图1-3多孔结构材料2011年，Yu[6]等在Au的基础上，对注塑模随形冷却水道的自动排布进行了研究，提出了自动生成随形冷却水道的算法，并对基于该算法建立的随形冷却模型进行了分析模拟。结果表明，可以有效地减少冷却时间，保持温度的一致性，减少制品的体积收缩。其设计过程如图1-4所示。首先基于几何模型的曲面建立偏移曲面并以此作为随形冷却水道的冷却随形面，然后在该面上生成精细的离散CVD（CentroidalVoronoidiagram）六边形网格模型，最后以网格的边界线作为冷却水道的轨迹线建立冷却水道。Yu等的研究为随形冷却水道的自动设计提供了新的思路。将该方式与CAD软件结合可以较好地解决随形冷却水道的设计，但该方式生成的冷却水道非常复杂，型腔内部的网状结构会降低模具强度，注塑时模具易产生变形，影响制品的质量。同时由于水道支路过多，冷却水难以完全充满所有冷却水道，局部区域甚至无法通过，冷却水压力降较大。香港城市大学也做过此方面的研究，2000年，Li[7]等提出了基于特征的算法，2004年，他们从可加工性和功能性两方面进行了完善，提出了路径搜索算法[8]，该算法虽然是直接针对传统冷却水道的设计，但也可以适用于随形冷却水道的设计。OQQ图1-4随形冷却水道自动生成的步骤2011年，韩国蔚山大学的Park[9]和Dang[10]以传统的机械加工为基础，对随形冷却水道的设计和优化进行了研究。Park使用隔板式的冷却方式，将隔板
图 1-3 多孔结构材料 2011 年，Yu[6]等在 Au 的基础上，对注塑模随形冷却水道的自动排布进 行了研究，提出了自动生成随形冷却水道的算法，并对基于该算法建立的随形 冷却模型进行了分析模拟。结果表明，可以有效地减少冷却时间，保持温度的 一致性，减少制品的体积收缩。其设计过程如图 1-4 所示。首先基于几何模型 的曲面建立偏移曲面并以此作为随形冷却水道的冷却随形面，然后在该面上生 成精细的离散 CVD（Centroidal Voronoi diagram）六边形网格模型，最后以网 格的边界线作为冷却水道的轨迹线建立冷却水道。Yu 等的研究为随形冷却水 道的自动设计提供了新的思路。将该方式与 CAD 软件结合可以较好地解决随 形冷却水道的设计，但该方式生成的冷却水道非常复杂，型腔内部的网状结构 会降低模具强度，注塑时模具易产生变形，影响制品的质量。同时由于水道支 路过多，冷却水难以完全充满所有冷却水道，局部区域甚至无法通过，冷却水 压力降较大。香港城市大学也做过此方面的研究，2000 年，Li[7]等提出了基于 特征的算法，2004 年，他们从可加工性和功能性两方面进行了完善，提出了路 径搜索算法[8]，该算法虽然是直接针对传统冷却水道的设计，但也可以适用于 随形冷却水道的设计。 图 1-4 随形冷却水道自动生成的步骤 2011 年，韩国蔚山大学的 Park[9]和 Dang[10]以传统的机械加工为基础，对 随形冷却水道的设计和优化进行了研究。Park 使用隔板式的冷却方式，将隔板
串联，在模型表面构成随形冷却，如图1-5所示。采用此方式为带自由曲面的大型压铸盖构建了随形冷却水道并进行优化，结果表明，该冷却方式相比3D打印技术，可以在较少的加工成本下获得较好的冷却效果，尤其适用于大型复杂制件的冷却。该方式优点在于加工成本，但由于冷却水道流程过长，冷却水压力降很大，需要较大的泵送力。Dang通过铣削的加工方式，采用镶拼式模具的设计方法，建立了截面为U形的随形冷却水道，以合理的冷却排布和模具温度为目标，利用三维CAE模拟与数值计算公式对不同的冷却水道进行优化，并以汽车挡泥板为例进行验证，结果表明，该优化方式可提高设计效率和生产效率。该研究采用铣削方式制造冷却水道，提供了U形随形冷却水道的模拟计算方法。