CN214623657U - 一种随形冷却模具验证系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种随形冷却模具验证系统，包括前侧板可开合的密封箱，密封箱内设置有相互配合的下试验块和上试验块，下试验块与试验产品的下表面形状一致，上试验块与试验产品的上表面形状一致，且下试验块的上表面与下表面形状一致，上试验块的上表面与下表面形状一致，上试验块和下试验块的厚度一致，下试验块的下表面和上试验块的上表面设置有可拆卸的冷却水道，且冷却水道与密封箱外的冷却水路连通，上试验块和下试验块穿插有温度测量探头，且温度测量探头与上试验块的下表面或下试验块的上表面平齐；本发明的目的是提供一种随形冷却模具验证系统，能够对模具的水路进行验证，通过温度的变化情况来确定水道的数量及间距是否最为最佳。
Description
技术领域
本发明涉及模具加工领域，尤其涉及一种随形冷却模具验证系统。
背景技术
模具被称为工业之母，超过90%的工业品由模具制造而来，模具温度直接影响着注塑制品的质量和生产效率，它主要通过模具的冷却系统来进行适当的控制和调节，传统模具内部的冷却水路是通过交叉钻孔产生内部网络，并通过内置流体插头来调整流速和方向，引导冷却材料的通道通常是直的，在模制部件中产生较慢和不均匀的冷却效果，随着制造水平的不断提高，对模具的设计与制造技术也提出了更多的挑战，设计出生产效率更高和产品质量更好的模具已经是模具设计工作者不得不亟待解决的问题，对模具而言，随形冷却成了解决这一问题的首选方案，其是指冷却水路随模腔表面几何形状变化而变化，原理是在一个统一连续的方式下快速降低塑料件温度，直至冷却充分，然后从模具中取出注塑件。
然而现有的随形冷却模具仅仅是简单的设计一些与模腔表面相似的水路实现随形冷却，然后进行简单的模拟验证，即确定模具的水路规划，无法确定水路是否真正最为合理。
发明内容
本发明的目的是提供一种随形冷却模具验证系统，能够对模具的水路进行验证，通过温度的变化情况来确定水道的数量及间距是否最为最佳。
为了实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种随形冷却模具验证系统，包括前侧板可开合的密封箱，所述的密封箱内设置有相互配合的下试验块和上试验块，所述的下试验块与试验产品的下表面形状一致，上试验块与试验产品的上表面形状一致，且下试验块的上表面与下表面形状一致，上试验块的上表面与下表面形状一致，上试验块和下试验块的厚度一致，所述的下试验块的下表面和上试验块的上表面设置有可拆卸的冷却水道，且冷却水道与密封箱外的冷却水路连通，所述的上试验块和下试验块穿插有温度测量探头，且温度测量探头与上试验块的下表面或下试验块的上表面平齐。
优选的，所述的密封箱的下部设置有与下试验块配合的下升降气缸，所述的密封箱的上表面设置有与上试验块配合的上升降气缸。
优选的，所述的冷却水道包括冷却水管，所述的冷却水管套接有水管卡箍，所述的水管卡箍与上试验块或下试验块配合的部位为磁铁块，且磁铁块部分插入到上试验块或下试验块内。
优选的，所述的冷却水管包括被水管卡箍套接的外水管，所述的外水管内套接有可抽出的内水管。
应用上述随形冷却模具验证系统的模具制造方法，包括如下步骤：
步骤一：根据模具的模腔设计随形水道；
步骤二：以传热学理论为基础，结合传统模具冷却相关理论建立随形水道传热学模型；
步骤三：采用Moldex 3D进行数值模拟研究，通过模拟结果来分析评估水路能够实现预期的冷却效果，对于模拟结果进行合格与否进行判断，模面最高温度小于250摄氏度，平均温度小于150摄氏度，温度标准差小于30摄氏度为评判依据，对于判定为不合格的随形水路不进行记录，对于合格的随形水路进行记录进行优化，进行重复的模拟优化，优化的趋势为魔免最高温度、平均温度及温度标准差趋向于最小值，直至500次优化循环后趋于同一值，停止优化，最终获得最优水道分布；
