基于增材加工的模具異形冷卻給水設(shè)計(jì)

基于增材加工的模具異形冷卻給水設(shè)計(jì)

1打印表面活性劑3d打印也被稱為“增強(qiáng)材料制造”。美國材料與測試協(xié)會（astr）第42條的國際委員會明確規(guī)定，“使用打印材料和其他打印技術(shù)來制造物體的技術(shù)”。2材料表面加工的重要性和形狀冷卻水道的應(yīng)用2.1g,am技術(shù)的原理增材制造（AdditiveManufacturing,AM）技術(shù)是通過CAD設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采用材料逐層累加的方法對實(shí)體試件進(jìn)行制造的技術(shù)，與傳統(tǒng)的切削加工（即減材）技術(shù)相比，這方法為“自下而上”的材料累加制造方法2.2模具異形冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法傳統(tǒng)的塑料模具冷卻水路制造往往通過鉆孔加工，產(chǎn)生直線水路，通過模外流體接頭來調(diào)整方向和流速，此法局限性較強(qiáng)，冷卻水路必須避免干涉到模具機(jī)構(gòu)等因素。水路形狀是有限的，冷卻通道離模具的表面遠(yuǎn)近不一致，使得冷卻效率低，還有盲點(diǎn)處或可能被堵塞的風(fēng)險?，F(xiàn)代模具設(shè)計(jì)中，理想的冷卻系統(tǒng)必須考慮到冷卻水路的布置、型式、冷卻溫度、水管內(nèi)的流率和冷卻時間等因素。更重要的是冷卻水路的位置必須能夠貼近塑件的輪廓以達(dá)到均勻帶走熱量的目的。而異形冷卻水路可以不必受到傳統(tǒng)加工上的限制，模具設(shè)計(jì)可更自由地設(shè)計(jì)出貼近塑件的水路設(shè)計(jì)，也稱隨形水路，其加工方法是增材制造（3D打?。Ｖ饕糜谒芰夏＞吆蛪鸿T模具，如圖1所示。2.3模具異形冷卻系統(tǒng)異形冷卻水路原理：在模具中一個統(tǒng)一連續(xù)的方式下快速地降低塑件的溫度。塑件不能在冷卻過程中從模具中取出，直到冷卻充分，然后，從模具中取出塑件。任何熱點(diǎn)都會延遲塑件的塑料周期，可能會導(dǎo)致脫模后塑件的翹曲和凹陷，并可能損害塑件表面的質(zhì)量。通過這原理快速冷卻是通過冷卻液在模具內(nèi)的通道流過，將塑件的熱量帶走，這種冷卻效果的速度和均勻性是由流體通道以及冷卻流體通過它的速度來決定的。異形冷卻水路的設(shè)計(jì)與分析依賴于CAE模流技術(shù)。強(qiáng)大的三維設(shè)計(jì)能力目前在模具設(shè)計(jì)和3D造型領(lǐng)域得到最廣泛的CAD/CAE軟件，其功能強(qiáng)大的各種插件更是在塑件設(shè)計(jì)階段的各種仿真實(shí)驗(yàn)中得到廣泛的應(yīng)用2.4熔噴非織造材料的零件國內(nèi)外的快速塑料與快速模具制造技術(shù)為異形冷卻水路的制造奠定了較好的基礎(chǔ)SLM技術(shù)是在SLS基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，二者的基本原理類似。SLM技術(shù)需要使金屬粉末完全熔化，直接成型金屬件，因此需要高功率密度激光器激光束開始掃描前，水平鋪粉輥先把金屬粉末平鋪到加工室的基板上，然后激光束將按當(dāng)前層的輪廓信息選擇性地熔化基板上的粉末，加工出當(dāng)前層的輪廓，然后可升降系統(tǒng)下降一個圖層厚度的距離，滾動鋪粉輥再在已加工好的當(dāng)前層上鋪金屬粉末，設(shè)備調(diào)入下一圖層進(jìn)行加工，如此層層加工，直到整個零件加工完畢。