注射模具組件及設(shè)計(jì)其的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本教導(dǎo)總體地包括一種注射模具組件和一種設(shè)計(jì)注射模具組件的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 注射成型部件通常在第一模具工具和第二模具工具之間形成的模具型腔內(nèi)成型。 第一模具工具有時被稱為型腔側(cè)模具工具，第二模具工具有時被稱為型芯側(cè)模具工具。塑 料被在模具型腔中熔化，并且必須在分離模具工具和脫出成型部件之前充分冷卻。成型部 件的冷卻通過流經(jīng)在第一和第二模具工具內(nèi)鉆出的冷卻管路的冷卻劑，例如水來實(shí)現(xiàn)。模 具工具通常是相對硬的工具鋼。因此，鉆出的通道通常被鉆出為一系列直節(jié)段。如果成型 部件具有復(fù)雜或彎曲的外表面，隨著冷卻通路穿過工具，直通道距離部件的距離將不相等， 造成工具表面的不同部分不均勻冷卻。因此，成型部件的生產(chǎn)周期取決于工具表面的距離 冷卻通道最遠(yuǎn)的那些部分，并被增大直到實(shí)現(xiàn)所需的冷卻。
[0003] 一個已知的方法，稱為直接金屬激光燒結(jié)，提供可以從工具表面等距離間隔的適 形冷卻通道，以實(shí)現(xiàn)更加均勻的冷卻。適形冷卻通道通過利用聚焦光束局部融化金屬粉末 逐層實(shí)現(xiàn)。這種方法是昂貴的，因?yàn)樗窍鄬β模⑶倚枰?dú)特的設(shè)備和大多數(shù)模具制造 者不具備的培訓(xùn)。
[0004] 另外，冷卻通道的布局通常根據(jù)試錯迭代過程進(jìn)行，該試錯迭代過程取決于每一 個冷卻通道的迭代布局的工具設(shè)計(jì)者的技術(shù)水平。具體地，設(shè)計(jì)者選擇初始冷卻通道布置 模式并將該布局輸入實(shí)施顯示所得工具表面溫度分布的工具設(shè)計(jì)程序的計(jì)算機(jī)。如果溫度 分布不令人滿意，則設(shè)計(jì)者基于有根據(jù)的猜測重新配置冷卻通道布局，將修改后的冷卻通 道布局輸入到計(jì)算機(jī)中，然后工具設(shè)計(jì)程序確定溫度分布是否充分改善。但是這個過程根 據(jù)需要被重復(fù)多次，是費(fèi)時的，并且始終獲得滿意的最終結(jié)果是有些不確定的，因?yàn)檫@通常 取決于設(shè)計(jì)者的技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 提供一種注射模具組件，相較于先前的模具組件的冷卻結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)成型部件 的充分均勻冷卻。此外，模具組件可被設(shè)計(jì)為帶有冷卻通道，冷卻通道根據(jù)通過將模具工具 表面溫度分布和冷卻通道性能相關(guān)滿足最終冷卻通道布局要求的自動方法定位冷卻通道 位置的每一次迭代由以前的模具表面溫度分布和優(yōu)化算法驅(qū)動。
[0006] 更具體地，一種用于注射成型物體的注射模具組件包括：具有第一工具表面的第 一模具工具和具有第二工具表面的第二模具工具。第一和第二工具表面配合配置以限定所 述工具表面之間的用于注射成型物體的模具型腔。所述第一模具工具具有帶有第一側(cè)部和 與第一側(cè)部相對的第二側(cè)部的第一工具元件，該第一側(cè)部具有第一工具表面。多個散熱片 從所述工具元件的第二側(cè)部延伸。底座支撐所述散熱片。工具元件、散熱片和底座在所述 工具元件的第二側(cè)部限定冷卻劑流動腔室，以使冷卻劑流動腔室內(nèi)的冷卻劑接觸所述工具 元件的第二側(cè)部。換句話說，暴露在散熱片之間的所述工具元件的整個第二側(cè)部與冷卻劑 流動腔室內(nèi)的冷卻劑接觸。所述工具元件可配置為在所述第一側(cè)部和所述第二側(cè)部之間具 有大致均勻的厚度，以使與所述第二側(cè)部接觸的冷卻劑處于距離所述第一工具表面均勻間 隔處，最小化生產(chǎn)時間并且提高冷卻均勻性。本文所使用的"大致均勻的厚度"是遍及所述 第一工具表面的所述工具元件的厚度，該厚度變化不大于預(yù)定量，例如為在形成的工具元 件的尺寸公差內(nèi)或不超過待解決的客戶需求的5%到10%的量。
[0007] 一種設(shè)計(jì)注射模具組件的方法，包括提供所選數(shù)量的冷卻通道的初始布局。每個 冷卻通道由所選數(shù)量的冷卻元件模擬。每個冷卻通道接觸被冷卻側(cè)上的具有輪廓的表面并 與該具有輪廓的表面一致。
[0008] 該方法包括計(jì)算模具元件的與被冷卻側(cè)部相對的工具表面?zhèn)炔可系墓ぞ弑砻娴?工具表面元件的溫度。所述工具表面元件在空間上與冷卻元件對應(yīng)，并且通過冷卻通道內(nèi) 的冷卻劑流經(jīng)由經(jīng)過工具元件的熱傳導(dǎo)而被冷卻。根據(jù)該方法，通過計(jì)算工具表面元件的 溫度確定是否滿足預(yù)定條件。如果不滿足預(yù)定條件，則根據(jù)使用工具表面元件的計(jì)算的溫 度的優(yōu)化模塊生成修改的冷卻通道的布局。該方法迭代冷卻通道的布局直到滿足預(yù)定條 件。具體地，計(jì)算與從之前的迭代修改的冷卻通道布局中的冷卻元件對應(yīng)的工具表面元件 溫度，確定是否滿足預(yù)定條件，以及重復(fù)生成修改的冷卻布局，直到滿足預(yù)定條件。滿足預(yù) 定條件的冷卻通道布局是最終的冷卻通道布局。然后，提供具有與最終冷卻通道布局對應(yīng) 的工具元件和冷卻通道以及被冷卻側(cè)部的注射模具組件。
