Moldflow与注射模具冷却系统设计.ppt

2020 1 17 Page1 Moldflow与注射模具冷却系统设计 卫道科技集团 深圳泰道电脑有限公司陈德铮 2020 1 17 Page2 课程内容 冷却系统设计的重要性冷却系统的构成及类型冷却理论分析冷却水路设计要点结合Moldflow分析的设计案例 冷却系统设计的重要性 2020 1 17 Page4 冷却的影响 产品品质表面光洁度残余应力结晶度热弯曲生产成本顶出温度循环时间 冷却系统设计的重要性 2020 1 17 Page5 冷却影响产品品质 表面光洁度 许多材料需要相对高的模具表面温度 在生产中以获得良好的表面光洁度 如果某些区域与另一些区域的模穴温度不同 那么在成品表面就会看到不同的表面光泽 残余应力 残余应力是在充填或保压过程中剪切应力的结果 除了流动导致应力外 由于产品表面温度不同 各个部分以不同的速率冷却时也会产生残余应力 这些残余应力可能是产品在使用过程中过早损坏或者产品翘曲和扭曲的原因 为了减小这些应力 就需要均匀的冷却 结晶度 半结晶材料成型过程中呈现的结晶度受熔体冷却的影响 产品冷却过程中结晶度的不同会影响体积收缩 要保待所需要的尺寸公差是困难的 不同区域体积收缩的显着变化通常是产品翘曲的一个原因 热弯曲 如果模具的上表面和下表面的温度不同 一旦产品从模具中顶出 由于在上下表面之间不同的热收缩速率 产品会弯曲 冷却系统设计的重要性 2020 1 17 Page6 冷却影响生产成本 顶出温度 产品从模具中顶出的温度会受很多因素的影响 产品的强度必须足够大 以抵抗由于体积收缩的变化和残余应力而产生的翘曲 和顶出系统对产品施加的局部应力 顶出力受产品的几何形状 模具的表面光洁度和在充填与保压过程中模穴的填充度的影响 循环时间 通常 循环时间是产品的温度降到能安全顶出的温度所花的时间 如果充填和保压过程都是最佳化的 改善冷却行为可以显著地减小冷却时间 因为冷却时间通常包括80 的循环时间 所以减小冷却时间会显著减小循环时间和生产成本 andPacking 冷却系统设计的重要性 冷却系统的构成及类型 2020 1 17 Page8 冷却系统的构成 冷却系统的构成及类型 2020 1 17 Page9 冷却水路的类型 串联水路优点 流速均匀 排热均匀缺点 压降高 并联水路优点 适用于入子四周 低压下可达高流速缺点 各分支流速不一样 各分支冷却效果不佳 易产生污垢 冷却系统的构成及类型 2020 1 17 Page10 冷却水路的基本形式 直线式圆管 直线式方管 冷却系统的构成及类型 2020 1 17 Page11 冷却水路的基本形式 圆形弯管 方形弯管 冷却系统的构成及类型 2020 1 17 Page12 冷却水路的基本形式 挡板 Baffle 喷泉 Bubbler 冷却系统的构成及类型 2020 1 17 Page13 冷却水路的基本形式 吸热管 ThermalPin 冷却系统的构成及类型 冷却理论分析 2020 1 17 Page15 热量在注射成型中的传递 热量由熔融塑料带入 热量从冷却水路传入或传出 辐射散热 对流散热 热量散失到模板上 冷却理论分析 2020 1 17 Page16 从塑料到模穴壁的热传导 影响冷却系统性能的参数模具材料热特性比热导热性料温和模温之间的温度梯度塑料和模穴壁之间接触的质量确信良好的接触 冷却理论分析 2020 1 17 Page17 从模穴壁到水管壁的热传导 影响冷却系统性能的参数模具材料热特性比热导热性冷却水管和塑料表面的距离均匀冷却与快速冷却的折中料温和水温之间的温度梯度 冷却理论分析 2020 1 17 Page18 从水管壁到冷却介质的热传导 影响冷却系统性能的参数冷却液紊乱程度确信达到紊流状态 但亦不宜过大冷却液进口温度冷却液的性质冷却液的流速 冷却理论分析 2020 1 17 Page19 典型模具材料的热特性 冷却理论分析 2020 1 17 Page20 冷却液流动与雷诺数 雷诺数定义 这里 为冷却液密度 U为冷却液平均流速 d为冷却水管直径 为冷却液动态粘度 冷却理论分析 2020 1 17 Page21 冷却液流动率与热交换 冷却理论分析 2020 1 17 Page22 冷却液流动率与热量流动率 冷却理论分析 2020 1 17 Page23 散热能力 冷却理论分析 2020 1 17 Page24 冷却时间的方程式 冷却时间 理论上 冷却时间与最大产品厚度的平方或最大流道直径的幂的1 6次成正比 也就是 这里熔融塑料的热扩散系数 thermaldiffusivity 定义为 或 冷却理论分析 2020 1 17 