整個加工過程在抽真空或通有氣體保護(hù)的加工室中進(jìn)行，以避免金屬在高溫下與其他氣體發(fā)生反應(yīng)。金屬3D打印的選區(qū)激光熔化技術(shù)的優(yōu)勢，采用了較高的激光能量密度和更細(xì)小的光斑直徑，成型件的力學(xué)性能、尺寸精度等均較好，只需簡單后處理即可投入使用，并且成型所用原材料無需特別配制。選區(qū)激光燒結(jié)成型件的致密度、力學(xué)性能較差；電子束熔融成型和激光熔覆制造難以獲得較高尺寸精度的零件；相比之下，選區(qū)激光熔化成型技術(shù)可以獲得冶金結(jié)合、致密組織、高尺寸精度和良好力學(xué)性能的成型件，是近年來快速成型的主要研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢3材料發(fā)展趨勢及多材料制造和數(shù)控機(jī)床材料的綜合加工3.1增材制造加工技術(shù)增材制造無疑是一種非常高效的制造方法，但是零件的幾何尺寸精度和表面光潔度方面效果不太理想，而傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床屬于“減材加工”具有高精度和易于切削加工等優(yōu)點(diǎn)。可見減材制造和增材制造的優(yōu)缺點(diǎn)具有很強(qiáng)的互補(bǔ)關(guān)系。將數(shù)控加工與3D金屬打印有機(jī)集成，以實(shí)現(xiàn)增減材制造工藝的復(fù)合，不僅能夠提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，還能減少生產(chǎn)過程中切削液的使用，保護(hù)環(huán)境，具有廣闊的應(yīng)用前景。增減材復(fù)合加工技術(shù)是一種將零件設(shè)計(jì)、軟件控制以及增材制造與減材制造相結(jié)合的新技術(shù)。借助于計(jì)算機(jī)生產(chǎn)的CAD模型，將其按一定的厚度的分層，從而將零件的三維數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)為有效的二維或三維輪廓幾何信息，層面幾何信息融合沉積參數(shù)和機(jī)加工參數(shù)生成增材制造加工路徑數(shù)控代碼，最終成型三維實(shí)體零件。然后針對成型的三維實(shí)體零件進(jìn)行測量與特征提取，并與CAD模型進(jìn)行對照尋找誤差區(qū)域后，基于減材制造，對零件進(jìn)行進(jìn)一步加工修正，直到滿足零件設(shè)計(jì)要求3.2機(jī)床復(fù)合加工目前增減材復(fù)合加工大致有以下3種(1）基于激光熔覆與數(shù)控加工復(fù)合制造。激光熔覆是以不同的填料方式在堆積的基體表面填充加工材料，由激光聚焦照射使材料與基體表面同時融化，并迅速凝固，通過一層一層沉積在基體上，進(jìn)而成型。通過激光熔覆技術(shù)生成零件毛坯，再經(jīng)過機(jī)加工處理，提高精度，完成增減材復(fù)合制造。DMGMORI公司推出的LASERTEC65型激光熔覆加工機(jī)床以DMU65型monoBLOCK單體機(jī)床為基礎(chǔ)，將結(jié)構(gòu)高度緊湊的5軸銑削加工和激光熔覆加工技術(shù)結(jié)合在一起。常見的金屬粉末都可以在這臺機(jī)床加工處理，包括鋼、鎳和鈷合金、黃銅和鈦合金。(2）基于選擇性激光燒結(jié)與數(shù)控加工復(fù)合制造。選擇性激光燒結(jié)是利用粉末狀材料燒結(jié)成型，其將材料粉末均勻鋪灑在準(zhǔn)備好的基板上，用輥?zhàn)庸纹?