顧永華，許建文

(華僑大學(xué)模具技術(shù)研究中心，福建 廈門 361021)

注塑件隨形冷卻的數(shù)值模擬分析*

顧永華，許建文

(華僑大學(xué)模具技術(shù)研究中心，福建 廈門 361021)

本文通過實(shí)例設(shè)計(jì)了隨形冷卻水道并且與傳統(tǒng)冷卻水道進(jìn)行比較分析.采用Moldflow軟件作為分析平臺(tái)，系統(tǒng)分析了采用傳統(tǒng)冷卻水道和隨形冷卻水道兩種情況下，冷卻時(shí)間、塑件表面溫差和模具表面溫差的對(duì)比.分析結(jié)果顯示，采用隨形冷卻系統(tǒng)能夠顯著降低冷卻時(shí)間、塑件表面溫差和模具表面溫差，有利于提高模具壽命和塑件質(zhì)量.

隨形冷卻;數(shù)值模擬;注塑成型

模具溫度直接影響著注塑制品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，它主要通過模具的冷卻系統(tǒng)來進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂坪驼{(diào)節(jié).傳統(tǒng)的冷卻水道只能加工成簡(jiǎn)單的直孔，當(dāng)注塑件形狀復(fù)雜時(shí)，其冷卻效果差，零件變形大.注塑模隨形冷卻水道(conformal cooling channels，CCC)是指隨著注塑模型腔變化而改變的冷卻水道［1］.與傳統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)相比，隨形冷卻系統(tǒng)能夠使注塑件均勻冷卻，能夠縮短冷卻時(shí)間，具有更高的冷卻效率.本文運(yùn)用Moldflow軟件對(duì)傳統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)與隨形冷卻系統(tǒng)進(jìn)行冷卻分析，比較分析結(jié)果，優(yōu)化冷卻系統(tǒng).

1 注塑件模型冷卻系統(tǒng)分析

注塑件模型如圖1所示，為殼狀零件，壁厚為1.5mm.由圖可知，塑件的外表面有兩處曲面突變地方，采用傳統(tǒng)冷卻的方法，塑件內(nèi)外表面凹槽處冷卻容易不均，造成溫度的分布不均勻.為此將隨行冷卻與傳統(tǒng)冷卻方法進(jìn)行分析比較，優(yōu)化冷卻系統(tǒng).

圖1 注塑件模型

注塑件模型導(dǎo)入Moldflow后進(jìn)行劃分網(wǎng)格，材料采用美國(guó)GE公司的PC+ABS，牌號(hào)為Cycoloy MC5000－70008.在Pro/E中分別創(chuàng)建傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)與隨行冷卻系統(tǒng)的中心線，導(dǎo)入到Moldflow軟件后進(jìn)行劃分網(wǎng)格創(chuàng)建冷卻系統(tǒng)，如圖2所示，其中冷卻管道直徑為8mm，管道中心線與塑件表面的距離為16mm，管道中心線距離為20mm.對(duì)于傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)，塑件內(nèi)表面采用兩個(gè)水井進(jìn)行冷卻，水井的直徑為12mm.

圖2 塑件的冷卻系統(tǒng)

冷卻系統(tǒng)創(chuàng)建完以后，分別對(duì)傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)以及隨形冷卻系統(tǒng)進(jìn)行分析，成型工藝參數(shù)為模具溫度83℃，熔體溫度275℃，冷卻液溫度為25℃，比較冷卻分析效果.

2 分析結(jié)果比較

冷卻分析結(jié)果對(duì)比如表1所示.

表1冷卻效果的分析比較

2.1 冷卻液與冷卻管道溫度

由表1可知，兩種方案的冷卻液的入口出口溫度都控制在2℃ ～3℃之內(nèi)，分別為0.18℃與0.11℃，符合要求;兩種方案的冷卻管道溫度與冷卻液入口溫度之間的差值都控制在 5℃ 之內(nèi)，分別為 0.03℃ ～3.46℃ 與 － 0.36℃ ～0.70℃，符合要求.

