压铸模具的冷却系统设计与快速验证（上）

压铸模具的冷却系统设计与快速验证（上）

在铝、镁合金压铸模和重力金属型铸造的模具中，冷却系统的设计也是一个关键。冷却系统，有时也被称为冷却管道或者冷却回路，是由一系列高导热的材料组成，其主要目的是通过直接热传导的方式，把热量从熔融的金属中带走，实现对模具温度的控制，以及通过定向冷却的方式，让铸件尽快冷却。

一个优秀的冷却系统，需要充分考虑铸件各部位的质量和厚度分布，在壁厚较大的区域也即是蕴积热量更多的局部，有针对性地提高传热能力，从而达到整体平衡。此外，应尽可能地使铸件冷却过程形成顺序凝固，即从进浇口最远端开始凝固，到流道入口，最后凝固到流道和料饼；否则，铸件内部将会形成“热节”，导致宏观缩孔缺陷。

由于生产效率高，同时具有良好的可操控性，高压铸造已经成为重要的铸造生产工艺。铸造过程包括三个重要的阶段：充型阶段、凝固阶段和冷却阶段。在这过程中，不仅充型阶段很关键，凝固和冷却阶段也很重要，因为它直接影响了生产效率和铸件的品质。一个优秀的冷却系统，可以大幅度减少冷却时间，提高铸造生产率，还可以最大限度地减少由于温度不均匀而导致的种种缺陷，例如热节、缩孔、残余应力不均、翘曲变形等。此外，它对模具寿命、产品的脱模等都有很重要的意义。

传统上，模具冷却系统设计仍然主要依靠设计师的经验和有限的知识积累。然而，随着铸件越来越复杂和更高效率的冷却要求，单靠经验的方式设计冷却系统，并不能确保获得最优设计和最恰当的参数。在本文中，我们借助于Cast-Designer软件，介绍一种全新的冷却系统设计方法和策略。

冷却管道设计

冷却系统设计必须考虑的几个基本原则：

i. 管道的排布，均匀分布在金属的充型区，且要考虑对模具热平衡的影响；

ii. 当铸件壁厚均匀时，冷却管道与型腔距离尽量相等；当壁厚不均匀时，冷却水可合理设计靠近型腔加强冷却；

iii. 合理选择冷却水管接头位置，为了不影响操作，应设在模具的背面；

iv. 冷却管内的冷却介质流速必须达到紊流的状态，因为紊流的产生可以提高散热率。对于水性冷却液，紊流的产生和雷诺数（REYNOLDS NUMBER R)有关，此数必须超过3,500，才可以产生紊流的状态，以下是雷诺数的公式:

其中：ν--流速(m/s)

d --管道直径(m)

ρ--液体密度(kg/m3)

μm -- 液体的黏度系数

Cast-Designer中的冷却系统设计，完全基于CAD环境，可灵活、方便地建立任意复杂的冷却管道系统。

图2：Cast-Designer 冷却管道设计界面

冷却系统列表：管理已建立的冷却管道，支持分组功能。例如，把动模侧和定模侧的冷却管道，分别指定为两个不同的组。程序自动显示冷却管道的总长度和表面积。也可以利用这个分类管理功能，设计不同的冷却水道方案。

详细数据表：该表格列出了每个组群中各分段的详细参数，包括位置坐标、长度、直径和方向。各段落均为独立的CAD几何体，除非用户执行布尔运算这样可以对其进行自动合并。

各分段的设计参数：这个区域显示了冷却管道各分段的设计参数。

此外，系统也提供另外一种建立冷却管道的方式，用户可通过描绘的特征线，以及横截面直径参数，直接建立三维冷却管道。

图3：冷却管道预览

未完待续