一种热成型多腔模具冷却水道的参数计算方法技术

本发明专利技术涉及模具设计技术领域，具体的讲是一种热成型多腔模具冷却水道的参数计算方法，包括如下步骤：确定坯料的质量和坯料入模出模的温度差；计算坯料需要带走的热量；计算每腔模具所需要的流量；计算出冷却水道的总面积；计算出所需冷却水管的数量；确定冷却水管与模具型面之间的距离；确定上、下模的散热面积以及总的散热面积；按比例分配上下模冷却水管数目；计算上下模冷却水管之间的间距；确定冷却水管在模具中的位置；本发明专利技术相比于利用经验设计冷却水管，提出了一套计算方法，可以提高设计效率，能够避免各腔冷却速度不一致的问题，能够降低模具制造成本，避免冷却水管设计不到位，不能满足模具生产的需求。

A parameter calculation method for cooling channel of multi cavity mould in thermoforming

【技术实现步骤摘要】
一种热成型多腔模具冷却水道的参数计算方法
本专利技术涉及模具设计
，具体的讲是一种热成型多腔模具冷却水道的参数计算方法。
技术介绍
汽车热成形零件应用越来越广泛，开发热成形模具时，为了避免模具上温度不均，并减少保压淬火的时间，一般会在模具内布置冷却水管，带走模具上的热量，达到降低温度的作用。由于热成型能耗比较高，为了降低生成制造成本，一般采用多腔模具，可组合成2腔、3腔、4腔或更多。单套模具的分析和计算可能都没有问题，但多套模具组合在一起，而泵的流量有限，这就涉及到冷却水在各模腔中流量分配问题。分配不合理，可能导致部分模腔流量很大，部分模腔流量很小，这会导致热成形零件不合格，或保压淬火时间太长。传统设计热成形模具冷却水道，并没有考虑流量，只是按经验设计水管，这会导致各种问题，例如，管道布置太多，流道总截面积大，不仅制造成本增加，模具强度变低，而且水道流速慢，冷却效果并不理想；管道布置太少，可能导致流量满足不了要求，造成模具过热，生成零件的材质达不到要求。为此设计一种可以合理的计算并确定热成型多腔模具冷却水道布置参数的计算方法是十分有必要的。
技术实现思路
本专利技术突破了现有技术的难题，设计了一种可以合理的计算并确定热成型多腔模具冷却水道布置参数的计算方法。为了达到上述目的，本专利技术设计了一种热成型多腔模具冷却水道的参数计算方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：确定坯料的质量m和坯料入模出模的温度差ΔT；步骤2：计算坯料需要带走的热量Q；<br>步骤3：根据水泵的额定工作流量，计算每腔模具所需要的流量qi；步骤4：根据冷却水流速v，计算出冷却水道的总面积S；步骤5：根据所选用的冷却水管的半径r，计算出所需冷却水管的数量n；步骤6：确定冷却水管与模具型面之间的距离；步骤7：根据模具保压时的散热区、选用的冷却水管的半径、冷却水管与模具型面之间的距离，确定出上、下模的散热面积以及总的散热面积；步骤8：根据上、下模的散热面积，按比例分配上下模冷却水管数目；步骤9：根据上下模冷却水管截面上的等效宽度、上下模冷却水管的数目，计算上下模冷却水管之间的间距；步骤10：确定冷却水管在模具中的位置。所述步骤2中坯料需要带走的热量，其中c为比热容，m为坯料的质量，ΔT为坯料入模出模的温度差。所述步骤3中计算每腔模具所需要的流量qi的计算方法具体如下：在冷却过程中，冷却水带走的热量和冷却水的流量成正比，m=ρV，其中m为坯料的质量，ρ为坯料密度，V为坯料的体积，由于冷却水流量大小与坯料的质量成正比，而冷却水总流量为所选用的水泵的额定工作流量，因此，其中n为模腔总数，i为第几模腔，qi表示第i模腔的流量，q表示各腔冷却水的流量之和，因为每腔模具所需要的冷却水流量qi与各腔坯料质量的关系呈正比，因此可得到q1：q2：……qn=m1：m2：……mn，通过上面两个关系，就可以确定出每腔模具所需要的冷却水流量qi。步骤4中冷却水道的总面积，其中q为单位时间的冷却水流量，v为冷却水流速。步骤5中所需冷却水管的数量，其中q为单位时间的冷却水流量，v为冷却水流速，r为所选用的冷却水管的半径。步骤6中冷却水管与模具型面之间的距离根据冷却速度要求制定，当冷却速度要求快，则令冷却水管靠近模具型面；当冷却速度要求慢，则令冷却水管远离模具型面。步骤7中总的散热面积可以等效为待散热零件成形后的表面积，将该表面积等效成长方形，得到等效长方形的长和宽，长度方向为冷却水管的布置方向，宽度方向为冷却水管的截面方向；通过几何建模软件偏置产品几何模型得到上下散热面，可以测量出上下散热面的面积。步骤8中所述的按比例分配上下模冷却水管数目的具体分配方法为：，其中ns为上模水管数目，nx为下模水管数目，Ss为上模散热面积，Sx为下模散热面积。步骤9中所述的上下模冷却水管之间的间距的具体计算方法为：，，其中ds为上模水管间距，ws为上模散热面的宽度，dx为下模水管间距，wx为下模散热面的宽度。所述的冷却水管与模具型面之间的距离选取两个相邻冷却水管之间距离的一半。本专利技术与现有技术相比，相比于利用经验设计冷却水管，提出了一套计算方法，可以提高设计效率，能够避免各腔冷却速度不一致的问题，能够降低模具制造成本，避免冷却水管设计不到位，不能满足模具生产的需求。具体实施方式在具体实施中，本专利技术设计了一种热成型多腔模具冷却水道的参数计算方法，具体计算如下：通过各个坯料的面积和厚度，可以计算出坯料的体积V，按照各腔坯料质量的比例关系，即各腔坯料质量越大分配的流量越大，来分配各腔模具的流量。对应多腔模具，坯料的加热温度是一致的，入模温度虽然有些许误差，但是误差不大，可以忽略不计，因此视为入模温度是一致的，出模温度也是按照需求温度出模，也是一致的，因此可以计算出坯料入模与出模的温度差ΔT。确定坯料的质量m=ρV，其中ρ为坯料的密度，V为坯料的体积。由于坯料含有的热量和坯料的质量成正比，即坯料质量越大热量越多，热量越多所需要的冷却水流量越多，因此冷却水流量大小与坯料的质量成正比。因此坯料需要带走的热量，其中c为比热容，m为坯料的质量，ΔT为坯料入与模出模的温度差。由于坯料需要带走的热量Q与坯料质量m成正比，并且也与冷却水的总流量成正比，而冷却水的总流量又与水泵的额定工作流量相同，故可得到公式：，其中n为模腔总数，i为第几模腔，qi表示第i模腔的流量，q表示各腔冷却水的流量之和，而各腔冷却水的流量之和等于泵的额定工作流量，根据上述各项关系，可以计算出每腔模具所需要的冷却水流量qi。又因为每腔模具所需要的冷却水流量qi与各腔坯料质量的关系呈正比，因此可得到：q1：q2：……qn=m1：m2：……mn，其中，qi表示第i模腔的流量，mi是第i模腔坯料的质量。通过上面两个公式，可以计算出每腔模具所需要的冷却水流量。根据上面确定的每腔模具所需要的冷却水流量，在特定的冷却水流速v下，就可以计算出冷却水道的总截面面积，其中q为单位时间的冷却水流量，v为冷却水流速。由于冷却水是层流的，如果流速过快，带走热量就会很少，冷却效率会降低，太慢则导致出水温度过高，也会影响后续的冷却速度，因此，在具体实施中一般建议的冷却水速度在1m/s-3m/s左右。对3mm以上板料，平均流速达到3m/s以上，对3mm以上板料，平均流速可取1m/s以上，能达到3m/s最好，但往往由于采用的泵的流量限制，而不可能达到这个速度。水管直径的选择，可以根据板料的厚度来选，对厚板，采用小直径，增加冷却效果，比如6mm，对薄板，水管直径可取8到10mm，也可统一到水管的直径为8mm，根据所选用的冷却水管的半径r，计算出所需冷却水管的数量，其中q为单位时间的冷却水流量，v为冷却水流速，r为所选用的冷却水管的半径。由于水管离型面有一定距离，该距离可根据冷却速度要求来定。冷却速度要求本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热成型多腔模具冷却水道的参数计算方法，其特征在于：包括如下步骤：/n步骤1：确定坯料的质量m和坯料入模出模的温度差ΔT；/n步骤2：计算坯料需要带走的热量Q；/n步骤3：根据水泵的额定工作流量，计算每腔模具所需要的流量q