[0009] 該迭代過程是自動的，因?yàn)樗峭ㄟ^計(jì)算機(jī)實(shí)施的算法執(zhí)行的。計(jì)算工具表面元 件的溫度的算法的一部分可以通過單獨(dú)的工具設(shè)計(jì)軟件執(zhí)行。通過將工具設(shè)計(jì)軟件與自動 的和優(yōu)化的冷卻通道迭代連接，工具設(shè)計(jì)時間減少，并且所產(chǎn)生的冷卻通道布局能夠?qū)崿F(xiàn) 更均勻的工具表面溫度分布。
[0010] 根據(jù)一方面，提供一種用于注射成型物體的注射模具組件，所述注射模具組件包 括：
[0011] 第一模具工具，具有第一工具表面；
[0012] 第二模具工具，具有第二工具表面；其中，所述第一工具表面和所述第二工具表面 配合配置以限定所述工具表面之間的用于注射成型所述物體的模具型腔；
[0013] 其中，所述第一模具工具具有：
[0014] 工具元件，具有帶有第一工具表面的第一側(cè)部和與所述第一側(cè)部相對的第二側(cè) 部；和
[0015] 多個散熱片，從所述工具元件的第二側(cè)部延伸；和
[0016] 底座，支撐所述散熱片；其中，所述工具元件、所述散熱片和所述底座在所述工具 元件的所述第二側(cè)部限定冷卻劑流動腔室。
[0017] 優(yōu)選地，其中，所述第一側(cè)部和所述第二側(cè)部之間的工具元件的厚度在所述第一 工具表面上維持在預(yù)定范圍內(nèi)。
[0018] 優(yōu)選地，其中，所述冷卻劑流動腔室內(nèi)的所述多個散熱片的位置和所形成的冷卻 流動通路根據(jù)與冷卻元件的位置相關(guān)的優(yōu)化算法確定，冷卻元件的位置與根據(jù)熱傳遞的第 一工具表面上的工具元件的溫度分布相關(guān)，使得所述工具元件的所述第二側(cè)部處的冷卻劑 流促進(jìn)所述第一工具表面的均勻冷卻。
[0019] 優(yōu)選地，其中，所述散熱片中的每個具有從底座到工具元件的第二側(cè)部的相應(yīng)高 度；且其中，所述散熱片中的至少一些具有垂直于所述高度的翼型形狀的橫截面。
[0020] 優(yōu)選地，其中，所述散熱片中的每個具有與所述冷卻劑流動腔室內(nèi)的冷卻流體接 觸的外表面和從底座到工具元件的第二側(cè)部的相應(yīng)的高度；且其中，所述散熱片中的至少 一些每一個取向?yàn)閲@相應(yīng)的沿著所述高度的縱向軸線，使得所述外表面引導(dǎo)冷卻流體流 以促進(jìn)在所述第一工具表面處的均勻的溫度分布。
[0021] 優(yōu)選地，其中，所述工具元件為工具鋼；且其中，所述散熱片為鋁。
[0022] 優(yōu)選地，其中，所述散熱片與所述工具元件為一體的。
[0023] 優(yōu)選地，其中，所述散熱片與所述底座為一體的。
[0024] 根據(jù)另一方面，提供一種用于注射成型物體的注射模具組件，所述注射模具組件 包括：
[0025] 第一模具工具，具有第一工具表面；
[0026] 第二模具工具，具有第二工具表面；其中，所述第一工具表面和所述第二工具表面 配合配置以限定所述工具表面之間的用于注射成型所述物體的模具型腔；
[0027] 其中，所述第一模具工具具有：
[0028] 工具元件，具有帶有第一工具表面的第一側(cè)部和與所述第一側(cè)部相對的第二側(cè) 部；
[0029]多個散熱片，連接到所述工具元件的第二側(cè)部并且從其延伸；和
[0030] 底座，支撐所述散熱片；其中，所述工具元件、所述散熱片和所述底座在所述工具 元件的第二側(cè)部處限定冷卻劑流動腔室；
[0031] 其中，所述工具元件被配置為在所述第一工具表面和所述冷卻腔室之間具有大致 均勻的厚度；和
[0032] 其中，所述多個散熱片被定位以建立根據(jù)優(yōu)化算法設(shè)置的和基于所述第一工具表 面的相關(guān)聯(lián)溫度分布的冷卻流動通路。
[0033] 優(yōu)選地，其中，所述冷卻流動通路位于所述散熱片中的相鄰散熱片之間并且具有 的寬度配置為使所述工具元件的拉伸應(yīng)力、剪切應(yīng)力和撓度低于預(yù)定的最大限值。
[0034] 根據(jù)又一方面，提供一種設(shè)計(jì)注射模具組件的方法，包括：
[0035] 提供預(yù)定數(shù)量的代表冷卻流動通路的冷卻通道的初始布局；其中，每個冷卻通道 由所選數(shù)量的冷卻元件模擬；其中，每個冷卻通道與模具工具元件的被冷卻側(cè)部上的具有 輪廓的表面接觸，并且與該具有輪廓的表面一致；
[0036] 計(jì)算與被冷卻側(cè)部相對的模具工具元件的工具表面?zhèn)壬系墓ぞ弑砻娴墓ぞ弑砻?元件溫度；其中，所述工具表面元件在空間上與所述冷卻元件對應(yīng)，并且通過冷