基于3D打印技術(shù)對模具冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化

摘要：塑料模具冷卻系統(tǒng)對整個(gè)成型周期有重要的作用。主要通過Moldex3D模流分析軟件、結(jié)合3D打印技術(shù)，以深腔塑料件為研究對象，模擬傳統(tǒng)水路和隨形水路的冷卻效果，從而評估以3D打印技術(shù)為基礎(chǔ)的隨形水路方案對注塑成型周期的優(yōu)化作用。

關(guān)鍵詞：模流分析；3D打印技術(shù)；隨形水路

中圖分類號：TS943.66文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1009-9492 （ 2022 ） S1-0035-02

Optimization of Mold Cooling System Based on 3D Printing Technology

Xie Bixin

（Shantou Ruixiang Mold Co.， Ltd， Shantou， Guangdong 515041， China）

Abstract： The cooling system of plastic mold plays an important role in the whole molding cycle. Moldex 3D mold flow analysis software， combined with 3D printing technology， is mainly used to simulate the cooling effect of traditional waterways and conformal waterways with deep cavity plastic parts as the research object， so as to evaluate the optimization effect of conformal waterways based on 3D printing technology on the injection molding cycle.

Key words： model flow analysis； 3D printing technology； c onformal waterway

0引言

注塑成型工藝流程主要包括：塑化-合模-注射-保壓-冷卻定型-開模取出制品等過程；其中，冷卻時(shí)間占整個(gè)成型周期約2/3以上，因此，合理的冷卻系統(tǒng)可以縮減成型周期，使產(chǎn)品溫度均勻從而減小變形，進(jìn)一步提高注塑生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本[1]。隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，加工方式的改變也為人們帶來了一種新的冷卻方案-隨形冷卻水路。本文將以汽車?yán)謨?nèi)扣塑料件為例，通過模流分析軟件以及金屬3D打印技術(shù)，對傳統(tǒng)水路方案和隨形冷卻水路方案進(jìn)行論述和對比。

1產(chǎn)品分析

1.1產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

圖1為汽車座椅鎖扣外形圖，產(chǎn)品內(nèi)部有深腔結(jié)構(gòu)，在注塑成型過程中容易在深腔上產(chǎn)生積熱，影響成型周期。

1.2產(chǎn)品基礎(chǔ)信息

產(chǎn)品基礎(chǔ)信息如表1所示。

2傳統(tǒng)水路方案

2.1傳統(tǒng)水路加工工藝及結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的水路加工方式大多數(shù)是采用鉆孔、CNC等常規(guī)的加工方式，所以水路形狀大多以直線型的狀態(tài)呈現(xiàn)。如圖2所示。本案例的模具結(jié)構(gòu)一出二的形式，產(chǎn)品由上下模仁及3個(gè)方向滑塊的成型，產(chǎn)品周圍共有5條水路，分別為前模水路a、后模水路b、側(cè)向滑塊水路c、d、e、f。

2.2傳統(tǒng)水路模流分析結(jié)果

將產(chǎn)品三維模型及模具運(yùn)水圖檔導(dǎo)入moldex3D模流分析軟件中，對模具運(yùn)水冷卻效果進(jìn)行分析。注塑成型工藝參數(shù)設(shè)定如表2所示。

通過模擬計(jì)算出探測點(diǎn)的溫度變化趨勢，如圖3所示，在開模時(shí)間節(jié)點(diǎn)28.18 s時(shí)，產(chǎn)品腔內(nèi)溫度為101.02℃。此材料的理論頂出溫度為80℃，實(shí)際生產(chǎn)時(shí)溫度并沒有降到理論頂出溫度時(shí)就已經(jīng)開始頂出，所以在生產(chǎn)工藝中會(huì)增加一道水浸工序，快速對產(chǎn)品進(jìn)行冷卻，有利于產(chǎn)品尺寸的控制。

開模時(shí)間節(jié)點(diǎn)：

注射+保壓+冷卻=2.18 s+1 s+25 s=28.18 s

3隨形水路方案

3.1金屬3D打印加工工藝及隨形水路

金屬3D打印技術(shù)是一種快速成型技術(shù)，目前已被廣泛應(yīng)用的隨形水路加工方式主要有選擇性激光熔化（SLM），它是通過激光有選擇地逐層熔化金屬粉末，逐層堆積層與模型零件相同的實(shí)體[2]。

本案例采用SLM選擇性激光熔化3D打印技術(shù)進(jìn)行隨形水路零件的加工。模具運(yùn)水結(jié)構(gòu)只變更了圖2中水路e、f形狀；水路e、f由原來2條直線水路構(gòu)成的V形水路，變更為沿著產(chǎn)品輪廓設(shè)計(jì)的隨形多段U形回繞水路，如圖4所示。

3.2隨形水路模流分析結(jié)果

將修改后的隨形水路鑲件導(dǎo)入Moldex3D模流分析軟件中，其他工藝條件不變，通過模擬計(jì)算的出探測點(diǎn)的溫度變化趨勢，當(dāng)溫度達(dá)到同等水平101.02℃時(shí)，用時(shí)19.97 s，成型周期相比傳統(tǒng)水路方案縮短8.21 s，冷卻時(shí)間也由25 s縮短至16.79 s，如圖4所示。

4數(shù)據(jù)分析

從表3可知，產(chǎn)品注塑周期縮短了8.21 s，大大提高了生產(chǎn)效率；另外，每日節(jié)省電費(fèi)81.18元，按照每周工作6天，每月工作4周計(jì)算，一年可節(jié)省81.18×6×4×12=23 380（元），在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)降低生產(chǎn)成本，將大大提高生產(chǎn)企業(yè)的競爭力。

5結(jié)束語

本案例通過Moldex3D模流分析軟件的模擬以及上文的分析數(shù)據(jù)對比，驗(yàn)證了隨形水路方案確實(shí)能夠提高冷卻效果，進(jìn)而縮短注塑生產(chǎn)周期、進(jìn)而降低生產(chǎn)成本，使生產(chǎn)企業(yè)在如今激烈的市場上具有更好的競爭力。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，新型的制造工藝將會(huì)在不斷探索和思考中，結(jié)合社會(huì)需求不斷地進(jìn)行完善，例如3D打印技術(shù)、模流分析技術(shù)等已在模具行業(yè)取得初步的成果，對制造也產(chǎn)生巨大的推動(dòng)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉朝福，注塑成型實(shí)用手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013.6（2019.1重印）：270-273.

[2]吳偉輝，楊永強(qiáng).選取激光熔化快速成形系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2007，43（8：）：175-180.

作者簡介：謝壁鑫（1989-），男，廣東揭陽人，大學(xué)?？疲砉こ處?，研究領(lǐng)域?yàn)樽⑺苣＞咴O(shè)計(jì)、模流分析、非標(biāo)機(jī)械設(shè)計(jì)等。

（編輯：王智圣）