[00138730]一种钢质注塑模具的随形冷却水道强化传热优化设计方法

模具是制造业的重要基础工艺装备,被列为“中国制造2025”和国家发展的重点领域。模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。注塑成型作为塑料成型主要方式,在汽车、家电、仪表等国家支柱产业及与人民日常生活相关的各个领域中得到了广泛应用。近年来,国内注塑模在质与量上都有了较快的提高,但与国外先进技术相比,尚有一定差距,尤其是高效冷却、高稳定性注塑模具,从其结构创新设计到零件加工,仍有许多技术瓶颈需要突破。另外,检具作为产品尺寸测量和监控的快捷工具,在检测零件的孔径尺寸、位置度、轮廓度、间隙和面差等方面,具有操作方便、数据直观的特点,广泛应用于汽车制造行业,成为我国汽车制造技术快速发展与国际接轨的重要标志之一,然而检具在设计理念和设计方法方面与国外相比仍有较大差距,在周期、质量和成本方面的问题也比较突出。 目前,注塑模具与检具技术需要在以下技术瓶颈问题上获得突破： （1）高效均匀冷却水道的结构优化设计问题。注塑模具冷却系统研究的热点集中在随形冷却技术上,但由于水道是随形曲线,会导致水流受阻,冷却效率降低,如何高效均匀冷却仍有许多技术瓶颈需要突破; （2）钢质注塑模具中随形冷却水道的制造问题。随形冷却水道的制造目前主要采用3D打印成形技术,但这种技术所制造的模具与传统钢质注塑模具相比,在成形精度、生产效率和模具寿命等方面差距较大; （3）模具及检具结构的创新设计问题。模具及检具作为塑件成型和质量检测的重要装备,其结构直接关系到效率、质量、周期和成本,传统的设计方法主要依赖于设计人员的经验和已有的相似结构,这种方式严重制约了模具及检具技术的快速高质量发展。 基于注塑模具冷却中出现的冷却不够均匀,产品翘曲,冷却时间过长等问题,借鉴注塑工艺冷却水道设计技术与强化传热技术,提出了随形强化传热的水道结构。采用Fluent数值模拟手段,分析了线性变截面型、波纹型、缩放型及横纹型四种不同水道的传热和冷却过程,根据强化传热机制,提出了增加强化传热冷却面积的量化传热强度指标。 （1）提出了一种基于表面粗糙强化传热的钢质注塑模具随形冷却系统的优化设计方法。 （2）研究了随形冷却水道偏移分型制造方法的工艺过程,理论分析了分型制造模具型腔的强度以及成本和生产效率平衡问题,并通过其可加工性问题和密封性能的研究,证明了在传统钢制模具上制造出随形冷却水道的可行性。 （3）研究了特征功能映射原理进行检具设计的方法,克服了传统检具设计中的效率低、技术不规范、周期长等问题。 在注塑模具的众多结构中,冷却系统作为注塑模具中的关键技术之一,在控制模具温度方面起着至关重要的作用。冷却系统可以将熔融塑料固化成形过程中释放的大部分热量带走,能达到快速成形制品、均匀冷却、预防残余应力和不均匀收缩引起的翘曲变形、缩短成形周期的目的。冷却系统的设计是否合理有效,既能影响到产品的外观、质量和尺寸,还密切关系到产品的生产效率。 检具作为在生产制造企业进行测量和监控产品各种尺寸的快捷简便性工具,在检测零件的孔径尺寸、位置度、轮廓度、间隙和面差等方面,具有操作方便、稳定耐用、数据直观的特点,广泛应用于汽车制造行业。我国汽车制造业现代检具的应用伴随着合资企业的发展逐步推广,目前已形成了完整的汽车检具产业链。 该技术已经比较成熟,不存在安全性问题,主要应用于机械、汽车、电子、家用电器等行业。目前在注塑模具的随形冷却方面主要是利用3D打印技术来实现,但相比传统钢质模具而言,利用3D打印技术制造的模具仍然存在后续加工复杂、制造成本高、强度低、寿命短、只能适用于新产品试制和小批量生产等不足。利用本项目开发的技术,一方面可使制品的成型效率提高约30％,翘曲变形量也仅为传统冷却水道的60％;另一方面,本项目开发的新型注塑成型及检测技术与装备不仅解决了某些模具依赖进口的问题,而且可实现产品的快捷高效低成本检测,保证了产品的质量。 技术的局限性： （1）基于表面粗糙强化传热的随形冷却水道的结构形式还不够丰富; （2）随形冷却强化传热的参数化设计的数据库尚未建立; （3）创新型的模具及检具结构和技术的通用性还不足; （4）成果虽然取得了很好的效果,但推广力度不够大。 无