如何使用附加工具设计模具？

附加工具是指使用3D打印（例如直接金属激光烧结或DMLS）由金属生产模具嵌件，这些模具嵌件将用于生产大批量的101类模具。增材制造工具还包括子插件，该子插件可插入较大的模具或模具底座，滑轨，顶杆，浇口嵌件中，并最终完成形成塑料的模板腔。增材制造工具可将大批量，耐用的101类工具与用于原型制作的简单3D打印树脂工具区分开。


增材模具设计的核心是与模具构造相反的。例如，许多常见的CAD建模功能都是围绕铣削和钻孔设计的，因此传统的模具制造始于钢坯，从钢坯中切出所需的材料以达到最终形状。相反，实际上是添加材料，以形成从模具生产零件所需的工具形状。


这种思维转变将改变工厂设计模具，布线冷却回路，提供间隙和精加工机的方式，简化了从设计到模具构造的整个工作流程。


通过散热设计发挥创造


保形冷却在模具制造中很普遍。保形冷却的主要驱动力是冷却回路遵循塑料模腔表面轮廓的能力，从而产生一致的冷却效果。另一个驱动因素是将水注入到常规铣削和钻孔不允许的地方。但是，在创建复杂轮廓，避免死角并促进湍流方面，这两种好处都需要创造力。


保形冷却也仍然是增材制造在模具制造中的首要应用，即保形冷却的3D打印模具嵌件或增材模具。许多模具制造商已采用增材制造的工具来将其模具性能与竞争对手区分开来，但许多设计师坚持采用减法思维，因此，尽管消除了交叉钻孔的水线塞子，但冷却回路仍显得非常传统。这是附加工具的亮点，因为它可以实现无限的设计约束。但是，保形冷却是创造力和惯例之间的微妙平衡。常规模具设计标准对于保持设计纪律以创建高效的冷却回路仍然很重要。


例如，要在整个模具表面上保持一致的冷却效果，请将冷却回路保持一定的间距。重要的是要注意模具中可能出现冷点，就像热点一样，这可能会对成型性能产生负面影响。一致性是关键。


当使用电路轮廓时，事情开始变得有趣，因为提供了许多选择来促进更大的表面积和湍流。一些轮廓具有内部凹槽以最大化表面积，而另一些轮廓则具有螺旋坡道以促进湍流。


这些设计中的大多数都没有考虑建造过程，并创建了需要支撑的功能部件，这些支撑部件可能会限制冷却回路的流量或在集中应力可能导致开裂的地方形成尖角。椭圆或细长的冷却回路是最大流量的最佳选择，可实现最佳的热传递并在需要最大冷却的狭窄钢段之间进行挤压。


一个有争议的冷却回路设计，是将回路分成几个较小的通道，并从模具中将较大的回路输送给它们。例如，最大程度减少模具中回路数量的一种好方法，是使用大的进口（1/4英寸或1/3英寸NPT水线），您可以将其分成多条水线，然后在出口处重新连接。


但是，通过这种设计，电路可能会被阻塞并且无法发现，直到模塑商生产出不良零件为止。当使用单个电路时，您可以轻松地监视输入和输出的流量并快速确定问题。


使用多条生产线时的另一个考虑因素是DMLS粉末在构建后进入生产线。因为是多条生产线，所以很难确定是否在热处理之前将所有粉末排空。如果粉末卡在电路中，则车间必须刮掉插件。通过将分割部分限制为小于总回路长度的三分之一，可以降低内部分割水线的风险。该经验法则有助于保持较大的流量，然后仅在所需的关键位置将回路分开，从而使粉末可以抽成真空而没有堵塞的风险。


有了最佳的电路设计后，进行冷却模拟研究，以确认其有效性，然后运行FEA分析以确认嵌件的完整性和足以承受注射压力的钢条件。采用这种方法进行电路设计，可以在制造嵌件之前确定最适合模具设计的解决方案。


最大化间隙来最小化加工


使用附加的思维定式有助于准确确定形成零件形状细节所需的内容，同时消除其余刀片中的材料，从而降低成本并避免了二次加工。但是，尽管大多数3D打印过程产生的表面性能足以满足冷却通道的需要，但它们却无法产生必要的表面光洁度。为了克服此限制，可将加工料添加到CAD模型中，并构建尺寸过大的零件，以将零件精加工成精度公差。


模具制造商通常会在两块钢之间增加间隙，以最大程度地减少磨损，改善通风，减少热传递或协助模内组装和拆卸。您可以通过3D打印复杂的间隙（而不是传统的铣削或钻孔），通过附加工具来实现上述每个优点。


例如，型芯中的型芯或型腔插入件在配合表面上释放约60％。增材制造刀片，然后对剩余的40％的配合表面进行精加工，将减少加工时间和切削刀具磨损。


将加工原料添加到零件形状中仅需要精加工，或对型腔表面进行电火花加工，从而消除了粗加工，应力消除，EDM钻孔和粗加工电极的工作。与使用方坯进行的常规加工相比，该方法可将电极加工和燃烧时间减少50％。


使用软件简化附加工具的工作流程


软件在简化或自动化模具设计和制造中起着重要作用。附加工具没有什么不同，因为将大量的时间用于将冷却回路设计。当今用于增材制造的软件工具（例如Netfabb和nTop）提供专用的保形冷却设计功能，这些功能可简化设计过程并减少电路设计时间。这种简化的过程使设计更快地进入仿真过程，从而在3D打印插件之前确认了有效性。


当今的添加剂软件通过检查部件的可印刷性，自动化支撑结构并模拟部件以识别潜在的应力或变形区域并根据需要进行优化，从而为成功构建添加剂工具提供了信心。