步骤四：将步骤三得到的最优水道分布和接近最优的水道分布布置到随形冷却模具验证系统，经过随形冷却模具验证系统验证冷却效果并进行比较，选出冷却效果最佳的水道分布；
步骤五：将步骤四得到具有最佳水道分布的模具进行三维建模，然后导入到SLM3D打印机中完成模具的成型。
优选的，步骤三中的优化目标包括但不限于相邻水道之间的间距、水道的数量和水道的直径。
附图说明
图1为一种随形冷却模具验证系统的结构示意图；
图2为上下试验块结合的结构示意图；
图3为冷却水道的结构示意图；
图4为一种模具制造方法的流程图；
图5为模拟优化的流程图。
图中所示文字标注表示为：1、密封箱；2、下升降气缸；3、上升降气缸；4、下试验块；5、上试验块；6、试验产品；7、冷却水道；8、温度测量探头；9、外水管；10、内水管；11、水管卡箍；12、磁铁块。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
如图1-2所示，本发明的具体结构为：一种随形冷却模具验证系统，包括前侧板可开合的密封箱1，所述的密封箱1内设置有相互配合的下试验块4和上试验块5，所述的下试验块4与试验产品6的下表面形状一致，上试验块5与试验产品6的上表面形状一致，且下试验块4的上表面与下表面形状一致，上试验块5的上表面与下表面形状一致，上试验块5和下试验块4的厚度一致，所述的下试验块4的下表面和上试验块5的上表面设置有可拆卸的冷却水道7，且冷却水道7与密封箱外的冷却水路连通，所述的上试验块5和下试验块4穿插有温度测量探头8，且温度测量探头8与上试验块5的下表面或下试验块4的上表面平齐。
具体操作如下：先将冷却水道7按照所设计的情况布置在上试验块5和下试验块4上，之后将加热到合适温度（800-1000摄氏度之间的值）的试验产品6放入到下试验块4上，然后再将上试验块5放上下试验块4上，温度测量探头8测量到起始温度，之后再通过密封箱1外部的水路系统往冷却水道7中通入冷却水，观察温度测量探头8的数值变化，进而可以反应试验产品6的温度随时间的变化，进而验证所设计的模具的冷却效果，如此可以避免模拟错误导致的模具冷却效果不理想的情况发生，避免制作出冷却不理想的模具造成较大的成本损失。
如图1所示，所述的密封箱1的下部设置有与下试验块4配合的下升降气缸2，所述的密封箱1的上表面设置有与上试验块5配合的上升降气缸。
上下升降气缸的设计，可以更好的实现上下试验块的分离。
如图3所示，所述的冷却水道7包括冷却水管，所述的冷却水管套接有水管卡箍11，所述的水管卡箍11与上试验块5或下试验块4配合的部位为磁铁块12，且磁铁块12部分插入到上试验块5或下试验块4内。
采用水管卡箍11对冷却水管进行安装，并且铜鼓磁铁快12插入的方式实现磁性吸附安装，如此可以方便冷却水管的拆卸，进而方便冷却水道的布置变化。
如图3所示，所述的冷却水管包括被水管卡箍11套接的外水管9，所述的外水管9内套接有可抽出的内水管10。
将冷却水管采用外水管9套内水管10的模式，也可以只使用外水管，或者使用不同内径的内水管，进而可以实现冷却水管有效内径的调整。
如图4-5所示，应用上述随形冷却模具验证系统的模具制造方法，包括如下步骤：
步骤一：根据模具的模腔设计随形水道；
步骤二：以传热学理论为基础，结合传统模具冷却相关理论建立随形水道传热学模型；
步骤三：采用Moldex 3D进行数值模拟研究，通过模拟结果来分析评估水路能够实现预期的冷却效果，对于模拟结果进行合格与否进行判断，模面最高温度小于250摄氏度，平均温度小于150摄氏度，温度标准差小于30摄氏度为评判依据，对于判定为不合格的随形水路不进行记录，对于合格的随形水路进行记录进行优化，进行重复的模拟优化，优化的趋势为魔免最高温度、平均温度及温度标准差趋向于最小值，直至500次优化循环后趋于同一值，停止优化，最终获得最优水道分布；