【技术特征摘要】
1.一种热成型多腔模具冷却水道的参数计算方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：确定坯料的质量m和坯料入模出模的温度差ΔT；
步骤2：计算坯料需要带走的热量Q；
步骤3：根据水泵的额定工作流量，计算每腔模具所需要的流量qi；
步骤4：根据冷却水流速v，计算出冷却水道的总面积S；
步骤5：根据所选用的冷却水管的半径r，计算出所需冷却水管的数量n；
步骤6：确定冷却水管与模具型面之间的距离；
步骤7：根据模具保压时的散热区、选用的冷却水管的半径、冷却水管与模具型面之间的距离，确定出上、下模的散热面积以及总的散热面积；
步骤8：根据上、下模的散热面积，按比例分配上下模冷却水管数目；
步骤9：根据上下模冷却水管截面上的等效宽度、上下模冷却水管的数目，计算上下模冷却水管之间的间距；
步骤10：确定冷却水管在模具中的位置。


2.根据权利要求1所述的一种热成型多腔模具冷却水道的参数计算方法，其特征在于：所述步骤2中坯料需要带走的热量，其中c为比热容，m为坯料的质量，ΔT为坯料入模出模的温度差。


3.根据权利要求1所述的一种热成型多腔模具冷却水道的参数计算方法，其特征在于：所述步骤3中计算每腔模具所需要的流量qi的计算方法具体如下：在冷却过程中，冷却水带走的热量和冷却水的流量成正比，m=ρV，其中m为坯料的质量，ρ为坯料密度，V为坯料的体积，由于冷却水流量大小与坯料的质量成正比，而冷却水总流量为所选用的水泵的额定工作流量，因此，其中n为模腔总数，i为第几模腔，qi表示第i模腔的流量，q表示各腔冷却水的流量之和，因为每腔模具所需要的冷却水流量qi与各腔坯料质量的关系呈正比，因此可得到q1：q2：……qn=m1：m2：……mn，通过上面两个关系，就可以确定出每腔模具所需要的冷却水流量qi。

【专利技术属性】
技术研发人员：刘迪辉，
申请(专利权)人：浙江博汇汽车部件有限公司，上海博汇模具有限公司，上海博汇汽车系统有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33