CN115139464B - 一种具有冷却***的注塑模具及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有冷却***的注塑模具及其加工方法，包括模具本体及具有冷却功能的浇口套组件，浇口套组件包括内浇口套、外浇口套、液冷***、冷却元件；浇口套组件设于模具本体上，外浇口套套接于内浇口套外侧，内浇口套包括冷却部，冷却部上设有冷却槽，冷却槽呈螺旋型设置于所述冷却部外壁，液冷***包括进液管、出液管以及冷却槽，冷却元件不同位置布置方式根据冷却部不同位置温度分布情况差异化布置，冷却槽不同位置截面宽度、深度、形状根据冷却部不同位置温度分布情况差异化设置，且冷却槽对冷却部不同位置冷却效率与冷却元件对冷却部不同位置冷却效率变化趋势相同，两者产生叠加效应，使得浇口套整体冷却更加均匀，进一步提高冷却效率，缩短了注塑产品成型周期。
Description
技术领域
本发明涉及注塑模具技术领域，具体涉及一种具有冷却***的注塑模具及其加工方法。
背景技术
对于注塑模具，冷却***对模具寿命、产品生产效率和质量都具有重要的影响，注塑模具通过的冷却液持续地在冷却回路内循环，以达到对注塑产品的冷却目的，冷却回路设计是改善注塑制品质量以及提高注塑成型效率的关键因素；注塑模具上设有浇口套，向浇口套注入熔融树脂后，由于浇口套不同位置温度分布不同，冷却时间不同进而导致浇口套冷却不均匀，影响生产的产品的品质以及整体的冷却效率。
现有设计的冷却管路大多比较单一，没有根据不同位置的温度分布情况进行有针对性的设计，冷却均匀性有待进一步增强；现有设计中半导体制冷片大多应用在冷却液箱体中，只能对模具外部冷却液进行冷却，或将半导体制冷片直接设置在浇口套中，但同样不能解决浇口套不同位置温度差异化的问题，难以更好地实现均匀的冷却效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有冷却***的注塑模具，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种具有冷却***的注塑模具，包括模具本体及具有冷却功能的浇口套组件，所述浇口套组件包括内浇口套、外浇口套、液冷***、冷却元件；所述浇口套组件设于模具本体上，所述外浇口套套接于所述内浇口套外侧，所述内浇口套包括冷却部，所述冷却部上设有冷却槽，所述冷却槽呈螺旋型设置于所述冷却部外壁，所述液冷***包括进液管、出液管以及冷却槽，所述冷却元件沿着所述浇口套组件的轴线方向布置在外浇口套的内壁上，所述冷却部具有顶部和底部，所述顶部和所述底部之间存在温度最低位置L点，所述冷却元件在所述温度最低位置L点处与所述冷却部之间的换热面积小于所述冷却元件在其他部位处与所述冷却部之间的换热面积。
进一步地，所述外浇口套内壁设置凹槽，所述冷却元件设于该凹槽中。
可选地，冷却元件具有分段环绕于所述外浇口套内壁的环带，从所述顶部到所述温度最低位置L点，所述冷却元件的所述环带的宽度逐渐减小，从所述温度最低位置L点到所述底部，所述冷却元件的环带的宽度逐渐增大；
可选地，所述冷却元件呈螺旋型设置于所述外浇口套内壁，从所述顶部到所述温度最低位置L点，所述冷却元件的宽度逐渐减小，从所述温度最低位置L点到所述底部，所述冷却元件的宽度逐渐增大。
所述冷却槽在不同位置处的截面参数中的至少一个截面参数根据所述冷却部不同位置温度分布情况差异化设置，所述截面参数选自以下参数：宽度、深度、形状，且所述冷却槽对所述冷却部的不同位置冷却效率与所述冷却元件对所述冷却部不同位置冷却效率变化趋势一致，产生叠加效应。
进一步地，外浇口套外侧设有散热通孔或散热翅片。
优选地，所述冷却元件为波浪状或翅片状。
进一步地，所述冷却元件为制冷片。
进一步地，所述制冷片为半导体器件，所述制冷片具有冷端，将所述冷却槽中通入冷却液，所述冷端能够对流经所述冷却槽中的所述冷却液及所述冷却部进行冷却。
