模具制作企業在進行3D打印随形冷卻水路設計時,應對注塑模具制造有系統的了解。傳統的模具冷卻水路設計原則中有很多值得借鑒的經驗,這些經驗是有效設計3D打印随形冷卻水路的基礎。雖然不是成功3D打印随形冷卻水路所需要關注的全部規則,但是非常實用。
1、水路的直徑
使用鑽孔方式制造的傳統冷卻水路,常用的直徑為7/16英寸(約11.11mm)。通過這種方式制造的冷卻水路,如果直徑過大,将可能導緻水路難以接近模具表面,同時避開模具部件。如果直徑過小,在水路加工時可能會發生鑽頭漂移。雖然,增材制造技術規避了鑽孔方式的一些局限性,但是在設計水路時,仍需将直徑設定在經過實踐驗證的常用尺寸範圍内,從而降低這種技術的不确定性。
2、橫截面面積
在通過鑽孔方式加工冷卻水路時,水路的橫截面積始終是保持不變的。盡管通過3D打印技術可以制造出一條擁有多種不同形狀的水路,但是,在設計3D打印随形冷卻水路時,應保持水路的橫截面積不變,從而保證恒定體積的冷卻液體通過水路。
3、與模具表面的距離
對于冷卻水路與模具表面的距離,并沒有一個固定的規定,例如,有的企業在設計時保留的距離恰好等于水路直徑的距離,而有的企業保留的距離為水路直徑的2倍。
對于大多數随形冷卻水路來說,與模具表面的距離取決于零件的幾何形狀。在設計與模具表面的距離時,有一個需要遵守的原則是,使随形水路與模具表面始終保持相同的距離,從而達到均勻的冷卻效果。
4、冷卻水路的長度
在使用鑽孔方式加工冷卻水路時,如果鑽孔時産生的碎屑未被排空,則可能發生鑽頭漂移或損壞。在這種情況下,人們會選擇将冷卻水路設計得盡量短一些。
盡管通過3D打印技術制造随形冷卻水路,不存在刀具損壞等問題,但是,在設計時仍不建議将水路設計得過長。這是由于冷卻水在較短的冷卻水路中可以更為迅速地進出,使熱分布更為均勻。
5、截面積的另一個規則
由于多條短的冷卻水路能夠更加均勻地進行冷卻,所以,有的随形冷卻水路是按照毛細管的思路來設計的,即:一條大的冷卻水路被分為多條小而短的水路,然後再彙入一條大的水路。在這種情況下,多條小水路的橫截面積總和應等于大水路入口和出口的橫截面積,從而确保水的均勻流動,進一步降低翹曲的風險。
6、旋轉結構
模具冷卻水路中的水量是影響模具冷卻時間的因素,水量越大冷卻循環時間越短。另一個影響因素是水湍流。雖然3D打印随形冷卻水路的内表面由于沒有經過抛光,所以會産生一些湍流,但是如果在設計時增加旋轉結構,則可以産生更多的湍流。
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