62 华中科技大学学报(自然科学版) 第35卷 并最终增加了零件的翘曲变形 时间为18s左右,与模拟的误差只有10%最终 相对于传统冷却方法,随形冷却方法的冷却注塑件变形小,无明显缺陷 时间缩短了40%,而由冷却不均匀引起的零件最 大翘曲变形量也只有传统冷却方法的20%.此 外,CCC2的成型周期和冷却不均匀引起的最大 翘曲变形量均小于CCC1,即对该种零件结构,圆 环形冷却结构要优于螺旋形冷却结构 为了研究冷却过程中零件不同部位的冷却均 匀性,分别选取传统和随形冷却方案中冷却效率 最高冷却水道分布密度相当的两种冷却方案(即 图6最终注塑零件 DCC3和CCC2)做进一步对比分析.在香盒注塑 模具的型腔表面从上到下均匀选取三个部位x, y,z,其位置如图1所示.从模拟结果中采集温度 ]李晓棠,李丹阳,孙庆山,等.复杂注塑模冷却系统的 数据,分析各个采样点从1.7~28.0s之间的型 模糊可靠性设计[]机械制造,2001,43(7):1820. 腔表面温度变化规律,两冷却方案中x,y,三采[2] JacobS PF. New frontiers in mold construction:high conductivity materials and conformal cooling channels 样点的温度变化曲线如图5所示 U ]. Society of Manufact uring Engineers, 1999(10) 3] Sachs E, Eylonis E, Allen S, et al. Production of ir jection molding tooling with conformal cooling char nels using the three dimension printing processJ) Polymer Engineering and Science, 2000, 40(8) l232-1247 (a)DCC3方案 (b)CCC2方案 tion injection mould tooling 5三采样点的温度变化曲线 cooling channels via indirect selective laser sintering 从图5中的温度变化曲线可以看出:在经过 [J. Proceedings of the Institution of Mechanical 28.0s后,随形冷却水道模具的型腔表面温度为 Engineers,2001,215(10):13231332 29℃C,传统冷却水道模具为40℃所以随形冷却5] Dimla d e, Camilotto M,MamF. Design and opti- 水道的冷却速度明显优于传统冷却水道.另外,分 nization of conformal cooling channels in injection moulding tools J]. Journal of Materials Processing 析三采样点处的温度变化曲线可以发现:在随形 Technology,2005,164(6):1294-1300 冷却水道模具中,三点处的型腔表面温度差要小 Fred G S. New concepts in mold conformal cooling 于传统冷却水道模具,表明随形冷却水道的冷却 design[ C]//2005- Annual Technical Conference Pro- 均匀性更优,这也是由随形冷却注塑模得到的注 ceedings, Volume 1. Brookfield: Society of Plastics 塑件翘曲变形量较小的原因 Engineers,2005:916-920. [7 Ferrira J C, Mateus A. Studies of rapid solft tooling 3随形冷却水道的实物验证 with conformal cooling channels for plastic injection moulding[J]. Journal of Materials Processing Tech- nology,2003,142(5):508516 结(SLS)快速制模工艺完成模具的加工.其大致I8] Xu xiaorong. Conformal cooling and rapid thermal cycling in injection molding by 3D printed tooling 过程为:将模具模芯部分的三维SIL模型导入 [D. Cambridge, Massachusettes: MIT, 1999 SLS快速成形机中成型,之后进行脱脂、高温烧[91 Xu Xiaorong,shsE, Allen S, The design of cor 结、渗铜等后处理,处理完成后在模芯表面做简单 formal cooling channels in injection molding tooling 机加工,再进行模芯与模架的装配,即完成了模具 U]. Polymer Engineering and Science, 2001, 41(7) 的制造过程.利用该模具进行注塑加工,得到香盒 1265-1278 零件的注塑件如图6所示实际注塑过程中,泠冷却 o1994-2009ChinaAcademicJOumalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp://www.cnki.net并最终增加了零件的翘曲变形. 相对于传统冷却方法 ,随形冷却方法的冷却 时间缩短了 40 % ,而由冷却不均匀引起的零件最 大翘曲变形量也只有传统冷却方法的 20 %. 