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金属3D打印随形冷却模具

摘要:

案例信息

案例背景

在注塑模具行业,金属3D打印技术可以有效缩短模具冷却时间,提高产品生产效率,如今再一次得到了印证。汕头市瑞祥模具有限公司采用华曙高科金属3D打印技术,将注塑产品冷却时间从25秒缩短至13秒,减少48%,并具有平滑的流道,更快的流量和更高的冷却效率。

 

▲左图为汕头瑞祥采用3D打印制作的随形冷却模具镶件,右图为3D打印模具生产的汽车后座安全内扣


使用华曙高科金属3D打印模具镶件优势:
注塑产品冷却时间从25秒缩短至13秒,减少48%;
模具镶件占整套模具的冷却效率,从15%提升至22%,提升6.58%;
产品积热区域由原来的68.38℃下降到了31.74℃;

汕头市瑞祥模具有限公司是一家主要从事快速模具、注塑模具、模具加工与制造的民营股份制公司,为广汽本田、东风本田、广汽丰田、东风日产和广汽乘用车公司等多家国内知名汽车制造商的二级供应商。

 

在引进金属3D打印技术之前,其传统的模具冷却方式是在模具中钻孔,以形成网状冷却液通道。由钻孔方式形成的通道其几何形状会受到限制,对于比较简单的模具,这种冷却方式可以达到预期效果,但对于更为复杂的模具,冷却效果就会大打折扣。

2017年,瑞祥模具采用华曙高科金属3D打印解决方案,生产随形冷却模具。3D打印制造方式十分灵活,这意味着模具中冷却液通道的复杂性几乎不受限制。一般情况下,模具内的随形冷却通道可保持与模具壁的距离均等,能更贴近产品内壁及增大冷却面积,因此冷却效果更加均匀;或者在模具内热点集中的区域,可加大随形冷却通道的密集度,以此为这些区域提供更快速的冷却。

 

▲左图为传统模具流道(V型水路插件),右图为3D打印随形冷却流道(异形水路插件及水路),采用18Ni300材料及华曙高科金属3D打印设备FS271M生产

传统模具 VS 3D打印模具

 

冷却温度分析对比 

为了测试传统模具与随形冷却模具温度对比,采用马路科技Moldex 3D软件进行模拟测试,并选择一个典型区域作为感测节点,在这个位置附近区域传统水路难以冷却,易形成积热区。

 

图中以不同颜色显示当下的塑件温度分布情形,三维计算可以得到三度空间的温度分布,在塑件表面接近模温,因此通常显示低温状态。模拟测试结果显示,加了异形水路之后,图中积热区域由原来的68.38℃下降到了31.74℃,降幅约36.64℃。

 

备注:水路模拟测试设置基数:模具温度35℃,塑料温度259℃


 

▲灰色线代表传统水路温度变化路径,蓝色线代表3D打印随形冷却水路温度变化路径。由图可看出,在同样的时间内,传统水路内部1mm处温度为99.6℃,3D打印异形水路1mm处温度为77℃,由此可证明3D打印随形冷却模具冷却时间更快。


 

▲从异形水路和传统水路温度剖面对比可看出,使用异形水路的位置,模穴温度已经明显降低,温度下降约38.8℃。


 

▲图中数据代表成形周期中透过各水管吸收热量的百分比(效率),可看出,冷却效率从15.71%提升至22.298%.


[生产效率对比 

每个产品生产周期需经历锁模、射胶、保压、冷却、开模、顶针等多道工序,传统模具生产总耗时约43.6秒,而3D打印随形冷却模具则大大缩短冷却时间,将总耗时降低至31.6秒,生产效率缩短27.5%。

(单位:秒)

 

利用3D打印技术可以制造具有特殊结构的模具,这是传统制造方法难以实现的,也是3D打印技术在模具行业应用中的一大亮点。更短的生产周期,更复杂的几何形状,以及降低最终成本的能力,3D打印技术更有利企业服务客户定制想要的产品。


案例总结