一种带有内螺纹的随形冷却管道模具制造技术

本实用新型专利技术提供一种带有内螺纹的随形冷却管道模具，其特征在于：模具内部冷却管道的形状与模具的加工表面形状相同或相近，即具有与模具表面相同或相近的曲率分布，冷却管道内壁有凸起的螺纹牙口，冷却管道直径、螺纹的截面形状及尺寸、螺距值以及管道之间的距离按照模具表面冷却温度场最优得出，并与实际生产工艺参数相关。本实用新型专利技术具有冷却效率高、均匀性好，零件产品质量好，模具制造精度高、成本低、制造环境良好等优点，该技术可广泛应用于注塑及热冲压等相关行业领域。

【技术实现步骤摘要】
一种带有内螺纹的随形冷却管道模具
本技术涉及注塑及热冲压等相关领域，尤其涉及一种带有内螺纹的随形冷却管道模具。
技术介绍
金属模具是制造业中加工成形零件的工具，广泛应用于冲压、压铸、模锻、注塑，吹塑等领域，被誉为工业之母。模具的结构与制造精度是现目前模具设计所关注的问题，在一些热加工的领域，模具的散热能力对于获得零件的质量至关重要，尤其针对汽车零件热冲压成形与塑料产品的注塑成型，热加工过程中工件散热效率的高低，以及散热的均匀性将直接影响到产品的质量和生产效率。现目前，热加工模具的冷却方式主要为在模具内部添加冷却管道，使用液体、气体等方式带走模具热量，强迫模具降温，冷却管道的内壁因机加工限制，多为光滑无凸凹的结构。然而，这种内壁光滑无凸凹的冷却管道很难进一步提升模具的散热能力。若将冷却管道的中轴线无限靠近模具表面，模具的结构强度与疲劳寿命也会因此受到削减。另外，传统铸造、对钻及CNC数控铣削等方式难以有效制造出带有复杂截面形状的冷却管道模具：采用传统铸造方法制造随形冷却管道的热加工模具需要精密的铸模，而加工这类精确的铸模依赖于更加精密的制造及装配技术，并且在铸造过程中精密的管道内模很容易由于高温与冷却不均匀所产生的残余应力而发生变形；采用对钻的机加工方式只能加工长度较小的模具镶块，且无法实现内部螺纹管道的加工。公开号CN102744328A还公开了一种高强钢板热冲压模具制造方法，首先弯曲预制并连接冷却水道管路，然后分体加工放置水道的模具凹槽，并最终组装固定形成内置随形冷却水道。该方法实质是通过一种组合式的冷却管路的设计加工方法。同时，上述方法使用CNC数控铣削加工相应结构虽可以较精确地制造出带有复杂管路的模具底座，但通常需要对模具进行分体制造后组装而成，会存在渗水密封与连接零件疲劳错位等问题，进而影响模具的尺寸精度和使用寿命。而对于截面形状特殊的冷却管路结构，在铣削加工的时候需要经常换刀与变换工件装夹位置与角度，从而导致加工难度增大，进而导致制造成本昂贵。综上，有必要提供一种利于模具散热的冷却水道结构，以解决上述问题。
技术实现思路
根据上述提出的技术问题，而提供一种带有内螺纹的随形冷却管道模具。本技术主要利用在模具内部设置冷却管道的形状与模具的表面形状相同或相近，冷却管道内壁设有凸起的螺纹形状，管道的直径、螺纹的截面形状及尺寸、螺距值以及管道之间的距离经过优化后设计得出；从而达到结构适应性强、散热效率高、制造简单等效果。本技术采用的技术手段如下：一种带有内螺纹的随形冷却管道模具，其特征在于，设置在模具内部的冷却水道由多根随形走向或交替缠绕形式的冷却管道组成，每根所述冷却管道的轴线为曲线，该曲线具有与所述模具表面相同或相近的曲率分布；所述冷却管道内壁设有凸起的内螺纹，以确保内部管道介质为湍流形式，提升冷却介质与模具管道内壁(冷却管道内表面)之间的换热效率；所述冷却管道的直径、螺纹的截面形状及尺寸、螺距值以及冷却管道之间的距离根据预设的优化设计值呈规律性变化。模具内部的随形冷却管道的数目、随形冷却管道各个局部之间的间距以及管道各个局部的中轴线距离模具表面的法向距离参数通过优化设计得出，以针对不同的模具工艺参数得到最佳的换热效率；优化参数与实际加工参数相关。进一步地，根据加工产品的硬度要求不同，所述冷却管道的内螺纹的截面形状分为渐开线齿形、梯形、半圆形、半椭圆形、矩形或三角形，冷却管道的总直径、螺纹截面的几何参数以螺纹的螺距值由优化设计得出，以针对不同的模具工艺参数得到最佳的换热效率和温度场均匀性。进一步地，所述冷却管道的内螺纹的螺距值包括等值、变值以及等值与变值等组合形式，螺距参数也由工艺及温度场优化设计得出，以针对不同类型的模具工艺参数得到最佳的换热效率。进一步地，所述冷却管道的内螺纹的螺距值的变值形式是指从所述冷却管道的入口处到出口处的螺纹值沿轴线呈函数分布。进一步地，从所述冷却管道的入口处到出口处的螺纹值沿轴线呈三次函数分布或线性函数分布。