[00138730]一種鋼質注塑模具的隨形冷卻水道強化傳熱優化設計方法

模具是制造業的重要基礎工藝裝備,被列為“中國制造2025”和國家發展的重點領域。模具技術已成為衡量一個國家產品制造水平的重要標志之一。注塑成型作為塑料成型主要方式,在汽車、家電、儀表等國家支柱產業及與人民日常生活相關的各個領域中得到了廣泛應用。近年來,國內注塑模在質與量上都有了較快的提高,但與國外先進技術相比,尚有一定差距,尤其是高效冷卻、高穩定性注塑模具,從其結構創新設計到零件加工,仍有許多技術瓶頸需要突破。另外,檢具作為產品尺寸測量和監控的快捷工具,在檢測零件的孔徑尺寸、位置度、輪廓度、間隙和面差等方面,具有操作方便、數據直觀的特點,廣泛應用于汽車制造行業,成為我國汽車制造技術快速發展與國際接軌的重要標志之一,然而檢具在設計理念和設計方法方面與國外相比仍有較大差距,在周期、質量和成本方面的問題也比較突出。 目前,注塑模具與檢具技術需要在以下技術瓶頸問題上獲得突破： （1）高效均勻冷卻水道的結構優化設計問題。注塑模具冷卻系統研究的熱點集中在隨形冷卻技術上,但由于水道是隨形曲線,會導致水流受阻,冷卻效率降低,如何高效均勻冷卻仍有許多技術瓶頸需要突破; （2）鋼質注塑模具中隨形冷卻水道的制造問題。隨形冷卻水道的制造目前主要采用3D打印成形技術,但這種技術所制造的模具與傳統鋼質注塑模具相比,在成形精度、生產效率和模具壽命等方面差距較大; （3）模具及檢具結構的創新設計問題。模具及檢具作為塑件成型和質量檢測的重要裝備,其結構直接關系到效率、質量、周期和成本,傳統的設計方法主要依賴于設計人員的經驗和已有的相似結構,這種方式嚴重制約了模具及檢具技術的快速高質量發展。 基于注塑模具冷卻中出現的冷卻不夠均勻,產品翹曲,冷卻時間過長等問題,借鑒注塑工藝冷卻水道設計技術與強化傳熱技術,提出了隨形強化傳熱的水道結構。采用Fluent數值模擬手段,分析了線性變截面型、波紋型、縮放型及橫紋型四種不同水道的傳熱和冷卻過程,根據強化傳熱機制,提出了增加強化傳熱冷卻面積的量化傳熱強度指標。 （1）提出了一種基于表面粗糙強化傳熱的鋼質注塑模具隨形冷卻系統的優化設計方法。 （2）研究了隨形冷卻水道偏移分型制造方法的工藝過程,理論分析了分型制造模具型腔的強度以及成本和生產效率平衡問題,并通過其可加工性問題和密封性能的研究,證明了在傳統鋼制模具上制造出隨形冷卻水道的可行性。 （3）研究了特征功能映射原理進行檢具設計的方法,克服了傳統檢具設計中的效率低、技術不規范、周期長等問題。 在注塑模具的眾多結構中,冷卻系統作為注塑模具中的關鍵技術之一,在控制模具溫度方面起著至關重要的作用。冷卻系統可以將熔融塑料固化成形過程中釋放的大部分熱量帶走,能達到快速成形制品、均勻冷卻、預防殘余應力和不均勻收縮引起的翹曲變形、縮短成形周期的目的。冷卻系統的設計是否合理有效,既能影響到產品的外觀、質量和尺寸,還密切關系到產品的生產效率。 檢具作為在生產制造企業進行測量和監控產品各種尺寸的快捷簡便性工具,在檢測零件的孔徑尺寸、位置度、輪廓度、間隙和面差等方面,具有操作方便、穩定耐用、數據直觀的特點,廣泛應用于汽車制造行業。我國汽車制造業現代檢具的應用伴隨著合資企業的發展逐步推廣,目前已形成了完整的汽車檢具產業鏈。 該技術已經比較成熟,不存在安全性問題,主要應用于機械、汽車、電子、家用電器等行業。目前在注塑模具的隨形冷卻方面主要是利用3D打印技術來實現,但相比傳統鋼質模具而言,利用3D打印技術制造的模具仍然存在后續加工復雜、制造成本高、強度低、壽命短、只能適用于新產品試制和小批量生產等不足。利用本項目開發的技術,一方面可使制品的成型效率提高約30％,翹曲變形量也僅為傳統冷卻水道的60％;另一方面,本項目開發的新型注塑成型及檢測技術與裝備不僅解決了某些模具依賴進口的問題,而且可實現產品的快捷高效低成本檢測,保證了產品的質量。 技術的局限性： （1）基于表面粗糙強化傳熱的隨形冷卻水道的結構形式還不夠豐富; （2）隨形冷卻強化傳熱的參數化設計的數據庫尚未建立; （3）創新型的模具及檢具結構和技術的通用性還不足; （4）成果雖然取得了很好的效果,但推廣力度不夠大。 無