一种模具迷宫随形冷却方法及其结构技术

一种模具迷宫随形冷却方法及其结构，解决现有模具冷却方法无法满足复杂模具高效均匀冷却的难题，相比直孔流道、内置弯管流道和普通管状随形流道三种传统模具冷却方法冷却效率高、冷却效果好。本发明专利技术的结构为在模具内部距离型腔一定厚度处具有一个与型腔内表面近平行的空心层，层内设置有迷宫式的隔墙，冷却介质在冷却层内的隔墙间隙形成的通道中流动。本发明专利技术的优点是冷却介质在迷宫式隔墙间隙中冷却状态为紊流，并且增加了冷却介质与模具的接触面积，冷却效率高，模具使用寿命长，缩短了注塑工艺周期，降低了注塑生产成本。采用激光3D打印技术直接制造带层状迷宫流道随形冷却结构的模具，模具内部成分均匀，成型工艺简单，模具制造周期短，模具的制造成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种模具迷宫随形冷却方法及其结构
本专利技术属于模具制造技术，具体涉及一种模具迷宫随形冷却方法及其结构。
技术介绍
模具技术是当今制造业中应用最广泛的技术之一，模具的冷却系统对模具的寿命、产品的生产效率和质量都具有重要影响。特别对于复杂的大型模具，冷却系统更为重要。目前，模具的冷却方法主要有三种:直孔流道冷却方法、内置弯管流道冷却方法和管状随形流道冷却方法。直孔流道冷却方法在目前模具技术中应用最广泛，通过传统机加工方法，如对金属毛坯进行车、铣、刨、钻、磨、电蚀等，从而获得具有直孔冷却流道的模具。直孔冷却流道一般由一组平直的开孔系组成。为形成封闭的流道，除冷却介质的进口和出口外，其它的开孔需要用堵头密封。这种冷却方法存在以下问题:首先，直孔流道无法均匀贴近型腔和型芯表面，造成冷却效果不均匀，同时在复杂模具中，存在直孔流道无法接近的热节，不利于热量的散失，冷却效率低。因此，直孔流道冷却方法存在冷却效果不均匀和冷却效率低的问题，会降低产品的质量，同时增加成形周期，提高了零件制造的成本。其次，直孔冷却流道的加工复杂，很多孔需要用堵头堵上。最后，直孔冷却流道的设计主要依靠经验，在面对结构越来越复杂的模具时，该冷却方法的设计缺少理论指导，难以满足冷却要求。内置弯管流道冷却方式在一定程度上解决了冷却管道形状限制的问题，其技术方案具体为:模具由模具外轮廓壳体和浇铸的致密填充块构成，在致密填充块中设置有预先加工的、与模具型腔的形状随形对应的轴线为空间三维曲线的模具随形冷却管道，致密填充块浇铸在模具外轮廓壳体内。内置弯管流道采取铜、镍等材料弯曲成形，相对于直孔流道冷却方法，其流道形状复杂度增加，可提高冷却效率和质量，致密填充块采用浇铸工艺加工成本低，模具的制造成本和制造周期均低于传统机加工制造模具。但是，其随形冷却管道为单独弯曲成形，很难达到与复杂形状型腔完全符合，且浇铸过程会影响预成形管道的尺寸精度，浇铸填充块的力学性能较传统锻造模具性能差。管状随形冷却方法的实现是依靠增材制造技术(3D打印技术)的发展。增材制造技术是一种按照三维数据模型，基于逐层制造，将离散材料连接成实体的工艺。该工艺将三维实体变成若干二维平面，大大降低了制造的复杂度，可以快速成形出具有复杂随形冷却流道的模具。管状随形冷却流道可完全自由设计与制造，在模具表面形成热包络区，提高了冷却的效率和温度的均匀性。但是管状随形冷却方法在流道横截面积一定时，周长较小，与模具接触面积小，限制了其冷却效率。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出了一种模具迷宫随形冷却方法及其结构，本专利技术具有冷却效率高、模具温度分布均匀的特点，特别适合形状复杂的模具的冷却。本专利技术提供的一种模具迷宫随形冷却方法，其特征在于，该方法为在模具体内部靠近型腔或/和型芯表面的位置设置空心层，并使空心层与所述表面近平行，在空心层内设置有用于填充冷却介质的迷宫式流道，以增加冷却介质与模具的接触面积，并使冷却介质在迷宫式流道的隔墙间隙中的流动状态为紊流，以增强冷却介质内部的对流。本专利技术提供的模具冷却结构，其特征在于，模具体内部靠近型腔或/和型芯表面的位置设有空心层，该空心层与所述表面近平行，其内设置有用于填充冷却介质的迷宫式流道。与现有技术相比，本专利技术具有以下技术效果:在带迷宫随形冷却层的模具中，流道为层流道，而非传统流道，大大增加冷却介质与模具的接触面积，同时冷却介质在迷宫式隔墙间隙中流动状态为紊流，增加了冷却介质内部的对流，大幅度提高了冷却效率。一股冷却介质的流动路径中存在多个额外接入口和引出口，多股冷却水流动路径并联，模具整体冷却效果均匀、迅速，减小模具内部残余应力，延长模具使用寿命，缩短注塑工艺周期，降低注塑生产成本。【附图说明】图1为本专利技术提供的模具实例的立体示意图；图2为本专利技术提供的模具实例的截面示意图；图3为迷宫随形冷却层的一种展开示意图；图4为迷宫随形冷却层的第二种展开示意图；图5为迷宫随形冷却层的第三种展开示意图。