进一步地，从所述冷却管道的入口处到出口处的截面直径沿轴线呈函数分布或等值分布，所述函数分布为三次函数分布或线性函数分布。进一步地，所述模具的材质为金属或树脂。本技术所涉及到的设计结构适用于所有采用流体介质(包括液体、气体类)相关的冷却模具，包括且不局限于汽车结构件热冲压模具的设计与制造以及树脂注塑模具的设计与制造等过程。较现有技术相比，本技术通过将模具内部随形冷却管道设计为带螺纹的内壁结构，可以提升冷却介质的湍流强度以及与模具内壁的接触面积，具体体现在使得层流流入的冷却介质分成了沿着螺纹小径而运动的螺旋流以及受到螺纹凸起部分阻力作用而生成的旋流与扰流，使得冷却水与管壁的换热能力得到提升，因而进一步地提升热加工模具的冷却能力。不同的螺纹截面形状与尺寸参数对冷却水的扰动效果能力不同，此外，不同的螺纹螺距值也可以导致冷却介质与管道内壁的实际接触面积不同，这些影响进而导致模具的冷却能力不同。此外，带有内螺纹结构的随形冷却管道之间的间距也可以影响到模具的冷却能力，综上，这些参数均可以依据实际热加工对模具的指标性能需求进而优化得到。另外，对于本技术所述带有内螺纹的随形冷却管道模具，可以通过选择性激光熔化金属3D打印技术(SLM：SelectiveLaserMelting)加工制造或者特种铸造方式(如陶瓷芯打印铸造)得到。相比而言，使用金属3D打印的SLM技术或者特种铸造方式可以制造出高精度的随形内螺纹冷却管道模具，使得模具的冷却效率较容易地达到模具的设计冷却效率，不存在密封漏水等相关问题，对提升被加工零件的质量有着显著的帮助。综上，本技术将模具中的冷却管道设计为随形分布的，随形冷却管道的内壁设计有凸起的螺纹形状，螺纹的参数，如螺纹截面形状及参数、螺距参数，以及随形冷却管道的数目、位置与间距均基于热加工的需求进行优化得到，以使得模具达到最佳的冷却效果；带有内螺纹随形冷却管道的模具通过选择性激光熔敷金属3D打印技术制造，可更便捷地精确制造带有复杂结构的相关模具。本技术具有结构适应性强、散热效率高均匀性好，制造简单，零件产品质量好，模具制造精度高、成本低、制造环境良好等优点，该技术可广泛应用于注塑及热冲压等相关行业领域。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本技术的实施例1中带有内螺纹的随形冷却管道模具的外部结构示意图。图2为本技术的实施例1中带有内螺纹(内螺纹结构设计前)的随形冷却管道模具内部随形冷却管道分布示意图。图3为本技术的实施例1中带有内螺纹(内螺纹结构设计后)的随形冷却管道模具内部随形冷却管道的分布示意图。图4本技术的实施例1中高强度钢热冲压结构件的示意图。图5为本技术的实施例1中带有内螺纹的随形冷却管道模具随形冷却管道中的内螺纹结构设计图Ⅰ(实施例1-1)。图6为本技术的实施例1中带有内螺纹的随形冷却管道模具随形冷却管道中的内螺纹结构设计图Ⅱ(实施例1-2)。图7本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带有内螺纹的随形冷却管道模具，其特征在于，设置在模具内部的冷却水道由多根随形走向或交替缠绕形式的冷却管道组成，每根所述冷却管道的轴线为曲线，该曲线具有与所述模具表面相同或相近的曲率分布；所述冷却管道内壁设有凸起的内螺纹，所述冷却管道的直径、螺纹的截面形状及尺寸、螺距值以及冷却管道之间的距离根据预设的优化设计值呈规律性变化。

【技术特征摘要】
1.一种带有内螺纹的随形冷却管道模具，其特征在于，设置在模具内部的冷却水道由多根随形走向或交替缠绕形式的冷却管道组成，每根所述冷却管道的轴线为曲线，该曲线具有与所述模具表面相同或相近的曲率分布；所述冷却管道内壁设有凸起的内螺纹，所述冷却管道的直径、螺纹的截面形状及尺寸、螺距值以及冷却管道之间的距离根据预设的优化设计值呈规律性变化。2.根据权利要求1所述的带有内螺纹的随形冷却管道模具，其特征在于，根据加工产品的硬度要求不同，所述冷却管道的内螺纹的截面形状分为渐开线齿形、梯形、半圆形、半椭圆形、矩形或三角形。3.根据权利要求1所述的带有内螺纹的随形冷却管道模具，其特征在于，所述冷却管道的内螺纹的螺距值包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：盈亮，戴明华，高天涵，胡平，韩小强，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：新型
国别省市：辽宁,21