[發明專利]一種模具迷宮隨形冷卻方法及其結構

有效

• 申請號: 201310559377.6
• 申請日: 2013-11-12
• 公開（公告）號: CN103587005A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 魏青松;趙曉;劉穎;劉潔;羅喜望;史玉升
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B29C33/04
• 分類號: B29C33/04
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

技術領域

本發明屬于模具制造技術，具體涉及一種模具迷宮隨形冷卻方法及其結構。

背景技術

模具技術是當今制造業中應用最廣泛的技術之一，模具的冷卻系統對模具的壽命、產品的生產效率和質量都具有重要影響。特別對于復雜的大型模具，冷卻系統更為重要。目前，模具的冷卻方法主要有三種：直孔流道冷卻方法、內置彎管流道冷卻方法和管狀隨形流道冷卻方法。

直孔流道冷卻方法在目前模具技術中應用最廣泛，通過傳統機加工方法，如對金屬毛坯進行車、銑、刨、鉆、磨、電蝕等，從而獲得具有直孔冷卻流道的模具。直孔冷卻流道一般由一組平直的開孔系組成。為形成封閉的流道，除冷卻介質的進口和出口外，其它的開孔需要用堵頭密封。這種冷卻方法存在以下問題：首先，直孔流道無法均勻貼近型腔和型芯表面，造成冷卻效果不均勻，同時在復雜模具中，存在直孔流道無法接近的熱節，不利于熱量的散失，冷卻效率低。因此，直孔流道冷卻方法存在冷卻效果不均勻和冷卻效率低的問題，會降低產品的質量，同時增加成形周期，提高了零件制造的成本。其次，直孔冷卻流道的加工復雜，很多孔需要用堵頭堵上。最后，直孔冷卻流道的設計主要依靠經驗，在面對結構越來越復雜的模具時，該冷卻方法的設計缺少理論指導，難以滿足冷卻要求。

內置彎管流道冷卻方式在一定程度上解決了冷卻管道形狀限制的問題，其技術方案具體為：模具由模具外輪廓殼體和澆鑄的致密填充塊構成，在致密填充塊中設置有預先加工的、與模具型腔的形狀隨形對應的軸線為空間三維曲線的模具隨形冷卻管道，致密填充塊澆鑄在模具外輪廓殼體內。內置彎管流道采取銅、鎳等材料彎曲成形，相對于直孔流道冷卻方法，其流道形狀復雜度增加，可提高冷卻效率和質量，致密填充塊采用澆鑄工藝加工成本低，模具的制造成本和制造周期均低于傳統機加工制造模具。但是，其隨形冷卻管道為單獨彎曲成形，很難達到與復雜形狀型腔完全符合，且澆鑄過程會影響預成形管道的尺寸精度，澆鑄填充塊的力學性能較傳統鍛造模具性能差。

管狀隨形冷卻方法的實現是依靠增材制造技術(3D打印技術)的發展。增材制造技術是一種按照三維數據模型，基于逐層制造，將離散材料連接成實體的工藝。該工藝將三維實體變成若干二維平面，大大降低了制造的復雜度，可以快速成形出具有復雜隨形冷卻流道的模具。管狀隨形冷卻流道可完全自由設計與制造，在模具表面形成熱包絡區，提高了冷卻的效率和溫度的均勻性。但是管狀隨形冷卻方法在流道橫截面積一定時，周長較小，與模具接觸面積小，限制了其冷卻效率。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出了一種模具迷宮隨形冷卻方法及其結構，本發明具有冷卻效率高、模具溫度分布均勻的特點，特別適合形狀復雜的模具的冷卻。

本發明提供的一種模具迷宮隨形冷卻方法，其特征在于，該方法為在模具體內部靠近型腔或／和型芯表面的位置設置空心層，并使空心層與所述表面近平行，在空心層內設置有用于填充冷卻介質的迷宮式流道，以增加冷卻介質與模具的接觸面積，并使冷卻介質在迷宮式流道的隔墻間隙中的流動狀態為紊流，以增強冷卻介質內部的對流。

本發明提供的模具冷卻結構，其特征在于，模具體內部靠近型腔或／和型芯表面的位置設有空心層，該空心層與所述表面近平行，其內設置有用于填充冷卻介質的迷宮式流道。

與現有技術相比，本發明具有以下技術效果：在帶迷宮隨形冷卻層的模具中，流道為層流道，而非傳統流道，大大增加冷卻介質與模具的接觸面積，同時冷卻介質在迷宮式隔墻間隙中流動狀態為紊流，增加了冷卻介質內部的對流，大幅度提高了冷卻效率。一股冷卻介質的流動路徑中存在多個額外接入口和引出口，多股冷卻水流動路徑并聯，模具整體冷卻效果均勻、迅速，減小模具內部殘余應力，延長模具使用壽命，縮短注塑工藝周期，降低注塑生產成本。

附圖說明

圖1為本發明提供的模具實例的立體示意圖；

圖2為本發明提供的模具實例的截面示意圖；

圖3為迷宮隨形冷卻層的一種展開示意圖；

圖4為迷宮隨形冷卻層的第二種展開示意圖；

圖5為迷宮隨形冷卻層的第三種展開示意圖。

具體實施方式

本發明提供的方法通過在模具表面一定距離的位置設置冷卻層，該冷卻層中分布著迷宮流道，層狀冷卻增加了冷卻介質與模具的接觸面積，同時迷宮流道中冷卻介質會產生強烈的紊流狀態，冷卻效率較管狀隨形冷卻方法進一步增加。