[发明专利]一种髓形冷却模具及其成形方法

说明书

本发明公开了一种髓形冷却模具，包括模具本体和在本体内腔中设置的髓形结构(4)，所述模具本体包括模具工作表面(3)和设置在模具本体侧面的冷却介质入口(1)及冷却介质出口(2)，冷却介质入口(1)及冷却介质出口(2)分别与髓形结构(4)内的冷却介质流动髓隙(5)连通。本发明还公开了髓形冷却模具的成形方法。本发明采用髓形结构取代中空的管形流道，温度分布更均匀、冷却空间更大、冷却效果更好、模具强度更高、使用寿命更长。通过本发明，可以实现模具工作部位和产品的无盲区均匀冷却，大大提升了注塑、铸造、冲压等行业的冷却效率和模具寿命，降低了制件成本，提高了产品质量。

技术领域

本发明涉及一种髓形冷却模具及其成形方法，属于模具制造领域。

背景技术

模具号称“工业之母”，是现代工业生产中不可或缺的重要装备，模具技术水平的高低是衡量一个国家综合制造能力的重要标志。模具的冷却系统是其核心部分，决定着产品质量、生产效率和模具寿命。

为快速调节模具温度，实现模具工作部位快速冷却，传统的做法是用钻头在模具上打直孔形成直孔型冷却流道，在直孔型冷却流道里面充入冷却介质(通常是冷却水或油)带走热量，这一方法用了很多年，目前依然应用普遍。这种技术方法的优点是简单易行，缺点是只能在局部区域布置冷却流道，离冷却流道近的地方冷却效果好、温度低，离冷却流道远的地方冷却效果不好(即存在冷却盲区)、温度高，温度不均匀导致产品质量不高(如翘曲变形、一致性差、表面质量不好等)、生产效率低、模具寿命短，当产品结构复杂时这一问题尤其突出。从根本上说，这种直孔型冷却流道是直线型思维的结果。增材制造(3D打印)技术的出现使得传统的直孔型冷却流道变为弯孔型冷却流道成为可能，这种利用增材制造技术，让冷却流道在模具内部弯曲、跟随工作部位形状进行布置的流道，通常被称为随形冷却流道。在此基础上，为提高冷却效率，申请号为201810529989.3和201711344657.X的这类专利对弯孔型随形冷却流道内壁进行局部处理，促使湍流的形成，提升热交换效率；为增加冷却介质与模具的接触面积，减少冷却盲区，申请号为201310559377.6的专利提出在离工作部位表面一定距离的空心层内设置并联、串联与并联组合的迷宫式冷却流道。

从实际运用效果上来看，基于3D打印的弯孔型随形冷却流道在一定程度上改善了模具的冷却效果和产品质量。但从根本上说，这类随形冷却流道或者改进型的随形冷却流道，依然是曲线型思维的结果，是直线型思维的延伸，只要是线型(无论是直线还是曲线)的流道思维，就必然存在冷却盲区，因为总存在离流道近和远的区域。不论局部如何改进，直线或曲线的流道思维终究不能发挥3D打印构建复杂空间结构的优势，这种流道设计思维需要彻底革新。

髓形冷却摒弃了直线型、曲线型的流道设计和应用技术思维，基于仿生学原理，直接使用空间立体结构的髓形冷却方法，通过三维髓形结构的建立，在空间上对模具工作部位和产品进行无盲区均匀冷却，冷却介质在髓形结构的髓隙中穿流时自然形成高传热效果的湍流，从根本上解决了注塑、铸造、冲压等行业的模具和制件的冷却均匀性、冷却效率、产品质量和模具寿命问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有直线型(直孔型冷却流道)、曲线型(弯孔型随形冷却流道及其改进型)思维导致的流道技术的缺陷，提供了一种髓形冷却(Marrow Cooling，简称MC)模具及其成形方法。

本发明的髓形冷却模具，包括模具本体和在本体内腔中设置的髓形结构，所述模具本体包括模具工作表面和设置在模具本体侧面的冷却介质入口及冷却介质出口，冷却介质入口及冷却介质出口分别与髓形结构内的冷却介质流动髓隙连通。

进一步地，所述模具工作部位表面与髓形结构的距离为2～12mm，优选3mm。

进一步地，所述髓形结构包含阵列单元体，阵列单元体的形状为十字形、钻石形、X形或米字形以及它们中的两种或者多种的组合。

本发明的髓形冷却模具的成形方法，包括以下步骤：