此 外 ,CCC2 的成型周期和冷却不均匀引起的最大 翘曲变形量均小于 CCC1 ,即对该种零件结构 ,圆 环形冷却结构要优于螺旋形冷却结构. 为了研究冷却过程中零件不同部位的冷却均 匀性 ,分别选取传统和随形冷却方案中冷却效率 最高、冷却水道分布密度相当的两种冷却方案(即 DCC3 和 CCC2) 做进一步对比分析. 在香盒注塑 模具的型腔表面从上到下均匀选取三个部位 x , y , z ,其位置如图 1 所示. 从模拟结果中采集温度 数据 ,分析各个采样点从 1. 7～28. 0 s 之间的型 腔表面温度变化规律 ,两冷却方案中 x , y , z 三采 样点的温度变化曲线如图 5 所示. 图 5 三采样点的温度变化曲线 从图 5 中的温度变化曲线可以看出 :在经过 28. 0 s 后 ,随形冷却水道模具的型腔表面温度为 29 ℃,传统冷却水道模具为 40 ℃,所以随形冷却 水道的冷却速度明显优于传统冷却水道. 另外 ,分 析三采样点处的温度变化曲线可以发现 :在随形 冷却水道模具中 ,三点处的型腔表面温度差要小 于传统冷却水道模具 ,表明随形冷却水道的冷却 均匀性更优 ,这也是由随形冷却注塑模得到的注 塑件翘曲变形量较小的原因. 3 随形冷却水道的实物验证 采用随形冷却方案 CCC2 ,用选择性激光烧 结(SL S) 快速制模工艺完成模具的加工. 其大致 过程为 :将模具模芯部分的三维 STL 模型导入 SL S快速成形机中成型 ,之后进行脱脂、高温烧 结、渗铜等后处理 ,处理完成后在模芯表面做简单 机加工 ,再进行模芯与模架的装配 ,即完成了模具 的制造过程. 利用该模具进行注塑加工 ,得到香盒 零件的注塑件如图 6 所示. 实际注塑过程中 ,冷却 时间为 18 s 左右 ,与模拟的误差只有 10 %. 最终 注塑件变形小 ,无明显缺陷. 图 6 最终注塑零件 参 考 文 献 [1 ] 李晓棠 ,李丹阳 ,孙庆山 ,等. 复杂注塑模冷却系统的 模糊可靠性设计[J ]. 机械制造 ,2001 , 43 (7) : 18220. [2 ] J acobs P F. New frontiers in mold construction : high conductivity materials and conformal cooling channels [J ]. Society of Manufacturing Engineers , 1999 (10) : 992115. [ 3 ] Sachs E , Eylonis E , Allen S , et al. Production of in2 jection molding tooling with conformal cooling chan2 nels using the three dimension printing process[J ]. Polymer Engineering and Science , 2000 , 40 ( 8 ) : 1 23221 247. [ 4 ] Dalgarno K W , Stewart T D. Manufacture of produc2 tion injection mould tooling incorporating conformal cooling channels via indirect selective laser sintering [J ]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers , 2001 , 215 (10) : 1 32321 332. [5 ] Dimla D E , Camilotto M , Miani F. Design and opti2 mization of conformal cooling channels in injection moulding tools [J ]. Journal of Materials Processing Technology , 2005 , 164 (6) : 1 29421 300. [6 ] Fred G S. New concepts in mold conformal cooling design[ C] ∥20052Annual Technical Conference Pro2 ceedings , Volume 1. Brookfield : Society of Plastics Engineers , 2005 : 9162920. [7 ] Ferrira J C , Mateus A. Studies of rapid solft tooling with conformal cooling channels for plastic injection moulding[J ]. Journal of Materials Processing Tech2 nology , 2003 , 142 (5) : 5082516. [ 8 ] Xu Xiaorong. Conformal cooling and rapid thermal cycling in injection molding by 3D printed tooling [D]. Cambridge , Massachusettes: MIT , 1999. [9 ] Xu Xiaorong , Sachs E , Allen S. The design of con2 formal cooling channels in injection molding tooling [J ]. Polymer Engineering and Science , 2001 , 41 (7) : 1 26521 278. ·62 · 华 中 科 技 大 学 学 报(自然科学版) 第 35 卷