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3D打印随形冷却水路设计

更新时间: 2024-10-26 13:51:44  查看次数: 20    
3D打印能制造各种截面和形状的水路,不过和其他截面形状的水路比起来,圆形截面的水路在控制流动状态方面更容易,管道压力损失最小,而且水路截面圆弧侧边的强度比平面侧边的强度大,圆形截面水路能保证更好的模具强度。所以,在水路截面设计没限制的情况下,随形冷却水路设计优先用圆形截面。
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当冷却水路是串联连接时,水路不能太长,进水口和出水口的温差不能超过3℃。因为水路流程太长的话,冷却液沿着流动方向温度会逐渐升高,导致同一条水路温度差别太大,不利于产品均匀冷却。太长的水路流程还会导致很高的流动阻力,也容易积累水垢把水路堵住。当水路并联时,能解决水路流程太长的问题,但是因为并联的水路通常是由一条主干路分成多个支路,再汇聚成一条水路,所以需要很大的冷却液流量,而且也很难保证每个支路流体的流量、流速以及流动状态都一样,这样就可能造成产品不均匀冷却。
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为了考察不同排布类型的随形水路的冷却效果,这部分对日常生产或科学研究中常见的Z字型、并行型、网状型、螺旋型的水路布局进行模拟仿真结果的分析对比。串联排布的冷却水路冷却效果比并联式排布好,所以对于一般的曲面产品,优先选串联的冷却水路排布,也就是螺旋型或者Z字型排列。其中,有曲率和球面的产品适合用螺旋型排布,比较小尺寸的产品适合用Z字型排布。当产品形状特殊,没法用这两种水路排布方式时,可以考虑并联排布,就是随形冷却水路并行排布或者网状排布。
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随形冷却水路有一般的设计规则,用单因素试验对比分析了日常生产中常见的不同截面形状(圆形、椭圆形)和不同排布类型(Z字型、并行型、网状型、螺旋型)的随形冷却水路的冷却效果。试验结果表明,截面形状对冷却时间的影响不明显,对制品的冷却均匀度有一定影响但影响值较小。考虑到圆形截面的管道压力损失最小,而且水路截面圆弧侧边的强度比平面侧边的强度大,水路设计优先用圆形截面;而水路排布类型对冷却时间和产品冷却均匀度都有显著影响,串联式的Z字型和螺旋型水路比并联式的并行型和网状型排布的水路,冷却时间更短,产品冷却均匀度更高。所以,进行随形冷却水路设计时,在没限制的情况下,随形冷却水路设计应该优先用圆形截面和串联排布。当不能用串联排布时,可以考虑并联排布,就是随形冷却水路并行排布或者网状排布。