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关于3D打印里的随形冷却注塑模的设计介绍

更新时间: 2019-12-30 10:56:33  查看次数: 162    

香港理工大学对随形冷却水道的设计进行了较为全面的研究。2005年,Au等以六面贯通的立方体小单元为基体,设计了一种新的随形冷却模具。通过立方单元的组合,在模具型腔内部构成冷却空间,利用立方体形成的冷却面近似逼近制品的表面从而实现随形冷却的目的,并通过CAE和CAF软件模拟分析了制品的温度分布、注塑时模具的变形及冷却水的流动。基体还可以根据需要设计成其他形状,如六棱柱。结果表明,以这种方式建立的随形冷却更具有“随形”性,可以为模具型腔提供多层次的随形冷却,同时立方体还可以提供支撑,避免模具在注塑压力作用下的变形。但是,立方体基体的加工制造复杂,精度要求高;相邻基体之间的配合要求严格,否则,不仅会影响冷却,而且注塑时模具也易产生变形;另外,模具制造难度较大,成本高。


2013年,台湾国立高雄应用科技大学的张晨峰和卢立轩,基于Lloyd's算法与Voronoi多边形的理论分别为楔形导光板、半球壳模型创建了随形冷却水道,使用Moldflow软件模拟分析了随形冷却水道对制品品质的影响,该研究采用的设计方法与文献类似。在国内,除香港、台湾部分科研院所外,对随形冷却的研究甚少。但从20世纪80年代起,对传统冷却系统的研究从未停止过。


2000年以后,主要研究了注塑模具冷却系统的自动设计,基于不同的CAD设计平台的冷却系统模块的开发。2000年,同济大学的顾正亮等编制了注塑模具冷却系统设计的计算程序。2001年,申长雨等对注塑模冷却系统的CAE技术进行了研究。2004年,秦一芬等探讨了注塑模冷却系统的自动化设计。2006年,赵振峰等提出了注塑模具冷却管网的计算公式并编制了计算程序。2007年,孙茜研究了基于知识的注塑模具冷却系统的智能化设计技术与方法。2008年,山东大学的耿静开发了基于Solidworks的注塑模具冷却系统CAD设计模块。2013年,上海交通大学的王玮对注塑模冷却系统的智能设计进行了研究,提出了基于遗传算法的冷却水道的交互设计和自动生成两种实施方案,以及基于Hightower算法的冷却水道的自动生成方案,成功开发了一套基于NX的注塑模具冷却管理智能设计系统。


上述这些对传统冷却系统的研究,提出的一些设计方法和原则,建立的相关模型,开发的自动智能设计模块,对随形冷却的设计都具有很大的借鉴意义,为随形冷却水道的设计与研究奠定了基础。


2005年,部分高校的研究机构开始了对随形冷却的研究,其中以华中科技大学为代表。2005年,鲁中良等基于国内对注塑模、直线冷却水道设计的研究成果及国外对注塑模随形冷却水道的建立规则,提出了基于塑件均匀冷却的设计方法。根据该设计方法制造出电池盒注塑模具。相对于传统冷却水道而言,采用带有随形冷却水道的注塑模制造的电池盒注塑件,其制造周期减少约20%,变形减少约10%。2007年,史玉升、伍志刚等提出了基于离散/聚集模型的随形冷却水道的设计方法,建立了截面为圆形、椭圆形、半椭圆形和U形的冷却水道的传热模型,并使用SLS技术成功制造了香盒模具。其冷却水道设计思路与文献相似,先通过注塑制品的分模信息及制品三维模型,分别取得型腔与型芯部分所需冷却表面的相关信息,划分出冷却区域,之后将冷却区域离散成小的冷却单元,再根据冷却单元的设计规则设计出随形冷却单元,最后将设计好的冷却单元重新聚集起来,沿冷却回路组合得到完整的冷却系统。兰州理工大学的刘鹏对埋铸铜管的随形冷却方式进行了研究,模拟分析了铜管直径、铜管分布、冷却水温度和注塑温度等因素对冷却的影响。此外,湖北工业大学、深圳大学对随形冷却注塑模具的制造等关键技术进行了探索并制造了模具,但并未涉及随形冷却水道的具体设计方法。


综上所述,目前,国内关于随形冷却水道设计的研究取得了一些研究成果,各研究机构也提出了一些设计原则和模拟优化设计的方法,建立了相应的传热模型,但这些理论还需要进一步地深化研究,这样才能为随形冷却水道的设计提供统一的参考标准。此外,关于随形冷却水道的CAD自动设计及CAE模拟也是今后研究的重点。



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