Page25 冷却时间与模温 增加模温 冷却时间延长 厚2mm 长200mm的产品 以推荐的料温及1秒时间注射 冷却理论分析 2020 1 17 Page26 冷却与翘曲 当塑料接触到模具时 一边是冷的 另一边是热的 不同的冷却便发生了 热的一边要比较长的时间冷却和收缩 收缩大 而导致热的一边象弓一样弯曲 冷却理论分析 2020 1 17 Page27 热量聚积 热量聚积在角落处 使得角落收缩变形而小于90度 造成典型的盒状弓形翘曲 热集中在公模的角落 热的角落 相对于凝固部分的收缩 引起翘曲 Cavity冷 Core热 冷却理论分析 2020 1 17 Page28 差动结晶 不平均的壁厚将导致不同的冷却速率 需更长时间冷却的区域将有更高的结晶度 这叫做差动结晶 DifferentialCrystallinity 冷却理论分析 冷却水路设计要点 2020 1 17 Page30 冷却系统设计目标 冷却系统的设计经常受到模穴的几何形状 分模线 滑块和顶针的限制 因此不能僵硬地给出理想分布的设计指南 模具设计者的目标应该是综合考虑各方面因素 设计一个良好的冷却系统 它会 均匀地冷却产品减少循环周期时间 冷却水路设计要点 2020 1 17 Page31 冷却水路设置要使冷却效果均匀 靠近热量较多处远离热量较少处 冷却水路设计要点 2020 1 17 Page32 水路尺寸及排放位置 冷却水管的直径优先采用大于8mm 各个水管的直径应尽量一致 避免冷却液的流速不均产生压力损失 无论多大的模具 水管的直径都不能大于14mm 否则冷却水流难以形成紊流状况 冷却水路设计要点 2020 1 17 Page33 冷却水路的长度 对于中大型模具 进出水口的温差很大会影响冷却效果 从冷却均匀性考虑 进出口温差一般控制在5 以下 对于精密成型模具 则要控制在2 3 以下 每条水路长度在1 2 1 5m以下 增加一条冷却水管的长度会增加热传导的面积 在这个原则上图B会比图A好 然而长的水路可能会产生一些问题 例如压力降增加 沿长度方向温度升高过多 为了避免这些问题 很长的水路应该分成两条或更多短的水路 如图C所示 冷却水路设计要点 2020 1 17 Page34 采用Baffle或Bubbler 在一个冷却管道内任何冷却液的方向改变会增加紊乱度 因此在转弯后热传导的能力会增加 挡板和喷泉都会增大紊乱度 是由于在流动系统中固有转弯和它们的几何形状能够在受限制区进行冷却 因此加强了冷却效果 冷却水路设计要点 2020 1 17 Page35 采用串联Baffle 在多型芯中采用串联挡板水路时 散热不佳 冷却水路设计要点 2020 1 17 Page36 采用串联Bubbler 应采用串联喷泉水路 以助于散热 冷却水路设计要点 结合Moldflow分析的设计案例 2020 1 17 Page38 一个方框形产品 对这种方框形产品 最大的品质问题应该是翘曲变形 而进浇位置与冷却水路设计对产品品质有着较大的影响 结合Moldflow分析的设计案例 2020 1 17 Page39 产品的尺寸与所选用的塑料 塑胶材料 ABS PCCYCOLOYC2950GEUSA 最大外型尺寸 平均肉厚为1 6mm 结合Moldflow分析的设计案例 2020 1 17 Page40 MPA分析寻找合适进浇点 先以MoldflowPartAdviser快速充填分析寻找合适的进浇点 当用两点进浇时 充填压力太大 且塑胶流动路径太长 故不采用 结合Moldflow分析的设计案例 2020 1 17 Page41 MPI分析寻找合适进浇形式 决定采用四点进浇 有以下两种方案 以MoldflowPlasticsInsight分析寻找合适的进浇位置及流道排布 Case1 Case2 结合Moldflow分析的设计案例 2020 1 17 Page42 MPI快速充填分析结果 MPI快速充填分析表明两种方案均能达到流动平衡 Case2充填压力较大 但还不知何种方案的翘曲变形量更小 故需用MPI进一步分析比较 Case1 Case2 结合Moldflow分析的设计案例 2020 1 17 Page43 方案比较 两种方案均采用潜伏式浇口 从扁销上进浇 采用相同的水路设计 设定相同的冷却条件进行分析比较 潜伏式浇口 原始冷却水路设计 结合Moldflow分析的设计案例 2020 1 17 Page44 Case1 Case2充填状况比较 FillTime sec 0 89 1 01 Case1 Case2 结合Moldflow分析的设计案例 2020 1 17 Page45 Case1 Case2充填压力比较 