2.2 冷卻時(shí)間

圖3 塑件冷卻時(shí)間

注塑件的冷卻時(shí)間如圖3所示，由圖可知，隨形冷卻塑件的冷卻時(shí)間為3.964s，傳統(tǒng)冷卻的冷卻時(shí)間為4.145s，隨行冷卻所需的冷卻時(shí)間有所縮短，冷卻效率有所提高.

2.3 塑件最大溫度

圖4 塑件最大溫度

注塑件的最大溫度分布如圖4所示，由圖可知，傳統(tǒng)冷卻的溫度范圍為31.48 ～49.54℃，溫差為 18.06℃;隨形冷卻的溫度范圍為30.24～38.82℃，溫差為8.58℃.顯然隨形冷卻的溫差要比傳統(tǒng)冷卻的溫差小，而且隨形冷卻溫度分布要比傳統(tǒng)冷卻的分布均勻，特別是在塑件兩端凸起的地方，傳統(tǒng)冷卻的溫度分布較為不均勻，而且溫度偏高，容易引變形.

2.4 塑件平均溫度

注塑件的平均溫度分布如圖5所示，由圖可知，傳統(tǒng)冷卻的溫度范圍為31.38～41.21℃，溫差為 9.83℃;隨形冷卻的溫度范圍為29.60～35.26℃，溫差為 5.66℃.隨形冷卻的溫差較傳統(tǒng)冷卻的溫差小，冷卻效果有了一定的改善，而且隨形冷卻溫度分布要比傳統(tǒng)冷卻的分布均勻，特別是在塑件內(nèi)外表面曲面突變的地方，傳統(tǒng)冷卻的溫度分布較為不均勻，而且溫度偏高，容易引起變形.

2.5 模具溫度

圖5 塑件平均溫度

圖6 模具溫度

模具溫度分布如圖6所示，傳統(tǒng)冷卻的溫度范圍為26.83℃ ～46.87℃，溫差為 20.04℃;隨形冷卻的溫度范圍為 25.00℃ ～35.85℃，溫差為 10.85℃.隨形冷卻下模溫差異要明顯小于傳統(tǒng)冷卻下的模溫差異，冷卻效果有了很大的改善，而且隨形冷卻溫度分布要比傳統(tǒng)冷卻的分布均勻，特別是在模具內(nèi)外表面曲面突變的地方，傳統(tǒng)冷卻的溫度分布較為不均勻，而且溫度偏高.

2.6 塑件溫度

圖7 塑件溫度

注塑件的溫度分布如圖7所示，傳統(tǒng)冷卻的溫度范圍為27.49℃ ～49.54℃，溫差為22.05℃;隨形冷卻的溫度范圍為27.06℃ ～38.82℃，溫差為11.76℃.隨形冷卻塑件的溫差顯然小于傳統(tǒng)冷卻的溫差，冷卻效果有了較大的改善，而且隨形冷卻溫度分布要比傳統(tǒng)冷卻的分布均勻.

3 結(jié)論

本文通過實(shí)例設(shè)計(jì)了隨形冷卻水道并且與傳統(tǒng)冷卻水道進(jìn)行比較分析.和傳統(tǒng)冷卻水道相比，隨形冷卻水道可以縮短冷卻時(shí)間，降低塑件的溫差和模具表面的溫差，有利于提高模具壽命和注塑制品的質(zhì)量.

［1］魯中良，史玉升，劉錦輝，等.注塑模隨形冷卻水道設(shè)計(jì)與制造技術(shù)概述［J］.中國(guó)機(jī)械工程，2006，17(10):165～170.

［2］劉鵬，劉洪軍，李亞敏.MPI環(huán)境下注塑模隨形冷卻水道的設(shè)計(jì)與分析［J］.新技術(shù)新工藝，2009，8:110～112.

［3］鄭建平，程蓉，伍曉宇，等.基于SLS快速成形方法的注塑模具隨形冷卻水道制造技術(shù)的研究［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2010，11:231 ～232.

［4］史玉升，伍志剛，魏青松，等.隨形冷卻對(duì)注塑成型和生產(chǎn)效率的影響［J］.華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，35(3):60～62.

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