步骤四：将步骤三得到的最优水道分布和接近最优的水道分布布置到随形冷却模具验证系统，经过随形冷却模具验证系统验证冷却效果并进行比较，选出冷却效果最佳的水道分布；
步骤五：将步骤四得到具有最佳水道分布的模具进行三维建模，然后导入到SLM3D打印机中完成模具的成型。
步骤三中的优化目标包括但不限于相邻水道之间的间距、水道的数量和水道的直径。
创建了随形水道传热学模型，并且采用Moldex 3D进行数值模拟研究，通过模拟结果来分析评估，并且进行拓扑优化，然后再对拓扑优化的结果进行验证，之后再进行SLM3D打印成型，结合了软件和计算机模拟及试验验证的方式进行模具的制造，能够对制造成型后的模具冷却性能作出保障，避免设计的模具冷却效果不理想制作出来后报废，造成较大的成本损失。
如图5所示，在步骤三中，对于模拟结果进行合格与否进行判断，模面最高温度小于250摄氏度，平均温度小于150摄氏度，温度标准差小于30摄氏度为评判依据；对于判定为不合格的随形水路不进行记录，对于合格的随形水路进行记录进行优化，进行重复的模拟优化，优化的趋势为魔免最高温度、平均温度及温度标准差趋向于最小值，直至500次优化循环后趋于同一值，停止优化；步骤三中的优化目标包括但不限于相邻水道之间的间距、水道的数量和水道的直径。
在具体优化过程中，选取水道的数量、水道的直径、相邻水道之间的间距和水道的倾斜度作为拓扑优化目标，如起始设定水道的数量为10根，水道的直径为3cm，相邻水道的间距为10cm等，进行一次模拟后，调整其中一个目标，进行再次优化，如调整为水道数量11根，其他的情况不变，或者是直径以1mm的量进行变化，其他情况不变，如此进行重复优化模拟，直至继续500次优化后的模拟分析结果一直保持同一个值，那么就表示为最优的水道设计，之后再进行试验验证。
步骤五，SLM3D成型过程中，每次完成一层激光熔覆后都需要对水道部分进行清理，SLM3D打印是逐层打印，每层打印的厚度一般在2-5mm，通过铺设进行粉末层，然后控制激光熔覆头的行走路径，即可实现逐层3D打印，在完成打印一层打印后，对水道部分进行清理打磨，避免打印后的水道部分出现堵塞。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种随形冷却模具验证系统，其特征在于，包括前侧板可开合的密封箱（1），所述的密封箱（1）内设置有相互配合的下试验块（4）和上试验块（5），所述的下试验块（4）与试验产品（6）的下表面形状一致，上试验块（5）与试验产品（6）的上表面形状一致，且下试验块（4）的上表面与下表面形状一致，上试验块（5）的上表面与下表面形状一致，上试验块（5）和下试验块（4）的厚度一致，所述的下试验块（4）的下表面和上试验块（5）的上表面设置有可拆卸的冷却水道（7），且冷却水道（7）与密封箱外的冷却水路连通，所述的上试验块（5）和下试验块（4）穿插有温度测量探头（8），且温度测量探头（8）与上试验块（5）的下表面或下试验块（4）的上表面平齐。
2.根据权利要求1所述的一种随形冷却模具验证系统，其特征在于，所述的密封箱（1）的下部设置有与下试验块（4）配合的下升降气缸（2），所述的密封箱（1）的上表面设置有与上试验块（5）配合的上升降气缸。
3.根据权利要求2所述的一种随形冷却模具验证系统，其特征在于，所述的冷却水道（7）包括冷却水管，所述的冷却水管套接有水管卡箍（11），所述的水管卡箍（11）与上试验块（5）或下试验块（4）配合的部位为磁铁块（12），且磁铁块（12）部分插入到上试验块（5）或下试验块（4）内。
4.根据权利要求3所述的一种随形冷却模具验证系统，其特征在于，所述的冷却水管包括被水管卡箍（11）套接的外水管（9），所述的外水管（9）内套接有可抽出的内水管（10）。
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