[发明专利]一种自清洁的多孔网络结构随形冷却流道及其成形方法

说明书

本发明属于模具制造领域，并公开了一种自清洁的多孔网络结构随形冷却流道及其成形方法。该冷却流道包括管道中空部分和管壁部分，管壁部分呈多孔网络结构，该多孔网络结构包括多个呈中空的网络单元，每个网络单元与其临近的网络单元相互连接并由此形成孔洞，以此使得管壁部分呈多孔结构，每个网络单元的中空部分相互连通且同时与管道中空部分连通，此外，管道中空部分和每个网络单元的中空部分的内壁上均涂覆有疏水材料。本发明还公开了该冷却流道的成形方。通过本发明，避免流道污染和阻塞等问题，提升模具的冷却效率，缩短模具成形周期，提升生产效率。

技术领域

本发明属于模具制造领域，更具体地，涉及一种自清洁的多孔网络结构随形冷却流道及其成形方法。

背景技术

模具是现代制造业中的重要装备，模具工业是国民经济中重要的基础工业，模具的设计和制造水平高低是衡量一个国家综合制造能力的重要标志，它决定着产品的质量、效益和新产品的研发能力。模具的冷却系统是其核心部分，决定着模具的寿命、产品生产效率和质量。随形冷却流道是指流道形状随模腔变化而变化的冷却流道，相对于传统直孔冷却流道，随形冷却流道在一定程度上能够提高冷却效率，增加冷却均匀性，减少残余应力，防止产品出现翘曲变形等缺陷。但是，随形冷却流道只考虑到冷却流道随形带来的影响，并没有考虑冷却流道本身形状和结构对于模具冷却效率和产品质量的影响。

增材制造技术，尤其是激光选区熔化（SLM）技术的出现使得随形冷却流道的制造和使用更加方便，应用前景更加广阔。然而，由于随形冷却流道相较于传统直线型流道形状更加复杂，如果通过改变流道本身的形状和结构来提高冷却效率，又会进一步导致随形冷却流道内部的复杂度。增加形状和结构的复杂度虽然可以提高模具的冷却均匀性和冷却速率，但是又不可避免的增加了冷却液中的杂质吸附沉积在冷却流道表面的可能性，逐步导致冷却流道阻塞，使得模具冷却系统最终失效。

疏水材料是一种具有低表面能的材料，它与液滴表面润湿角大于90°。当形成的疏水表面具有微纳级粗糙结构时会增大其润湿角（大于150°）,形成超疏水自清洁表面。超疏水自清洁表面因水滴滚动带走表面污染物的独特性能，具有防污、防锈、减阻等优点，有广泛的应用前景。由于金属标准电极点位低，金属表面对水及水溶液多具有较好的润湿性，易吸附杂质及污染物。通过向金属管道内表面涂覆超疏水自清洁涂层可以保持管道内壁清洁，减小冷却液体流动阻力，避免冷却流道阻塞。同时，对于由化学性质较为活泼的金属制成的模具，通过对随形冷却流道表面涂覆的自清洁涂层可以防止流道表面发生金属腐蚀，增加模具的使用寿命。当前，国内外尚无相关研究将自清洁涂层和随形冷却流道技术相结合，以解决冷却流道阻塞和冷却效率低等问题的方法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种自清洁的多孔网络结构随形冷却流道及其成形方法，通过设计具有多孔网络结构的随形冷却流道，提高模具系统的冷却效果，同时通过结合选区激光熔化（SLM）技术和涂料制备技术制得自清洁的多孔网络结构随形冷却流道，该流道内壁上的超疏水自清洁涂料降低流道堵塞和流道污染的可能，由此解决流道堵塞和冷却效率低的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种自清洁的多孔网络结构随形冷却流道的成形方法，其特征在于，该成形方法包括下列步骤：

（a）建立设置有多孔网络结构冷却流道的模具的三维模型，所述冷却流道包括管道中空部分和管壁部分，所述管壁部分呈多孔网络结构，该多孔网络结构包括多个呈中空的网络单元，每个网络单元与其临近的网络单元相互连接并由此形成孔洞，以此使得所述管壁部分呈多孔网络结构，每个所述网络单元的中空部分相互连通且同时与所述管道中空部分连通，此外，所述管道中空部分和每个网络单元的中空部分的内壁上均涂覆有疏水材料；

（b）采用3D打印技术根据所述三维模型打印成形所述模具，获得所述模具和该模具中的冷却流道；选取疏水性基体树脂、固化剂、粉体和助剂混合形成疏水清洁涂料，将该涂料均匀涂覆在所述冷却流道的管道中空部分和每个网络单元的中空部分的内壁上，干燥后即完成所需的冷却流道的成形。