铣削虽然有良好的可加工性，但是这也限制了水道的设计。镶拼式的模具结构一定程度上影响了冷却效果，也增加了冷却水泄露的可能性，一图1-5隔板式随形冷却水道2013年，台湾国立高雄应用科技大学的张晨峰[11]和卢立轩[12]，基于Lloyd's算法与Voronoi多边形的理论分别为楔形导光板、半球壳模型创建了随形冷却水道，使用Moldflow软件模拟分析了随形冷却水道对制品品质的影响，该研究采用的设计方法与文献[6]类似。在国内，除香港、台湾部分科研院所外，对随形冷却的研究甚少。但从20世纪80年代起，对传统冷却系统的研究从未停止过。总的说来，大致可以分为三个阶段。（1）1985年到1990年之间，主要集中于冷却系统的设计方法和相应理论模型的建立。如：1985年，郑树勋[13]推导了针对复杂冷却过程的一些实用公式，用于确定冷却水道的直径。1986年徐敬一[14提出了冷却水道设计的6个步骤
串联，在模型表面构成随形冷却，如图 1-5 所示。采用此方式为带自由曲面的大 型压铸盖构建了随形冷却水道并进行优化，结果表明，该冷却方式相比 3D 打印 技术，可以在较少的加工成本下获得较好的冷却效果，尤其适用于大型复杂制件 的冷却。该方式优点在于加工成本，但由于冷却水道流程过长，冷却水压力降很 大，需要较大的泵送力。Dang 通过铣削的加工方式，采用镶拼式模具的设计方 法，建立了截面为 U 形的随形冷却水道，以合理的冷却排布和模具温度为目标， 利用三维 CAE 模拟与数值计算公式对不同的冷却水道进行优化，并以汽车挡泥 板为例进行验证，结果表明，该优化方式可提高设计效率和生产效率。该研究采 用铣削方式制造冷却水道，提供了 U 形随形冷却水道的模拟计算方法。铣削虽 然有良好的可加工性，但是这也限制了水道的设计。镶拼式的模具结构一定程度 上影响了冷却效果，也增加了冷却水泄露的可能性。 图 1-5 隔板式随形冷却水道 2013 年，台湾国立高雄应用科技大学的张晨峰[11]和卢立轩[12]，基于 Lloyd's 算法与 Voronoi 多边形的理论分别为楔形导光板、半球壳模型创建了 随形冷却水道，使用 Mol dflow 软件模拟分析了随形冷却水道对制品品质的影 响，该研究采用的设计方法与文献[6]类似。 在国内，除香港、台湾部分科研院所外，对随形冷却的研究甚少。但从 20 世纪 80 年代起，对传统冷却系统的研究从未停止过。总的说来，大致可以分为 三个阶段。 （1）1985 年到 1990 年之间，主要集中于冷却系统的设计方法和相应理论 模型的建立。如：1985 年，郑树勋[13]推导了针对复杂冷却过程的一些实用公式， 用于确定冷却水道的直径。1986 年徐敬一[14]提出了冷却水道设计的 6 个步骤
1987年，倪世俊[151等人研究了计算机辅助冷却系统的设计。1988年，华南理工大学的梁基照[16]在压铸模制品传热状态的基础上建立了简化传热模型进而推导出计算模具冷却时间的公式。（2）1990年至2000年间，主要是对注塑模具冷却系统设计的计算机实现的初步探索，建立了一些算法和分析模型。1992年，上海交通大学的陈焕文，对注塑模冷却系统进行分析，建立了CAD系统的分析模型。1995年，刁庆胜[17]等人提出了关于注塑模具冷却系统的一些简易算法。1997年，吴崇峰[18]等基于传热学和化工原理的基础理论，研究了注塑模具冷却系统的计算机辅助设计，开发设计了模具冷却水道计算模块。1998年，汪琦[19]等对大型注塑模具局部冷却时间的计算方法进行了分析讨论。上述这些对传统冷却系统的研究，提出的一些设计方法和原则，建立的相关模型，开发的自动智能设计模块，对随形冷却的设计都具有很大的借鉴意义，为随形冷却水道的设计与研究奠定了基础。2005年，部分高校的研究机构开始了对随形冷却的研究，其中以华中科技大学为代表。