保形冷却水管设计指南

这篇文章最初发表于模具技术加工杂志。

塑料注塑模具的适形冷却是最近的一个热门话题，因为它可以减少高达30%的冷却周期时间，提供了显著的成本节约。现在，一些模具制造商表示，他们多达40%的业务涉及成型冷却的模具组件。

随着增材制造技术的进步，与传统的机加工型芯相比，共模冷却型芯现在经常以更划算的方式印刷和完成。这些磁芯的寿命与传统加工的磁芯相当，但可以在几天内替换，而不是几周。

那么，设计一个好的保形冷却水系这将提供最短的冷却时间，同时保持零件质量?记住传热的基本原理是一个很好的起点:

水管直径。最常用的钻孔水线的直径是⁷/₁₆英寸。任何更大的可能会使它难以接近模具表面，而避免模具组件，任何更小的可能会导致钻头漂移。虽然增材制造允许我们绕过钻井的限制，但使用经过验证的水线直径是保形冷却的安全选择，最大限度地减少了与这种方法相关的不确定性。

横截面积。如果每条水线都钻孔⁷/₁₆-英寸钻，钻直径的横截面积保持不变。虽然共形水线可以由不同的形状构成，但无论形状如何，保持横截面积的一致是一个重要的原则。这确保了流经水管的水量是恒定的。

到模具表面的距离。虽然不是硬性规定，一些商店保持水线距离模具表面一个直径，而其他商店可能更喜欢两直径的距离。对于大多数共形直线，这个距离将由部分几何决定。与此同时，重要的是要尽一切努力保持距离不变。这将有助于保持整个零件的均匀热分布，并减少零件翘曲。

水线长度。在常规钻取的管线中，水管线应该尽可能短，因为如果没有将碎片抽到井中，钻头可能会松动和断裂。虽然设计长的共形水线很容易，但保持这些线短是有很好的理由的:水在整个部分进出得越快，热量分布就越均匀。

横截面面积。因为多个短线路可以达到更多的斑点,携带热量更均匀,一些保形冷却线设计为毛细血管,也就是说,一个大水线,分裂成多个小水管,短距离和快速进入另一个更大的线会撤离。这里的一般指导方针是，横截面积的总和应等于进口和出口的横截面积。这确保了水的均匀流动，进一步降低了翘曲的风险。

保形与传统

图1显示了并排的两条水线设计。左边是带有挡板的常规钻孔水线，右边是共形水线(仅显示岩心一侧)。(为了便于参考，该部件几乎有8英寸宽，2.5英寸深。)常规水线冷却总时间为50.89秒，保形冷却总时间为44.97秒。这将减少12%的循环时间。

图2显示了一个泪滴形状，在其中的墙壁是在一个角度匹配的部分草案。进口和出口管道是标准的⁷/₁₆-英寸直径，因此可以使用典型的¼英寸NPT连接器。如前所述，重要的是保持横截面积的一致，因此泪滴形状的横截面积与a的面积相匹配⁷/₁₆英寸直径。这确保了一个均匀的体积的水通过电路。

你也可以避免任何尖角，这是一个很大的帮助打印核心。此外，水线的形状使得顶部半径非常小，这也有利于更好的打印效果。

在保持一个一致的横截面面积的同时，在这个例子中的水滴形状有一个更长的横截面周长，提供了更多的表面面积的水平线，以吸引热量从模具。一个⁷/₁₆-英寸的圆线周长为1.374英寸，而相同面积的泪滴线周长为1.574英寸。

保持水管短对于保持均匀的热分布和防止零件翘曲是很重要的。传统的直线超过75英寸长，而正形直线，包括所有的弯曲和转弯，直线距离仅超过38英寸。这意味着共形水位线的长度只有常规水位线的一半，但其结果是比常规水位线短12%的冷却周期时间。

显然，水量是减少冷却周期时间的主要因素。音量越大越好。另一个因素是水的湍流。虽然3D打印的核心本身会产生一些湍流，由于未抛光的内部表面的水线，甚至更多的湍流可以产生扭曲的水线。例如，图3显示了与图1右侧相同的共形水线，但顶部回路增加了四个旋转。

虽然这种扭曲对于圆形的水平线毫无用处，但对于星形、泪滴形和加号等形状却很有用。一个更复杂的形状可以创造一个更大的周长，所以更多的表面积可以用来吸收热量，而增加一个扭曲会增加更多的湍流。

但是，你应该避免在水面上形成一个宽而平的水面。对于3D打印来说，大的平顶可能是个问题(尽管一些新的打印机更擅长处理这些平顶)。

虽然这些指导方针并不打算涵盖成功共形冷却所需的一切，但它们可以作为一个很好的起点。虽然适形冷却对我们许多人来说可能是新的，但它仍然需要对模具制作的基础有充分的了解。事实上，同样的原则指导我们创建良好的常规水管道，为高效和有效的共形冷却管道的设计提供了基础。