前言：寻找写作灵感？中文期刊网用心挑选的随形水道模具设计及制造流程，希望能为您的阅读和创作带来灵感，欢迎大家阅读并分享。
摘要：提出了一种随形水道的结构形式；对随形水道的设计计算和模具总体结构设计过程，以及模具的制造流程进行了研究，确定了随形水道模具的设计制造规则。使具有随形水道的模具能更加普遍地运用，从而使制品的精度得到提高，也使大型、薄壁的制品成型成为可能。
关键词：随形水道；设计与制造；流程规范
在利用模具成型制品的过程中，对制品温度控制从而保持制品冷却均匀非常重要。处于凝固过程当中的制品冷却温度的差异，将导致之后的制品变形、粗糙，影响制品的尺寸精度和外观。因此，为了获得更高质量的制品，设计和制造更加有效控制制品温度均匀的模具水道是一项重要的课题。传统的水道由于受设计方法、特别是制造方法的制约，一般都是直通式管道，采用深孔钻进行钻削得到，这使水道与模具型腔壁的距离不能完全一致吻合，影响了型腔内制品的均匀冷却。目前，有采用与模具型腔距离趋于一致的随形水道对模具型腔进行温度控制的设计与制造技术提出：有采用真空扩散焊将两个空间水道的组件焊合，形成随形水道的方法；有采用3D打印三维水道腹模砂型，再浇注合金材料制造随形水道模具的方法；也有采用直接将三维水道打印出的直接制模法[1]。在长期的实践生产中，笔者等人采用一种埋管式的三维水道模具，并形成了相应的设计与制造规范性流程。
1埋管式随形水道结构
本方法所采用方案的水道由模具型腔板和一块支撑垫板及软铜管、石棉等隔热填塞物构成，如图1所示，软铜管依据型腔板上加工好的槽布置，这些槽的底部与型腔壁距离基本一致，将软铜管布置到槽底部后，再以石棉等隔热材料填充槽剩余空间，最后以垫板将其固定。水道的形状与型腔的形状趋于一致。在材料填充型腔的时段内注入高温液体，使材料保持足够的流动性；材料充满型腔后，再以低温液体对材料冷却。因水道与型腔的距离完全一致，材料凝固过程均匀，不致产生应力变形，保障能够得到完整的尺寸精度极高的产品。本方法所设置的软铜管水道形状和型腔壁的形状完全偏离一个固定的距离，形状完全相似。型腔的形状越复杂，可在型腔的底面加工更多的槽，埋置更多的软铜管水道。软铜管在市面上很容易获得，且具有很好的导热性能。采用这种方法制造的模具，成本低，更可用于高精度、表面要求高的大型薄壁塑料件和压铸件制作，有很高的推广、应用价值。
2水道设计研究
传统的水道设计是在模具总体设计之后进行，传统直线形水道本身制约了型腔热量传递的均匀一致性。随形水道设计可以通过精确的计算、设计并评估水道的热传递效果，以达到温度均匀提高制品质量的目的。
2.1水道热平衡计算
当模具达到稳定工作状态时，成型熔体固化过程释放的热量只有少部分由模具传输出去，而有超过95%的热量是通过水道中的介质排出的。因此，在进行注塑成型过程的热平衡计算时，可以简单的认为单位时间内熔体固化放出的热量等于介质带走的热量。
2.2介质流量计算
2.3介质流动速率计算
2.4水道长度计算
水道长度应该保持在一定的范围内。增加水道长度将增大热传导表面积，有利于吸收塑件对模具的热量；但是过长的水道可能导致介质压力降过大，介质入口和出口处温度差异过大。为了保证冷却效果又能避免这类问题发生，可采取将较短的水道进行串联和将过长水道分成几段的设计方法。
2.5水道直径设计
水道直径的大小对冷却效果具有一定影响。一般而言，相比采用单根粗的水道，采用多根细的水道冷却效果更好；但是水道直径不可太小，否则容易堵塞而影响冷却效果。直径较大的水道需要提供更高的压力以保证介质的流动速度和流动状态。根据设计经验，结合水道加工实际，水道的直径d一般选择为8mm、10mm、12mm3种。
2.6水道位置参数设计
水道的位置参数包括水道间距和水道与型腔表面距离。水道间距对冷却效果的影响主要表现为：过大的水道间距导致型腔表面温度波动过大，冷却不均；过小的水道间距则引起制品的骤冷，降低产品质量，而且也会降低模具强度。水道距型腔表面的距离对冷却效果的影响表现为：距离过大将降低传热效率。在冷却系统设计过程中，倾向于把水道安排在距型腔壁较近处，且使水道间距较小，以保证熔体的热量尽快被冷却水带走。但应综合考虑模具材料强度和刚度的限制及水道尺寸、形状与型腔内压力等因素，以防止模具水孔与型腔壁间距离过近，出现变形、压塌现象。
3随形水道模具制造方法研究
随形水道的设计在模具的总体设计之后进行。设计时可同时结合考虑顶杆位置、滑块等的布置，根据不同结构形式的随形水道的特点灵活运用。在模具制造过程中，传统的直线形水道一般是模具整体制造好后，采用深孔钻进行。而随形水道模具应在型芯或型腔的基准面加工好后采用数控加工进行：数控程序的编制可将型芯或型腔的表面进行一个偏置，偏置距离为水道到型芯或型腔的距离；再以规划好的水道路径为刀具的走刀路线，刀具可选择比水道直接略大1～3mm的球头刀。加工好后再进行模具型芯、型腔等的加工，也就是说，随形水道模具的水道加工是第一步的[3]。图2为随形水道模具技术流程图。
4结束语
随形水道模具自美国麻省理工学院（MassachusettsInstituteofTechnology，MIT）的Sachs教授于1994年提出以来，目前在实际应用中还未得到普及。采用管道式随形水道的设计方法及制造，能极大地降低随形水道的制造难度和模具成本，提高产品质量和生产效率。项目组正在研究将本文所述方案用于铝镁压铸成型模具等的加热和冷却，即在压铸充型阶段对模具型腔加热、在冷却阶段通过水道内冷却介质均匀冷却：这必将使大型薄壁类制品的高质量、高效率生产成为可能。
参考文献：
[1]鲁中良，史玉升，刘锦辉，等.注塑模随形冷却水道设计与制造技术概述[J].中国机械工程，2006（增刊1）：165-170.
[2]楼易.弯曲形冷却水道型芯的设计与探讨[J].浙江科技学院学报，2014，26（1）：15-18.
[3]伍志刚.随形冷却注塑模的设计与制造关键技术研究[D].武汉：华中科技大学，2007.
作者:黎文峰 卢衍锦 刘琼 陈鼎宁 单位:福建工程学院 中国科学院福建物质结构研究所
