隨形水路在《UG模具設計》課程教學中的設計與3D打印研究

湯小東

摘要：隨形冷卻技術已經成為了注塑模具冷卻系統(tǒng)研究的熱點，在《UG模具設計》課程教學中，以儲物盒型芯為研究對象，探討了在NX8.5中儲物盒型芯隨形水路的設計要點，同時介紹了儲物盒型芯的3D打印技術，為高職院校模具專業(yè)教學提供參考。

關鍵詞：隨形冷卻；隨形水路；儲物盒型芯；3D打印

0引言

3D打印技術是一種新型的快速成型技術，被譽為“第三次工業(yè)革命標志性的生產工具”，并稱之為“未來制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢”。隨著3D打印技術的發(fā)展，隨形冷卻技術研究已經成為塑料模具冷卻系統(tǒng)開發(fā)的熱點，本文主要探討了儲物盒型芯的隨形冷卻水路在《UG模具設計》中的設計要點，同時介紹了相關的3D打印技術概念；

3D打印技術又稱為“增材制造”（Additive Manufacturing）技術；它是一種基于計算機輔助設計的、主要采用逐層疊加制造方式將材料緊密結合在一起的工藝方法。

在塑料模具設計中，傳統(tǒng)冷卻水路（Traditional Cooling Channel）管道的形狀呈現(xiàn)直線狀態(tài)，當塑件上有不規(guī)則的曲面時候TCC冷卻效果就顯得一般；注塑模具的隨形冷卻水路（Conformal Cooling Channel）不在呈現(xiàn)直線狀，它的水道的形狀隨著制品的外形而發(fā)生變化，因此，它能夠較好低解決冷卻水道與注塑模具型腔表面距離一致的問題，從而使得住塑料制品得到很好冷卻，縮短生產周期，提高生產效率，同時減少塑件的翹曲變形，穩(wěn)定塑件尺寸，提高塑件質量。

1儲物盒型芯隨形水路設計

《UG模具設計》課程中使用NX8.5作為設計軟件，儲物盒如圖1所示，本文中主要介紹儲物盒型芯的隨形水路設計要點，圖2所示為儲物盒型芯；

儲物盒型芯冷卻主要是前后兩個大面，設計兩個隨形冷卻水路，水路的管道直接大約3-5mm，管道中心到型芯表面的距離約為管道直徑的3-4倍，具體的設計步驟如下：

（一）在絕對坐標系垂直面中構建水路基本曲線，如圖3所示；

（三）把投影曲線鏈沿著-Y方向平移18mm，構建效果圖5所示；

（四）另外一邊斜面也用同樣方法構建隨形水路基本曲線，并構建進出水口水路曲線，效果如圖6所示；

（五）構建水路曲線管道，底部曲線管道直徑為8mm，上部隨形水路管道直徑為5mm，效果如圖7所示；

（六）為3D打印修改型芯底座，效果如圖8所示；

2儲物盒型芯3D打印

2.1 3D打印工作原理

金屬3D打印常采用選擇性激光熔化（Selective Laser Melting，SLM）方法，其原理如圖9所示，加工采用分層制造技術即逐層熔化堆積的方法，逐步堆積成一個冶金結合、組織致密的金屬實體，在每一層中，系統(tǒng)在切面和零件實體相交的輪廓內生成激光熔化路徑以對金屬粉末進行熔化成型，激光不熔化粉床區(qū)域外的金屬粉末，當一個層面熔化成型后，工作臺下降粉末一個截層的高度，大約在0.1毫米內，此時敷料輥又在成形的上表面鋪上一層均勻密實的粉末，重復進行掃描熔化成型、直到完成整個零件的造型。

2.2儲物盒型芯3D打印說明

儲物盒型芯型芯主要有兩個部分組成，分別為型芯3D打印部分和型芯底座部分，如圖10所示，型芯3D打印部分通過SLM方法在型芯底座上進行3D打印，用SLM工藝制造注塑模具零件不受模具冷卻水路復雜程度的限制，這樣設計者就可以根據制品的具體幾何形狀設計冷卻效果合理的隨形冷卻水路，本質上SLM工藝加工模具的隨形水路就是加工復雜的零件內型內腔。

3結語

注塑模具冷卻水路的隨形冷卻技術研究已經成為塑料模具冷卻系統(tǒng)開發(fā)的熱點，文中以儲物盒為研究對象詳細描述了在NX8.5中儲物盒型芯隨形水路的設計步驟和要點，并簡單介紹了3D打印技術中的選擇性激光熔化（SelectiveLaser Melting，SLM）基本原理和儲物盒型芯3D打印零件部分構成。隨著3D打印技術的日益成熟和其成本不斷減低，3D打印技術將在注塑模具冷卻系統(tǒng)的隨形水路制造領域得到更加廣泛的應用和推廣。