【具体实施方式】本专利技术提供的方法通过在模具表面一定距离的位置设置冷却层，该冷却层中分布着迷宫流道，层状冷却增加了冷却介质与模具的接触面积，同时迷宫流道中冷却介质会产生强烈的紊流状态，冷却效率较管状随形冷却方法进一步增加。本专利技术提供的带迷宫随形冷却层的模具是在模具体内部具有一个与型腔内表面近平行的空心层。迷宫冷却层的位置根据制件部位的散热量变化设置:在制件壁厚大的热节部位，冷却层靠近型腔，在散热量小的部位，冷却层适当远离型腔，在由厚壁到薄壁变化的部位实现连续过渡，使该部位型腔表面的散热均匀。该空心层与型腔之间的距离为D ;空心层的层厚d根据制件的大小和厚度选择，d一般取4-8mm，制件较大且厚时d取较大值,制件尺寸小且薄是d取较小值,空心层与型腔表面的距离D为4d?6d，一般取为5d。空心层内设置有迷宫式流道，冷却介质在流道中流动。本专利技术提供的模具，冷却层与型腔/型芯表面近平行设置，冷却层内设置的迷宫式流道可以单出入口的串联流道，多出入口的并联流道，或者串联流道和并联流道的任意组合。单个流道的横截面可以是圆形，也可以是其它任意形状(如以齿形、梯形、矩形等形状，或者以这些形状作为基本形状，加以圆角或变化各种参数数值而生成的衍生形状)，均可以采用3D打印技术制造。下面结合附图对本专利技术的【具体实施方式】作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本专利技术，但并不构成对本专利技术的限定。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。如图1、2所示，本专利技术提供的模具的实例包括模具体2和迷宫冷却层3，迷宫冷却层3与模具的型腔I呈近平行状态，即按平行状态设计冷却层形状，并根据模具的具体结构对迷宫冷却层与型腔表面之间的距离D进行微调。图2为实例I的截面示意图，迷宫冷却层3的设置应考虑制件部位的散热量变化:在制件壁厚大的热节部位，冷却层3应靠近型腔1，即迷宫冷却层与型腔表面之间的距离D缩小I?4mm ;在薄壁等散热量小的部位，冷却层3应适当远离型腔2，即迷宫冷却层与型腔表面之间的距离D增大I?4_。层状随形冷却方法可以在由厚壁到薄壁变化的部位实现连续过渡，使该部位型腔表面的散热均匀。传统的直孔流道冷却方法、内置弯管流道冷却方法和管状随形冷却方法在结构上都基于管状流道，在管状流道的截面上存在着以管道轴线为圆心的同心圆状的温度梯度。如果圆管排布稀疏，则模具型腔表面的温度梯度不均匀，冷却效果不佳；如果圆管排布太密集，则会大大增加模具的制造难度，降低模具生产效率，增加模具成本。本专利技术提供的模具的流道为层状随形冷却流道，温度梯度在近平行于冷却层的平面上均匀分布，增强了冷却效果。当制件有凹陷结构，即模具型腔有突出结构时，突出处周围受热较集中，需要重点冷却，避免冷却后变形。采用直孔管状冷却方法时同样面临冷却管道的设置问题，在模具型腔突出局部很难设置直孔冷却水道，有时只能设置成喷泉式的冷却孔道，很难保证冷却效率；采用内置弯管流道冷却方法时，模具突出局部的弯管弯曲度较大，制造难度大，且浇注模具体时由于没有支撑容易变形。本专利技术提供的模具的层状随形冷却流道可以贴合模具的突出部位，保证重点冷却部位的冷却效果。将迷宫冷却层3展开，为图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模具迷宫随形冷却方法，其特征在于，该方法为在模具体内部靠近型腔或/和型芯表面的位置设置空心层，并使空心层与所述表面近平行，在空心层内设置有用于填充冷却介质的迷宫式流道，以增加冷却介质与模具的接触面积，并使冷却介质在迷宫式流道的隔墙间隙中的流动状态为紊流，以增强冷却介质内部的对流。

【技术特征摘要】
1.一种模具迷宫随形冷却方法，其特征在于，该方法为在模具体内部靠近型腔或/和型芯表面的位置设置空心层，并使空心层与所述表面近平行，在空心层内设置有用于填充冷却介质的迷宫式流道，以增加冷却介质与模具的接触面积，并使冷却介质在迷宫式流道的隔墙间隙中的流动状态为紊流，以增强冷却介质内部的对流。2.根据权利要求1所述的模具迷宫随形冷却方法，其特征在于，所述迷宫式流道通过3D打印技术制造，在空心层中制造出迷宫式隔墙，空余的区域自动形成所述迷宫式流道。3.一种模具冷却结构，其特征在于，模具体内部靠近型腔或/和型芯表面的位置设有空心层，该空心层与所述表面近平行，其内设置有用于填充冷却介质的迷宫式流道。4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏青松，赵晓，刘颖，刘洁，罗喜望，史玉升，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：