进一步地，所述冷却部长度为45-60mm，直径为20-30mm。
所述冷却部与外浇口套结合处内表面和/或内浇口套与模具本体结合处内表面设有密封圈。
进一步地，所述冷却部与外浇口套连接缝外表面和/或内浇口套与模具本体连接缝外表面均采用焊接方式进行封闭。
一种具有冷却***的注塑模具加工方法，
包括如下步骤：
步骤一：使用温度测量装置对所述冷却部的各个位置温度分布情况进行采样，区分各个位置温度差异情况；
步骤二：根据所述冷却部不同位置温度差异情况，针对性地调整冷却槽宽度、深度、形状三个截面参数中的至少一个，基于所述三个截面参数，使用三维制图软件设计所述冷却槽结构；
步骤三：通过模流分析建立冷却效率及均匀性模型，对宽度、深度、形状三者进行模拟试验，确定所述冷却槽最优截面参数；
步骤四：根据所述最优截面参数，使用加工设备对所述冷却槽进行机械加工；
步骤五：对机械加工后的模具进行热处理，使其达到模具标准硬度。
可选地，所述机械加工为电火花加工，包括如下步骤：
步骤一：根据具有所述最优截面参数的所述冷却槽设计电极，并线切割所述电极；电极步骤二：设计辅具安装所述电极；
步骤三：通过所述步骤二中安装好的所述电极对所述冷却部进行电火花加工处理，从而在所述冷却部外壁形成所述冷却槽；
进一步地，所述热处理为退火处理，退火处理的温度为500-700℃，保温时间为3-5小时。
可选地，所述加工设备也可以为雕刻机。
与现有技术相比，该具有冷却***的注塑模具具有下述有益效果：采用液冷与冷却元件相结合的方式，冷却元件与冷却液能够直接接触，根据喷嘴喷入熔融树脂后的内浇口套各个位置温度分布情况对冷却元件进行差异化布置，同时根据内浇口套各个位置温度分布情况对冷却槽截面参数进行差异化设计，两者对内浇口套不同位置的冷却效率变化趋势相同，产生叠加效应，冷却元件能够对流经某位置后温度上升的冷却液进行再次冷却，从而实现对冷却液的实时冷却，能够更均匀、更高效地提高浇口套整体的冷却效果，保证注塑产品的成型质量，同时缩短了注塑产品的成型周期。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为本发明注塑模具的剖视图；
图2a为本发明内浇口套温度差异示意图；
图2b为本发明冷却槽宽度、深度差异化剖视图；
图2c为本发明冷却槽形状差异化剖视图；
图3a为本发明环带状冷却元件示意图；
图3b为本发明螺旋形冷却元件示意图；
图3c为本发明波浪型冷却元件截面图；
图3d为本发明翅片型冷却元件截面图；
图4a为本发明外浇口套内壁螺旋型凹槽结构示意图；
图4b为本发明外浇口套内壁分段环绕型凹槽结构示意图；
图5a为本发明外浇口套侧壁散热通孔示意图；
图5b为本发明外浇口套外侧壁散热翅片结构示意图；
图6为本发明密封结构示意图；
图7为本发明焊接结构示意图；
图中：1内浇口套、101冷却部、102冷却槽、2进液管、3出液管、4模具本体、5冷却元件、501环带、6散热通孔、7散热翅片、8凹槽、9密封圈、10外浇口套、11主流道、12连接缝、111顶部、112底部。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：包括模具本体4及具有冷却功能的浇口套组件，所述浇口套组件包括内浇口套1、外浇口套10、液冷***、冷却元件5；所述浇口套设于模具本体4上，所述外浇口套10套接于所述内浇口套1外侧，所述内浇口套1包括冷却部101，所述冷却部101上设有冷却槽102，所述冷却槽102呈螺旋型设置于所述冷却部101外壁，所述液冷***包括进液管2、出液管3以及冷却槽102，所述冷却元件5沿着所述浇口套组件的轴线方向布置在外浇口套10的内壁上；
