得出了冷却水道直径、冷却水道中心距模具壁面的距离、两相邻冷却水道距离这三个因素对于模具冷却起到主要影响。最后通过Moldflow软件对简化模型进行模拟实验,确定了三个影响因素对模具型腔壁面温度的影响。     

基于ANSYS对HRHCM随形绝热结构热响应分析

采用ANSYS软件模拟分析模芯水热性快速热循环热响应过程,提出了一种带有随形绝热层和随形换热通道的组合式模芯换热结构,分析该特殊模具结构和绝热条件对加热冷却效率和模温均匀性的影响。结果表明,使用该结构,加热和冷却阶段所用时间分别缩短125.0%和136.8%;加热速率和冷却速率分别提高124.2%和135.8%;加热和冷却阶段最大温差分别降低9.0%和24.2%。     

随形冷却对车灯壳注塑成型翘曲变形影响分析

冷却系统的设计在注塑模具中非常重要,它关系到制品的冷却效率和成型质量。传统冷却水道通常为简单直行管道,冷却效果不理想。激光3D打印技术的出现使注塑模具随形冷却结构的制造成为现实。以某车灯外壳为例,设计了随形结构的冷却系统。利用有限元分析软件ANSYS瞬态热分析对比了直行与随形冷却设计的冷却效率和模腔温度场分布结果,同时使用模流分析软件Moldflow对比分析了两种冷却方案中制品的翘曲变形。结果表明,随形冷却设计使模腔表面温度场分布更均匀,且能更快速调控模具温度,缩短了注塑成型周期;更重要的是可大大降低制品的翘曲变形。     

基于3D打印的随形冷却水道注塑模具设计

以某机床冷却水泵叶轮塑件的注塑模具为研究对象,采用不同的方案进行随形冷却水道的设计,利用Moldflow软件进行模流分析,选出冷却效果最优的冷却方案,并根据所确定的冷却方案进行随形冷却水道和型腔镶件的设计;然后利用3D打印中的选择性激光熔化技术进行加工制造,得到随形冷却水道与型腔一体的模具镶件;最后完成整个模具的装配,并注射成型出合格的叶轮塑件。     

基于3D打印的仪表罩壳注塑模具随形冷却水路设计

以典型产品仪表罩壳为研究对象,借助Moldflow模流仿真软件,进行产品随形冷却水路的设计,对比分析传统冷却水路与三维(3D)打印随形冷却水路设计方案的冷却分析结果,以此评估随形冷却水路在实际应用中的优势,为随形冷却水路的设计提供理论性的参考指导,并为该产品在实际生产中提供优化的模具冷却设计方案。结果表明,与传统冷却水路相比,随形冷却水路方案的冷却效率最多可提高31.6 %,产品表面温度均匀性最多可提高44.6 %。     

基于响应面法与Pareto遗传算法的注塑模冷却水道参数优化

以塑料链板注塑模冷却水道的水道中心距、水道中心至模壁距离及水道直径为实验因素,利用响应面法分别构建出3个实验因素与模壁温差、冷却时间之间的二阶响应面模型。运用Pareto遗传算法对2个响应面模型进行迭代优化,优化出模壁温差和冷却时间都较小时的设计参数最优解解集,模拟验证后得出冷水道最优设计参数组合为：水道中心距30 mm、水道中心至模壁距离15 mm、水道直径10 mm,对应的模壁温差为7.61 ℃、冷却时间为62.74 s,比任一组响应面实验结果都小,证明了分析方法的可行性。     

随形冷却和SLM技术在注塑模具中的应用

内置随形冷却水路的模具制造技术不仅可以为模具设计师带来更大的设计空间,简化冷却水路的设计方法,而且使模具冷却效率大大提高。     

基于Moldflow的肥皂盒盖随形冷却水道的设计与分析

以曲面体肥皂盒盖为研究对象,通过实例设计出随形冷却水道,采用Moldlfow软件对传统线性冷却水道与随形冷却水道进行了系统模拟分析。通过塑件表面温度、冷却时间和翘曲变形量等模拟结果的对比,结果显示:随形冷却水道能使塑件冷却更加均匀、冷却时间缩短,并提高了生产效率;与此同时,产品的尺寸精度也有明显改善,产品质量得到进一步的优化与提升。最后通过质量(成型窗口)分析,得到了最佳参数组合,进而得到了优化方案。     

基于稳健设计的汽车尾灯罩注塑工艺优化

以某汽车尾灯罩的翘曲变形量为主要优化目标，应用Moldflow软件，采用稳健设计的方法，结合随形冷却水道设计，对汽车尾灯罩注塑工艺参数进行优化，确定模具温度、熔体温度、注射时间、冷却时间、速度/压力转换作为参数，得到了各工艺参数的最优组合为：模具温度75℃，熔体温度250℃，注射时间1.8 s，冷却时间12.0 s，速度/压力转换100%。结合随形冷却水道的设计模拟优化后，翘曲变形量由最初的0.411 8 mm优化为0.154 4 mm，翘曲变形量减少了62.51%，说明稳健设计方法结合随形冷却水道设计对提升复杂零部件产品质量起到了重要作用。     

多孔隔板注射成型随形水路优化及模具结构设计

传统冷却水路设计受制于模具结构及加工条件，常导致冷却效率低，成型质量不佳等问题，为此以多孔隔板塑件为例，应用模流分析技术进行冷却水路优化设计，通过比较分析传统常规水路与随形水路对产品成型冷却影响，获知随形冷却水路对比常规水路，达到顶出温度时间减少了24%，成型周期时间节约了30.5%，热移除效率提高了23.8%，产品温度分布均匀性提高了27.25%，有效最高温度下降了10.15%，有效最低温度也下降了10.60%，产品总体翘曲变形量下降了13.56%，随形水路对改善冷却效果作用显著。最后，对一模一腔的随形水路多孔隔板注塑模进行结构设计，为了避免结构干涉，采用了潜伏浇口搭配“一内三外”的侧向抽芯结构方式，有效地简化了模具结构，使加工的多孔隔板质量优良，为类似产品注塑模具设计提供参考。     

CAE技术整合随形水路设计的电机盒模具研究

以电机盒塑料件为例,在相同的模具设计条件下,将传统冷却水路设计更改为随形冷却水路设计,利用实体三维网格的Moldex3D模流分析软件分析了两种冷却水路对模具的冷却效果.结果表明,随形冷却水路改善了模具的热平衡问题,电机盒的最大翘曲变形量从1.2 mm下降到0.5 mm,模具冷却时间从9 s下降到6 s,生产效率提高了12.5％.经实际验证,该模具已投入批量生产.     

3D打印制造注塑模具的特征结构的尺寸精度及粗糙度研究

针对注塑模具中的圆柱、矩形结构,采用选择性激光熔化(SLM)方式进行了3D打印。分析了不同尺寸的结构及其最小成型尺寸,并分析了其X、Y、Z方向上的尺寸精度和粗糙度。考虑到模具随形冷却水道的成型复杂性,打印制造了14组不同方向的简化水道模型,分析了水道和模具的表面粗糙度。得到了不同扫描方向对模具粗糙度的影响,并提出了工艺参数设置建议。