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　　【摘要】对于几何形状比较复杂的塑件实现随形冷却是工业生产中的一个难题。以游戏手柄外壳为研究对象，建立了与塑件几何外形相吻合的随形冷却水道，并采用边界元的方法在MoldFlow环境下进行冷却效果分析，并与传统直线型冷却进行对比。*后，提出了采用3D打印与熔模铸造相结合的方法实现随形冷却注射模的快速制造。

　　关键词：随形冷却;边界元;快速制造;注射模

　　1引言

　　在一个注射成型周期中，冷却阶段占整个生产周期的50%~65%，冷却时间的长短决定塑件的生产效率和生产成本。除此之外，冷却效果会影响塑料熔体的充模能力、流动能力、固化速度以及塑件的形状和尺寸精度、外观质量[1]。虽然随形冷却技术早在20世纪后期引入模具行业，但受限于加工技术没有得到广泛推广。当前快速发展的3D打印技术可以实现金属随形冷却注射模的快速制造，但成本比较昂贵而且模具的机械性能及寿命难以保证。本文以游戏手柄外壳为研究对象，建立了与塑件几何外形相吻合的随形冷却水道，在MoldFlow环境下进行模流模拟，分析随形冷却与传统直线型冷却的冷却时间及冷却的均匀性。*后，采用当前比较成熟的3D打印中的粉末烧结技术与熔模铸造技术实现随形冷却注射模的快速制造。

　　2随形冷却水道建立

　　在UG环境下分型得到模具型腔后，建立一系列与模具型腔表面相交的平面，然后将面面相交得到的曲线进行偏置、修剪、桥接作为随形冷却水道的中心线，如图1所示，建立的冷却水道与模具型腔的表面几何形状一致。

　　3数值分析

　　在MoldFlow环境中进行模流分析是通过采用边界元法对模具的温度场进行三维模拟完成的，对于制品在其厚度上方向采用解析解来计算温度分布并通过制品的热流量将二者完全耦合进行迭代求解[2]。同时将模具的温度场与冷却管道中冷却介质的能量方程联立起来求解。在计算过程中，考虑了型芯和型腔在塑件厚度方向的不对称性对塑件温度分布的研究。

　　3.1分析步骤

　　在MoldFlow环境中进行模流分析主要步骤如图2所示。

　　3.2分析结果

　　3.2.1冷却的均匀性(1)回路冷却液温度显示了冷却介质在冷却管道的温度分布状况，及温度变化情况。要求入口到出口温升不应超过2℃～3℃。如果该值超过这个范围，则可能表示模具表面温度范围更宽，存在热点，需要改善冷却的均匀性。如图3所示，随形冷却方案的出入口温差*小，说明随形冷却均匀性更好。(2)塑件各部位由于冷却效果差异，使得各部位的收缩量不同，从而产生翘曲变形。在同一注塑工艺条件下，冷却均匀性越强，塑件的翘曲变形量越小。如图4所示，随形冷却方案的翘曲变形量*小。3.2.2冷却效率零件达到顶出温度的时间是从周期起始时间开始测量，在测量开始，假设材料在其熔体温度下填充到零件中。根据模壁温度，为每个单元计算达到顶出温度所需要的时间[3]。如图5所示，随形冷却方案达到顶出温度所用的时间*少，说明随形冷却方案冷却效率*高。

　　4随形冷却注射模的快速成型

　　在隆源AFS-320成型机上以树脂粉末为原料成型随形冷却注射模的原型如图6所示，该种材质的原型可以通过涂覆等一系列处理工作制成用于铸造的随形冷却注射模的熔模。经过熔模铸造成型随形冷却注射模的毛坯件经过热处理、精加工、装配等工作便可用于实际生产。

　　5结论

　　本文建立了与塑件几何外形相吻合的随形冷却水道，并采用边界元的方法在MoldFlow环境下进行冷却效果分析，通过对比发现，随形冷却相对于传统冷却具有冷却效率高、冷却均匀性高的优点。并提出了一种将3D打印技术与熔模铸造相结合的方法来成型随形冷却注射模，解决了采用传统加工难以实现随形冷却注射模难以成型的问题。

　　参考文献

　　[1]中国机械工程学会.中国模具设计大典**卷(现代模具设计基础)[M].江西：江西科学技术出版社，2003.

　　[2]单岩.Moldflow模具分析技术基础与应用实例[M].北京：清华大学出版社，2012.

　　[3]王文广，田宝善，田雁晨.塑料注射模具设计技巧与实例[M].北京：化学工业出版社，2007.

　　[4]王桂珍,王胜凯.基于MoldFlow的电话听筒注塑模具优化设计[J].现代制造技术与装备，2012，(5)

　　作者：李凯 单位：威海威高血液净化制品有限公司

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