所述冷却部101具有顶部111和底部112，参见图2a，内浇口套1顶部111与注塑机喷嘴接触，由于喷嘴温度高达300度左右，该位置相对于其他位置温度较高，内浇口套1底部112位置相对其他位置直径更大，所以温度也相对较高，所述顶部111和底部112之间存在一个温度最低的位置L点，L点具***置可由温度测量装置确定，所述冷却元件5在所述温度最低位置L点处与所述冷却部101之间的换热面积小于所述冷却元件5在其他部位处与所述冷却部101之间的换热面积。
进一步地，所述外浇口套10内壁设置凹槽8，参见图4，所述冷却元件5设于该凹槽8中，冷却元件5需要固定在外浇口套10内壁，同时对内浇口套1及冷却液进行冷却，该凹槽8边缘设置限位结构，使其在模具工作过程中不会脱落，还可以进行定期更换。
可选地，冷却元件5具有分段环绕于所述外浇口套10内壁的环带501，参见3a，从所述顶部111到所述温度最低位置L点，所述冷却元件5环带501的宽度逐渐减小，从所述温度最低位置L点到所述底部112，所述冷却元件5环带501的宽度逐渐增大，环带501的宽度渐变设置能够弥补内浇口套1温度差异化，实现均匀冷却目的；
可选地，所述冷却元件5呈螺旋型设置于所述外浇口套10内壁，参见3b，从所述顶部111到所述温度最低位置L点，所述冷却元件5的宽度逐渐减小，从所述温度最低位置L点到所述底部112，所述冷却元件5的宽度逐渐增大，宽度渐变设置同样能够弥补内浇口套1温度差异化，实现均匀冷却目的。
所述冷却槽102在不同位置处的截面参数中的至少一个截面参数根据所述冷却部101不同位置温度分布情况差异化设置，所述截面参数选自以下参数：宽度、深度、形状，且所述冷却槽102对所述冷却部101的不同位置冷却效率与所述冷却元件5对所述冷却部101不同位置冷却效率变化趋势一致，产生叠加效应。
在产品注塑成型过程中，内浇口套1主流道11中的料柄只有完全冷却以后才能进行开模顶出，本方案采用液冷和冷却元件5相结合的方式能够更好地实现制冷效果，冷却槽102截面参数的差异化设计以及冷却元件5的差异化布置能够使得内浇口套1各个位置最终冷却时间趋于一致，同时两者对内浇口套1各个位置的冷却效率变化趋势相同，产生叠加效应，从而进一步提高冷却的均匀程度，提高冷却效率。
影响冷却液对冷却部101冷却效果的主要因素为接触面积及冷却液流速，参见图2b，在冷却部101各个位置设置温度检测装置测量温度分布情况，观测发现顶部111和底部112位置温度相对于其他位置温度较高且顶部111处温度最高，L点位置温度最低，该实施例冷却槽102截面形状为矩形，保证冷却槽102截面周长相同的情况下，从所述顶部111到所述L点，所述冷却槽102截面面积逐渐增大，从所述L点到所述底部112，所述冷却槽102截面面积逐渐减小，保证截面周长相同是为了保证冷却液与冷却部101接触面积相同，由于周长相同的两个矩形，长宽越接近截面面积越大，若将冷却槽102截面形状改为半圆形，参见图2c，截面面积将进一步增大，截面面积越小冷却液流速越快，流速快带走热量的速度也更快，冷却效率越高，所以从所述顶部111到所述L点流速递减冷却效率也递减，从所述L点到所述112流速递增冷却效率也递增，从而弥补内浇口套1温度差异化，实现均匀冷却目的。
若使得半圆形冷却槽和矩形冷却槽截面积相同，半圆形湿周更小，流速更大，对提高冷却效率有促进作用，但同时半圆形湿周小散热面积更小，不利于提高冷却效率；此时可以对冷却槽102各个位置不同宽度、深度、形状进行差异化设置，建立冷却效率模型进行模拟试验，寻找最优的冷却槽102槽截面参数，使得内浇口套1各个位置冷却时间能够趋于一致。
所述外浇口套10外侧设有散热通孔6或者散热翅片7，参见图5，冷却部101与外浇口套10临近设置，内浇口套1产生的热量会直接传递到外浇口套10，外浇口套10内部空间形成的热量无法尽快排出，会影响内浇口套1内熔融树脂的冷却效率，增加散热通孔6或者散热翅片7有助于将热量尽快排出，进一步提高浇口套整体冷却效率。
