注射模具随形冷却研究现状

1  理论现状在 1997 年的 SFF 年会上，美国麻省理工学院的 Sachs 教授最早提出了注射模具 的随形冷却技术，并将其称为 3DP 技术投入实际运用的一大进展。

1998 年英国的 Jacobs 通过实验发现使用电铸铜镍合金材料制造出的随形冷却注 射模具生产效率较使用传统冷却管道的模具高 70%左右。Dalgarno 等人使用其他的 快速制造方法制造出使用随形冷却管道的模具，也得到了相同的结论。82596

2000 年，美国麻省理工学院的 Xu 等人对注射模具的冷却管道设计进行了详细的 研究，并提出了六个设计原则：随形冷却条件规则、冷却液压降规则、冷却液温度均 匀性规则、塑料制件冷却规则、冷却均匀规则和模具变形及强度规则。相比使用传统 冷却管道的注射模具，他们设计的注射模具缩短了注射件制造周期的 20%，并减少了 注射件变形的 15%。

2000 年，香港城市大学的 Li 等人对注射模具随形冷却管道设计进行初步的研究， 主要分析了冷却水管道的重要性，并提出了适用于注射模冷却水管道的“基于特征算 法”，提出了随形冷却管道相比于传统冷却管道具有制造周期短，质量较高的特点。 并在 2004 年从制造性和功能方面完善了“基于特征算法”。并建立了相应的“路径搜索 算法”。

2004 年，新加坡的 Lam 等人从冷却管道的设计和工艺参数方面分析，结合了遗 传算法以及 CAE 技术，建立了注射模具冷却管道的优化设计系统。该系统克服了先 前仅能从冷却水管设计或工艺参数方面改进随形冷却管道设计的特点，大大提高了注 射模具随形冷却管道的冷却性能。

2005 年，华中科技大学的史玉升等人基于国内注射模直线冷却设计成果和国外 的注射模随形冷却的建立规则，提出了注射模和注射件的均匀设计方案，缩短了周期， 降低了变形率[5]。

2  加工制造现状

虽然随形冷却管道冷却效果好，可以缩短制件生产周期、减少翘曲、提高生产加 工效率，但是由于采用了复杂的冷却管道设计，使用传统的机加工无法进行加工制造。 如何低成本、快速的制造出高性能的随形冷却通道就显得尤为重要。为此国内外的研

究人员相继开发了大量的制造技术。

2。1  机加工镶拼结构制造技术

传统的模具的冷却管道通过钻床的直钻加工而成，当注射模具的冷却管道设计成 随形冷却管道时，使用传统的直钻就无法加工出来。但是如果将模具分块，并将每一 块分别通过钻床加工出对应的部分，并进行相应的铣削加工，最后使用相应的技术镶 拼结合[6]，得到我们想要的整套模具。

使用这种加工制造出的模具在一定程度上提高了加工效率和质量，但是模具的加 工成本高，加工周期长。而且如果没有有效的防渗漏措施，冷却液很容易便发生渗漏 现象，严重降低了模具的使用寿命。

2。2  快速模具制造（rapid prototyping，RP）技术

RP 技术，即快速模具制造技术在随形冷却管道制造中有以下几个优点：

（1）制造过程中脱离了形状的限制，不需要夹具。

（2）理论上来说任何受热后可以粘结的粉末都可以用来制造所需的模具，因而 原料来源广泛。

（3）可以使用快速制造原型来代替实物进行模拟，减少了由于失误而带来的修 模、返工甚至作废的风险。

（4）具有低能耗、低污染的优点。 按照工艺特点来分，快速模具制造技术又可以分为直接制模法和间接制模法。按

照材料材料是否完全熔融又可以分为两类：一类以选择性激光烧结技术为代表，利用 高能束将低熔点的粉末融化并粘结高熔点金属粉末，层层堆积实现制造。另一类以激 光近净成型为代表，在制造过程中将粉末完全融化并发生冶金反应，之后冷却层层堆 积。