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模具

基于3D打印的隨形冷卻注塑模具

發(fā)布日期:2022-10-09 點(diǎn)擊率:67

  • 關(guān)鍵詞:                                                                3D打印                                                                注塑模具

  • 摘要:注塑成型,使得生活中的塑料制品可以獲得復(fù)雜的形狀和復(fù)雜的細(xì)節(jié),在保持穩(wěn)定的公差范圍內(nèi),并保持高質(zhì)量的產(chǎn)品表面情況下,實(shí)現(xiàn)批量化的生產(chǎn)。



  注塑成型,使得生活中的塑料制品可以獲得復(fù)雜的形狀和復(fù)雜的細(xì)節(jié),在保持穩(wěn)定的公差范圍內(nèi),并保持高質(zhì)量的產(chǎn)品表面情況下,實(shí)現(xiàn)批量化的生產(chǎn)。

  對(duì)于模具制造商來(lái)說(shuō),由于模具的質(zhì)量直接決定了注塑生產(chǎn)效率,并決定產(chǎn)品質(zhì)量,從而決定產(chǎn)品附加值,所以,如何在最小周期時(shí)間內(nèi)高效冷卻塑料產(chǎn)品,成為隨形冷卻模具設(shè)計(jì)與制造過(guò)程中關(guān)鍵的考量因素,而冷卻在這其間扮演了重要的角色。

  一、隨形冷卻擺脫傳統(tǒng)方式的制約

  隨形冷卻的原理是,在一個(gè)統(tǒng)一連續(xù)的方式下快速地降低塑件的溫度。注塑件不能在冷卻過(guò)程中從模具中取出,直到冷卻充分,然后,從模具中取出注塑件。任何熱點(diǎn)都會(huì)延遲注塑件的注塑周期,可能會(huì)導(dǎo)致脫模后注塑件的翹曲和凹陷,并可能損害塑件表面的質(zhì)量。

  快速冷卻是通過(guò)冷卻液在模具內(nèi)的通道流過(guò),將注塑件的熱量帶走,這種冷卻效果的速度和均勻性是由流體通道以及冷卻流體通過(guò)它的速度來(lái)決定的。  

  傳統(tǒng)的模具內(nèi)冷卻通道是通過(guò)二次加工來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)交叉鉆孔,產(chǎn)生直線管的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò),通過(guò)內(nèi)置流體插頭來(lái)調(diào)整流速和方向,這種方法有其局限性,水路網(wǎng)絡(luò)的形狀是有限的,所以,冷卻通道離模具的表面遠(yuǎn),使得冷卻效率低。不僅如此,還不得不面對(duì)額外的加工和裝配時(shí)間,以及盲點(diǎn)的渠道網(wǎng)絡(luò)可能被堵塞的風(fēng)險(xiǎn)。而且,在復(fù)雜的情況下,為了預(yù)留冷卻通道的加工,模具還需要被切分成幾個(gè)部分來(lái)制造,然后再拼接成一整塊模具,這導(dǎo)致了額外的制造環(huán)節(jié),并且還會(huì)縮短模具的壽命。

  隨形冷卻方式與傳統(tǒng)冷卻方式的區(qū)別在于,其冷卻水道的形狀隨著注塑制品的外形變化,不再是直線狀的,如圖1所示。這種冷卻水道很好地解決了傳統(tǒng)冷卻水道與模具型腔表面距離不一致的問(wèn)題,可以使得注塑制品得到均勻的冷卻,冷卻效率更高。

  

  圖1:傳統(tǒng)冷卻水道與隨形冷卻水道示意圖

  二、3D打印制造

  3D打印制造使人們擺脫了交叉鉆孔的限制。現(xiàn)在,可以設(shè)計(jì)內(nèi)部通道更靠近模具的冷卻表面,并具有平滑的角落,更快的流量,增加熱量轉(zhuǎn)移到冷卻液的效率;還可以根據(jù)冷卻要求設(shè)計(jì)不同的冷卻回路,旨在以一致的速度進(jìn)行散熱,以促進(jìn)散熱的均勻性。冷卻液通過(guò)量對(duì)模具的冷卻速度至關(guān)重要。必須設(shè)計(jì)光滑的角落,以減少沿通道的壓力損失。

  金屬粉末選擇性熔化3D打印技術(shù),在直徑小至1.4毫米的冷卻通道亦可以生產(chǎn)。鋪粉的3D打印制造技術(shù)的一個(gè)有益的好處是,粉末熔化帶來(lái)輕微紋理的表面,這種紋理結(jié)構(gòu)增加了冷卻接觸的表面積,帶來(lái)更好的傳熱效果,從而提高了冷卻效率,并形成通道內(nèi)小湍流,從而實(shí)現(xiàn)通道自清潔的效果。

  三、3D打印對(duì)注塑產(chǎn)品帶來(lái)的附加值

  通過(guò)3D打印制造的隨形冷卻注塑模具,可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)70%的注塑模具加工效率。在圖2所示的例子中,一個(gè)冰刮刀的模具,通過(guò)增材制造方法來(lái)加工,使得注塑時(shí)間從80秒降到40秒,這意味著注塑件的生產(chǎn)速度變?yōu)樵瓉?lái)的兩倍。

  

  圖2:冰刮刀隨形冷卻模具

  通過(guò)增材制造來(lái)制造的隨形冷卻模具的其他主要優(yōu)點(diǎn)包括:可以成型更均勻的塑件制品,使制品零缺陷,并且避免因冷卻速度不均勻而導(dǎo)致的縮凹痕跡。另外,在開(kāi)發(fā)新注塑產(chǎn)品時(shí),有助于實(shí)現(xiàn)通過(guò)較少的迭代即可完成產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。當(dāng)然,更多的優(yōu)點(diǎn)還包括在制造復(fù)雜模具時(shí),由于減少了冷卻通道加工和拼接的環(huán)節(jié),增材制造方法比傳統(tǒng)方式更快。

  應(yīng)該注意的是,增材制造出來(lái)的模具表面精度不高,要通過(guò)后期的精加工和拋光處理來(lái)獲得所需的表面精度。在這個(gè)環(huán)節(jié),傳統(tǒng)的機(jī)加工與增材制造優(yōu)勢(shì)形成互補(bǔ)。



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