随形控温管道设计及制造技术

【编者按】随形控温管道设计是否能够达到预期的效果—— 包括缩短冷却时间及提升工件质量等，通常是很难在模具生产前得到确实的答案。去年9 月份，香港生产力促进局（生产力局）材料及制造科技部成立了全球首个“随形冷却技术中心”，该技术中心配备的电脑模拟控温管道设计分析技术， 以预测在零部件成型过程中控温液的温度、压力、速度及流线， 并揭示模具温度分布及成品收缩变形情况；从而在设计阶段已能确保随形控温管道的效能。

在采用注塑及压铸模制造汽车零部件的过程中，注塑及压铸模的控温直接影响到零部件的制造质量与生产效率。所谓的随形控温技术就是让冷水或热水（视乎物料及工艺流程而决定）于管道紧随模腔及工件轮廓的制作技术，目的就是均匀地、快速地冷却模具及工件。若模具及工件能快速冷却，便能尽快腾出模具生产下个工件，也就能够缩短成型周期，在指定时间内生产更多的任务件，生产力自然也随之提高。

在此过程中，冷却均匀度也同样重要，均匀冷却能避免因收缩不均而产生的缺陷，如扭曲变形等。通常情况下，注塑及压铸模具一般使用传统加工方法制作控温管道，水流进管道便能冷却模具和工件，但直线钻头不可能钻出紧随模腔轮廓的复杂弯曲管道。当冷却运水距离模腔太远，模具的温度管理未能优化时，将导致冷却缓慢，效率也无法提升。若模腔的某些部分较接近冷却水道，便会比其他部份冷却得更快，因而会造成冷却不均，甚至导致注塑及压铸件扭曲变形， 进而直接影响下游生产工序，例如装配等的结果。总而言之， 对于明显受惠于缩短成型周期的注塑及压铸工序，如大批量标准化的汽车零部件，或因精确度要求高而导致高废品率的高端汽车零部件来说，先进的随形控温技术绝对有助于改善生产。

不过，随形控温管道设计是否能够达到预期的效果—— 包括缩短冷却时间及提升工件质量等，通常是很难在模具生产前得到确实的答案。去年9 月份，香港生产力促进局（生产力局）材料及制造科技部成立了全球首个“随形冷却技术中心”，该技术中心配备的电脑模拟控温管道设计分析技术， 以预测在零部件成型过程中控温液的温度、压力、速度及流线， 并揭示模具温度分布及成品收缩变形情况；从而在设计阶段已能确保随形控温管道的效能。

此外，该中心还配备了混合式直接金属激光烧结、扩散焊接以及高温焊接及喷涂等制造技术，可以为汽车零部件生产商提供一站式先进随形控温管道制造服务。目前，随形控温管道制造技术主要有以下三类：

扩散焊接技术

扩散焊接是在真空环境下，利用高温及高压把两件工件的原子相互扩散，嵌入对方而结合。利用扩散焊接制作随形控温管道，要先于注塑及压铸模具件上切削所需的控温管道坑槽，再将金属模具件作前处理及叠在一起，以扩散焊接结合，此控温管道称为“2.5D”或“假3D”管道，因为管道只能跟金属模具件走在同一平面，然后须靠金属模具件上的钻孔连接，成为内嵌2.5D 管道的模具。

混合式直接金属激光烧结技术（3D 金属打印）

为了达到最佳控温效果及制作真正3D 随形控温管道，可以通过混合式直接金属激光烧结技术来实现， “随形冷却技术中心”就引进了这项技术。该技术属于金属粉末积层制造的其中一种， 以高密度的激光束把精细的金属粉末熔化及凝合，一层一层累积直至生产出内嵌3D 控温管道的金属模具及各类型镶件为止。

该技术内置高速铣削加工能力，与一般传统的金属激光烧结技术不同，即使复杂结构的内嵌3D 控温管道模具镶件，也能精确地生产出表面有如镜子般平滑的效果，是厂商梦寐以求的理想模具制造技术。

扩散焊及混合式直接金属激光烧结技术也不是完全没有限制，例如在体积方面，目前扩散焊接熔炉可处理的工件只局限于300×300×250 毫米内；而混合式直接金属激光烧结可处理的工件则不得大于250×250×180 毫米。再者，两种技术的投入成本相对较高，用来生产体积大、批量小、精确度要求不高的工件，成本效益值得商榷。

“随形冷却技术中心”自行研发出的高温焊接及喷涂专利技术，利用预制的金属管道紧随模腔轮廓，再以焊接方式， 以熔化的金属填补接口的空隙及倒角，再将熔化的金属喷在金属管水道上，形成控温模具镶件。高温焊接及喷涂技术价格相对低廉，成本跟传统模具相约，但控温速度却比传统模具快得多，均匀得多。

另据了解，除了以上制造技术及工艺，该技术中心还将持续致力开发各种创新技术，如合金粉末直接激光烧结、激光熔凝、激光雕刻、模具镶件的功能性涂层及低温处理等，以高科技及符合经济效益为蓝本，灵活地配合各技术的优势，帮助汽车制造商实现先进注塑及压铸模具的随形控温管道，以缩短成形周期及提升产品质量。

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