优选地，所述冷却元件5形状为波浪状或翅片状，参见图3c及3d，冷却元件5与冷却液之间的接触面积对于冷却效果有明显影响，改变冷却元件5的形状能够增加与冷却液的接触面积从而进一步提高冷却效率。
进一步地，所述冷却元件5为制冷片，所述制冷片为半导体器件，该半导体器件通直流电后，两端会产生温差效应，所述制冷片具有冷端，将所述冷却槽102中通入冷却液，所述冷端能够对流经所述冷却槽102中的所述冷却液及所述冷却部101进行冷却。
优选地，所述冷却部101长度为45-60mm，直径为20-30mm。
进一步地，所述冷却部101与外浇口套10结合处内表面以及内浇口套1与模具本体4结合处内表面设有密封圈9，可将外浇口套10与内浇口套1之间形成空间进行封闭，参见图6，使得两者形成良好的密闭冷却空间。
进一步地，冷却部101与外浇口套10连接缝外表面以及内浇口套1与模具本体4连接缝12外表面均采用焊接方式进行封闭，参见图7，采用焊接的方式更加牢固，密封性更好。
一种具有冷却***的注塑模具的加工方法，其特征在于：包括：
步骤一：使用温度测量装置对冷却部101的各个温度分布情况进行采样，区分各个位置温度差异情况；
步骤二：根据所述冷却部101不同位置温度差异情况，针对性地调整冷却槽102宽度、深度、形状三个截面参数，基于所述三个截面参数，使用三维制图软件设计所述冷却槽102结构，使用三维测量装置对所述模型进行测量，获取该模型的点云数据，并将所述点云数据传输到工业计算机中；
步骤三：使用工业计算机中的反求软件对点云数据进行预处理，包括去除噪声点、去除点云数据中存在的大量冗余数据、数据排序、数据拼接、数据重组、特征提取和区域划分，采用Moldflow软件建立冷却效率及均匀性模型并进行模流分析，将三维模型数据进行模拟熔体填充、保压、冷却数据分析，获得制品中的应力分布、分子和纤维取向分布、制品的收缩和翘曲变形的分析数据，不断调整三维模型中冷却槽102宽度、深度、形状三个截面参数，确定最优冷方案；
步骤四：将最优冷却方案对应的三维点云数据进行降噪处理，然后根据最小曲率插值法对降噪后的三维点云数据进行插值规整，之后将所述三维点云数据转换为曲面模型，最后将曲面模型导入雕刻机建立雕刻机刀路，进而加工内浇口套冷却槽102；
步骤五：对加工后的模具进行热处理，使其达到模具标准硬度。
可选地，所述机械加工为电火花加工，包括如下步骤：
步骤一：根据具有所述最优截面参数的所述冷却槽102设计电极，并线切割所述电极；
步骤二：设计辅具安装所述电极；
步骤三：通过所述步骤二中安装好的所述电极对所述冷却部101进行电火花加工处理，从而在所述冷却部101外壁形成所述冷却槽102；
进一步地，所述热处理为退火处理，退火处理的温度为500-700℃，保温时间为3-5小时；
电火花加工处理的电流为5A，间隙电压为45V，高压为150V，温度为45℃，电火花加工过程中的温度通过冷却油来控制。
可选地，所述加工设备为雕刻机。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (16)
1.一种具有冷却***的注塑模具，包括模具本体及具有冷却功能的浇口套组件，所述浇口套组件包括内浇口套、外浇口套、液冷***、冷却元件；所述浇口套组件设于模具本体上，所述外浇口套套接于所述内浇口套外侧，所述内浇口套包括冷却部，所述冷却部上设有冷却槽，所述冷却槽呈螺旋型设置于所述冷却部外壁，所述液冷***包括进液管、出液管以及所述冷却槽，所述冷却元件沿着所述浇口套组件的轴线方向布置在外浇口套的内壁上，
其特征在于，所述冷却部具有顶部和底部，所述顶部和所述底部之间存在温度最低位置L点，所述冷却元件在所述温度最低位置L点处与所述冷却部之间的换热面积小于所述冷却元件在其他部位处与所述冷却部之间的换热面积；冷却元件在内浇口套对冷却液进行再次冷却，产生制冷的叠加效应，以提高所述浇口套组件的冷却效果。