；激光根?jù)設(shè)定好的軌跡掃描工件截面，在聚焦的激光照射下材料粉末被燒結(jié)在一起，得到工件的截面，并與下面已堆積的部分黏結(jié)，緊接鋪設(shè)下一層材料，重復(fù)上述步驟，層層堆積形成實(shí)體。Matsuura（松浦）制造商推出LumexAvance25混合機(jī)床擁有激光燒結(jié)增材功能和銑削功能，專門用于模具行業(yè)，機(jī)床先用激光燒結(jié)技術(shù)使金屬粉末燒結(jié)成型，再用銑削完成工件的表面精加工，能使對形狀發(fā)展的模具在同一臺設(shè)備上一次性成型。(3）基于形狀沉積制造與數(shù)控加工復(fù)合制造。形狀沉積制造技術(shù)（Shapedepositionmanufacturing）是一種添加/去除材料交替加工的方法。其噴頭從一個容器中噴出融化材料沉積到成型表面上迅速凝固，通過預(yù)設(shè)軌跡堆積形成層面，層層疊加獲得比較粗糙的工件形狀，然后用5軸數(shù)控對其精加工，獲得成型工件，成型材料包括金屬和各種塑料。3.3精密疊層造型技術(shù)增材制造與數(shù)控機(jī)床復(fù)合加工已經(jīng)在國內(nèi)外引起了高度的重視。據(jù)相關(guān)資料其加工順序是：在加工裝置中，有激光發(fā)生器是重要的加工能源，激光通過反射鏡和聚光透鏡聚射在工件上，裝置中有粉末箱的粉末即時向工件表面送粉鋪展。主軸是加工的動力頭，根據(jù)計(jì)算機(jī)指令和CCD光電傳感器攝像頭等全幀讀出，指令工作臺X、Y、Z軸的移動，完成銑削，其中溶化，疊層與銑削不斷重復(fù)進(jìn)行。(1)用激光熔化鋪展在金屬底板上的金屬粉末；(2)重復(fù)鋪展金屬粉末和進(jìn)行激光溶化，逐層疊加造型使疊層厚度達(dá)到切削刀具的有效刃長；(3)對疊層側(cè)面用小直徑切削刀具施以切削加工；(4)反復(fù)進(jìn)行激光熔化、疊層造型和高速切削加工；(5)最終做出具有精密加工表面的立體形狀造型。與以往單純的金屬粉末選擇性激光熔化疊層造型技術(shù)相比，其加工尺寸精度可達(dá)±0.005mm以下，熱處理后的材質(zhì)硬度可達(dá)到54HRC，如圖3所示。西班牙艾巴米亞推出世界首創(chuàng)3D金屬打印與5軸機(jī)床復(fù)合機(jī)。在這臺機(jī)床上可以先進(jìn)行金屬零件的3D打印，而后直接在這臺機(jī)床上進(jìn)行5軸加工中心的精準(zhǔn)切削加工，使得3D打印與金屬復(fù)雜切削完美地融合在一臺機(jī)床上，適合航空、汽車、醫(yī)療等領(lǐng)域的小批量、多品種的精益加工，目前已應(yīng)用于歐洲航空業(yè)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益我國在增減材加工設(shè)備上也有新的突破，將直接用3D打印技術(shù)（能量沉淀技術(shù)）增材加工和傳統(tǒng)5軸加工技術(shù)（減材加工）融于一體的混合5軸增減材制造技術(shù)，不僅很好地發(fā)揮各自的優(yōu)勢，還形成了增減混合，邊增邊減的獨(dú)特工藝4增材制造與模具設(shè)計(jì)的結(jié)合3D打印增材制造的成型工藝，已經(jīng)成為中國制造2025的重要環(huán)節(jié)，致力于推動增材制造向自動化、信息化、數(shù)字化、智能化方向發(fā)展，實(shí)施中國制造強(qiáng)國戰(zhàn)略。增材制造的獨(dú)特技術(shù)優(yōu)勢成了模具行業(yè)追隨的目標(biāo)。增材制造的一些不足制約了其應(yīng)用和發(fā)展，主要是零件尺