InjectionPressure MPa 120 9 129 2 Case1 Case2 结合Moldflow分析的设计案例 2020 1 17 Page46 Case1 Case2波前温度比较 FlowFrontTemperature deg C 266 2 280 6 271 1 279 7 Case1 Case2 结合Moldflow分析的设计案例 2020 1 17 Page47 Case1 Case2X向变形比较 DeflectionX mm 0 43 0 43 0 86 0 53 0 53 1 06 Case1 Case2 结合Moldflow分析的设计案例 2020 1 17 Page48 0 28 0 31 Case1 Case2Z向变形比较 DeflectionZ mm 0 28 0 31 Case1 Case2 结合Moldflow分析的设计案例 2020 1 17 Page49 初步结论 相比较而言 Case1的翘曲变形较小 注射压力也较小 因此我们采取Case1的进浇位置及流道排布进行模具设计 结合Moldflow分析的设计案例 2020 1 17 Page50 水路设变 但从翘曲分析结果得知 Case1的翘曲变形量仍较大 其中X方向往外张 可否将其再减小 我们变更了冷却水路设计 再设定相同的冷却条件进行分析比较 设变的冷却水路试图使用母模水路矫正产品的变形 设变冷却水路 Case3 原始冷却水路 Case1 结合Moldflow分析的设计案例 2020 1 17 Page51 Case1 Case3冷却水温比较 CoolantTemperature deg C 65 65 1 65 65 4 Case1 Case3 结合Moldflow分析的设计案例 2020 1 17 Page52 Case1 Case3公母模温差比较 TemperatureDifference deg C 2 4 5 96 0 36 6 57 Case1 Case3 结合Moldflow分析的设计案例 2020 1 17 Page53 Case1 Case3充填状况比较 FillTime sec 0 89 0 89 Case1 Case3 结合Moldflow分析的设计案例 2020 1 17 Page54 Case1 Case3充填压力比较 InjectionPressure MPa 120 9 120 9 Case1 Case3 结合Moldflow分析的设计案例 2020 1 17 Page55 Case1 Case3波前温度比较 FlowFrontTemperature deg C 266 2 280 6 266 2 280 6 Case1 Case3 结合Moldflow分析的设计案例 2020 1 17 Page56 0 43 0 43 0 32 0 32 Case1 Case3X向变形比较 DeflectionX mm 0 86 0 64 Case1 Case3 结合Moldflow分析的设计案例 2020 1 17 Page57 0 28 0 24 Case1 Case3Z向变形比较 DeflectionZ mm 0 28 Case1 0 24 Case3 结合Moldflow分析的设计案例 2020 1 17 Page58 翘曲变形状况 将翘曲变形量放大10倍 X向 外张 Z向 上翘 结合Moldflow分析的设计案例 2020 1 17 Page59 矫正翘曲变形 设变的冷却水路除了起到均匀冷却作用外 还要起到矫正翘曲变形的作用 通过改变成型条件 特别是改变冷却水温来进一步减小翘曲变形 不过 该改变哪一条水路的水温才好呢 结合Moldflow分析的设计案例 2020 1 17 Page60 设变成型条件 Case4 冷却水温 结合Moldflow分析的设计案例 2020 1 17 Page61 Case3 Case4冷却水温比较 CoolantTemperature deg C 65 65 4 50 65 1 Case3 Case4 结合Moldflow分析的设计案例 2020 1 17 Page62 Case3 Case4公母模温差比较 TemperatureDifference deg C 0 36 6 8 0 77 12 4 Case3 Case4 结合Moldflow分析的设计案例 2020 1 17 Page63 Case3 Case4充填状况比较 FillTime sec 0 89 0 89 Case3 Case4 结合Moldflow分析的设计案例 2020 1 17 Page64 Case3 Case4充填压力比较