2.根据权利要求1所述的具有冷却***的注塑模具，其特征在于，所述外浇口套内壁设置凹槽，所述冷却元件设于所述凹槽中。
3.根据权利要求1-2任一项所述的具有冷却***的注塑模具，冷却元件具有分段环绕于所述外浇口套内壁的环带，从所述顶部到所述温度最低位置L点，所述冷却元件的所述环带的宽度逐渐减小，从所述温度最低位置L点到所述底部，所述冷却元件的环带的宽度逐渐增大。
4.根据权利要求1-2任一项所述的具有冷却***的注塑模具，所述冷却元件呈螺旋型设置于所述外浇口套内壁，从所述顶部到所述温度最低位置L点，所述冷却元件的宽度逐渐减小，从所述温度最低位置L点到所述底部，所述冷却元件的宽度逐渐增大。
5.根据权利要求1所述的具有冷却***的注塑模具，其特征在于，所述冷却槽在不同位置处的截面参数中的至少一个截面参数根据所述冷却部不同位置温度分布情况差异化设置，所述截面参数选自以下参数：宽度、深度、形状，且所述冷却槽对所述冷却部的不同位置冷却效率与所述冷却元件对所述冷却部不同位置冷却效率变化趋势一致，产生叠加效应。
6.根据权利要求1-2任一项所述的具有冷却***的注塑模具，其特征在于，所述外浇口套外侧设有散热通孔或散热翅片。
7.根据权利要求1-2、5任一项所述的具有冷却***的注塑模具，其特征在于，所述冷却元件为波浪状或翅片状。
8.根据权利要求1-2任一项所述的具有冷却***的注塑模具，其特征在于，所述冷却元件为制冷片。
9.根据权利要求8任一项所述的具有冷却***的注塑模具，所述制冷片为半导体器件，所述制冷片具有冷端，将所述冷却槽中通入冷却液，所述冷端能够对流经所述冷却槽中的所述冷却液及所述冷却部进行冷却。
10.根据权利要求1所述的具有冷却***的注塑模具，其特征在于，所述冷却部长度为45-60mm，直径为20-30mm。
11.根据权利要求1所述的具有冷却***的注塑模具，其特征在于，所述冷却部与所述外浇口套结合处内表面和/或所述内浇口套与所述模具本体结合处内表面设有密封圈。
12.根据权利要求1所述的具有冷却***的注塑模具，其特征在于，所述冷却部与所述外浇口套连接缝外表面和/或所述内浇口套与所述模具本体连接缝外表面采用焊接方式进行封闭。
13.一种用于根据权利要求1-12任一项所述的具有冷却***的注塑模具的加工方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：使用温度测量装置对所述冷却部的各个位置温度分布情况进行采样，区分各个位置温度差异情况；
步骤二：根据所述冷却部不同位置温度差异情况，针对性地调整所述冷却槽宽度、深度、形状三个截面参数中的至少一个，基于所述三个截面参数，使用三维制图软件设计所述冷却槽结构；
步骤三：通过模流分析建立冷却效率及均匀性模型，对宽度、深度、形状三者进行模拟试验，确定所述冷却槽最优截面参数；
步骤四：根据所述最优截面参数，使用加工设备对所述冷却槽进行机械加工；
步骤五：对机械加工后的模具进行热处理，使其达到模具标准硬度。
14.根据权利要求13所述的具有冷却***的注塑模具加工方法，其特征在于：所述机械加工为电火花加工，包括如下步骤：
步骤一：根据具有所述最优截面参数的所述冷却槽设计电极，并线切割所述电极；
步骤二：设计辅具安装所述电极；
步骤三：通过所述步骤二中安装好的所述电极对所述冷却部进行电火花加工处理，从而在所述冷却部外壁形成所述冷却槽。
15.根据权利要求13-14任一项所述的具有冷却***的注塑模具加工方法，其特征在于，所述热处理为退火处理，退火处理的温度为500-700℃，保温时间为3-5小时。
16.根据权利要求13-14任一项所述的具有冷却***的注塑模具加工方法，其特征在于，所述加工设备为雕刻机。
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