2005年，鲁中良[281等基于国内对注塑模、直线冷却水道设计的研究成果及国外对注塑模随形冷却水道的建立规则，提出了基于塑件均匀冷却的设计方法。根据该设计方法制造出电池盒注塑模具。相对于传统冷却水道而言，采用带有随形冷却水道的注塑模制造的电池盒注塑件，其制造周期减少约20%，变形减少约10%。2007年，史玉升、伍志刚等[29-30]提出了基于离散/聚集模型的随形冷却水道的设计方法，建立了截面为圆形、椭圆形、半椭圆形和U形的冷却水道的传热模型，并使用SLS技术成功制造了香盒模具，模具如图1-6所示。其冷却水道设计思路与文献[3]相似，如图1-7所示，先通过注塑制品的分模信息及制品三维模型，分别取得型腔与型芯部分所需冷却表面的相关信息，划分出冷却区域，之后将冷却区域离散成小的冷却单元，再根据冷却单元的设计规则设计出随形冷却单元，最后将设计好的冷却单元重新聚集起来，沿冷却回路组合得到完整的冷却系统。兰州理工大学的刘鹏[31]对理铸铜管的随形冷却方式进行了研究，模拟分析了铜管直径、铜管分布、冷却水温度和注塑温度等因素对冷却的影响。此外，湖北工业大学、深圳大学[32-34]对随形冷却注塑模具的制造等关键技术进行了探索并制造了模具，但并未涉及随形冷却水道的具体设计方法
1987 年，倪世俊[15]等人研究了计算机辅助冷却系统的设计。1988 年，华 南理工大学的梁基照[16]在压铸模制品传热状态的基础上建立了简化传热模型， 进而推导出计算模具冷却时间的公式。 （2）1990 年至 2000 年间，主要是对注塑模具冷却系统设计的计算机实现 的初步探索，建立了一些算法和分析模型。1992 年，上海交通大学的陈焕文， 对注塑模冷却系统进行分析，建立了 CAD 系统的分析模型。1995 年，刁庆胜 [17]等人提出了关于注塑模具冷却系统的一些简易算法。1997 年，吴崇峰[18]等 基于传热学和化工原理的基础理论，研究了注塑模具冷却系统的计算机辅助设计， 开发设计了模具冷却水道计算模块。1998 年，汪琦[19]等对大型注塑模具局部冷 却时间的计算方法进行了分析讨论。 上述这些对传统冷却系统的研究，提出的一些设计方法和原则，建立的相 关模型，开发的自动智能设计模块，对随形冷却的设计都具有很大的借鉴意 义，为随形冷却水道的设计与研究奠定了基础。 2005 年，部分高校的研究机构开始了对随形冷却的研究，其中以华中科技 大学为代表。2005 年，鲁中良[28]等基于国内对注塑模、直线冷却水道设计的研 究成果及国外对注塑模随形冷却水道的建立规则，提出了基于塑件均匀冷却的设 计方法。根据该设计方法制造出电池盒注塑模具。相对于传统冷却水道而言，采 用带有随形冷却水道的注塑模制造的电池盒注塑件，其制造周期减少约 20%， 变形减少约 10%。2007 年，史玉升、伍志刚等[29-30]提出了基于离散/聚集模型 的随形冷却水道的设计方法，建立了截面为圆形、椭圆形、半椭圆形和 U 形的 冷却水道的传热模型，并使用 SLS 技术成功制造了香盒模具，模具如图 1-6 所 示。其冷却水道设计思路与文献[3]相似，如图 1-7 所示，先通过注塑制品的分 模信息及制品三维模型，分别取得型腔与型芯部分所需冷却表面的相关信息，划 分出冷却区域，之后将冷却区域离散成小的冷却单元，再根据冷却单元的设计规 则设计出随形冷却单元，最后将设计好的冷却单元重新聚集起来，沿冷却回路组 合得到完整的冷却系统。兰州理工大学的刘鹏[31]对埋铸铜管的随形冷却方式进 行了研究，模拟分析了铜管直径、铜管分布、冷却水温度和注塑温度等因素对冷 却的影响。此外，湖北工业大学、深圳大学[32-34]对随形冷却注塑模具的制造等 关键技术进行了探索并制造了模具，但并未涉及随形冷却水道的具体设计方法