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水路分布原則與水路形式及規格 序設計者應知道成型周期相當大的部分 有時可占到成型周期的80 要用于冷卻 因而對于生產率要求較高的模具 將這種 損失 時間控制到最小是絕對必要的 而用于冷卻的工具就是水路 所以水路的排布在整個模具設計過程中占有非常重要的地位 在這一部分我主要講述了水路排布的原則 水路的基本形式和水路規格 在 水路排布原則 一章主要從以下几部分來闡述 1 水路設計的目的 2 冷卻的基本原理 3 水路設計過程中應注意的几個問題 在 水路形式及規格 一章中主要列舉了實際設計中用到的冷卻水路的基本形式 在最后 將以往分析的兩個經典案例進行綜合講解 以加深對前述內容的理解和記憶 水路分布原則 水路設計的目的 水路設計的目的是使成品均勻冷卻 并在較短時間內頂出成型 水路排布的好壞直接影響到產品的成型品質和生產周期 成本 對品質的影響 在成型時水路是用來控制模具溫度的 而模具溫度及其波動對制品的收縮率 變形 尺寸穩定性 機械強度 應力開裂和表面質量等均有影響 主要表現在 表面光潔度 殘余應力 結晶度 熱彎曲 對生產周期的影響 一個成型周期主要由以下几部分構成 縮短冷卻時間就是提高成型效率 冷卻的基本原理 從塑料到模穴壁的熱傳導 冷卻系統的行為受從塑料中移走的熱量和轉移到模穴表面的溫度的影響 它會受到材料性質 熔體溫度和模具表面溫度的差異以及冷卻中的塑料和模具材料之間接觸好壞的影響 冷卻的基本原理 從模穴壁到水管壁的熱傳導 冷卻系統行為也受通過模具材料到達冷卻水管的熱傳導的影響 模具材料的性質 包括熱傳導率 冷卻水管和塑料表面的距離 和塑料熔體與冷卻水管內部溫度之差 也影響冷卻系統行為 水管距離模穴越近 熱量移走得越快 然而 把它們放置得離模穴過近 會產生模穴表面溫度的局部變化 除非增加額外的水管減小相鄰水管的距離 因此 最優化的水管放置應是均勻冷卻與快速冷卻的折中 冷卻的基本原理 從水管壁到冷卻介質的熱傳導 冷卻系統行為也受從模具材料到冷卻介質熱傳導的影響 熱傳導受冷卻液流經模具材料時的紊亂程度 冷卻液進口溫度 冷卻液的性質及冷卻液的流速的影響 冷卻液紊亂時混合作用的影響 從水管外壁到冷卻液的熱傳導比層流有效得多 過大的紊亂會浪費泵功率 而且沒有獲得更大的熱傳導能力 在考慮冷卻介質時 要確保成型廠有能力提供足夠多的冷卻液體積 在足夠的壓力下達到所需的流速 并在一個溫度和所需的速率下釋放熱 水路設計過程中應注意的几個問題 加強熱點的冷卻 避開冷點所謂熱點就是肉厚相對較厚且不能充分散熱的區域 水路設計過程中應注意的几個問題 靠近高熱量區 遠離低熱量區 水路設計過程中應注意的几個問題 積熱區 水路設計過程中應注意的几個問題 所謂冷點肉厚較薄處 滯流區及波前對接處 不要在此區域的上方加冷卻水路 水路設計過程中應注意的几個問題 圈示產品的凹陷區域有滯流區 固不能在此上方排冷卻水路 水路設計過程中應注意的几個問題 水管的長度不能太長 冷卻液從水管進口到出口的溫度變化就在5度以內 較精密的產品就控制在3度以內 水路設計過程中應注意的几個問題 在用熱澆道成型的模具中 需加強對熱澆道的冷卻 在下面的例子中 最初設計時 沒有排冷卻熱澆道的水路 其為倒裝模 在公模側熱澆道的附近溫度較高 進水溫度設為50度 最高溫度為90 水路設計過程中應注意的几個問題 設變水路為 在熱澆道的周圍加一圈如圖中紅色的水路 溫度明顯降低 最高溫度為72 水路的基本形式及規格 冷卻系統的基本形式如下 我們最常用的有A F 特殊情況下用冷卻棒 在模具中的基本排布方式 水路的基本形式及規格 串聯水路優優點統一的流動率統一的熱交換缺缺點 較高的壓降 並聯水路優優點用在入子的周圍最好高體積低壓力缺缺點沒有統一的流動率易於堵塞 水管規格及其與成品肉厚的關係 水路的基本形式及規格 確定冷卻水孔的直徑應注意的問題是 無論多大的模具 水孔的直徑不能大於14mm 否則冷卻難以形成亂流狀況 一般水孔的直徑可根據制品的平均肉厚來確定 平均肉厚為2mm時 水孔的直徑取8 10mm 平均肉厚為2 4mm時 水孔的直徑取10 12mm 平均肉厚為4 6mm時 水孔的直徑取10 14mm 水路的基本形式及規格 改善前 改善后 水路的基本形式及規格 水路的排布及冷卻形式 1 採用模板循環水路直接冷卻形式 水路的基本形式及規格 2 採用模仁循環水路直接冷卻形式 水路的基本形式及規格 水路的基本形式及規格 3 採用模板 模仁聯合循環水路直接冷卻形式 水路的基本形式及規格 水路的基本形式及規格 水路的基本形式及規格 4 斜銷中水路的冷卻形式 5 滑塊中水路的冷卻形式 6 採用推套推出結構時 小直徑型芯的冷卻回路 水路的基本形式及規格 7 圓形制品的型腔採用入子結構的冷卻回路 8 在模穴中設置特殊隔板的冷卻回路 水路的基本形式及規格 水路的基本形式及規格 9 在氣閥及推桿內設置的冷卻回路 10 對主流道部位採用噴水式冷卻回路 水路的基本形式及規格 11 溫控回路沿型芯表面排列的隔板式冷卻回路 12 高熱傳材料插入型芯中的圖例 水路的基本形式及規格 13 负压水路 14 適用於箱形制品的冷卻回路 左图为专利冷却系统 Logivac 流动是靠真空形成的 所以在镶件接合处不会漏水 主要适用于细长型芯如生产笔筒的型芯 水路的基本形式及規格 15 沿制品形狀設置的冷卻回路 16 適用於小直徑型芯的冷卻回路 水路的基本形式及規格 17 採用渦流式冷卻回路圖示 18 採用徘徊式冷卻回路圖示 水路的基本形式及規格 19 採用渦流式冷卻回路圖示 20 採用水桶式制品冷卻回路圖示 水路的基本形式及規格 21 公模一側的澆口部位強行冷卻回路圖示 21 冷卻回路的綜合運用形式圖示 水路的基本形式及規格 經典案例分享 共設計15條水路 公模側有6條水路 母模側有7條水路 滑塊有2條水路 進出水方向 冷卻水路設計 1 公模面溫度 BottomTemperature 冷卻分析結果 case1 公模側溫度分布大部分較均勻 但圈示區域溫度較高 應加強冷卻 TopTemperature 母模面溫度 冷卻分析結果 case1 母模側溫度不均勻 澆口周圍溫度較高 溫度分布在51 71范圍內 公母模面溫差分布不均勻 母模溫度較高 溫差范圍在 15 14deg c 母模面與公模面溫差 Temp Difference 冷卻分析結果 case1 成品的體積收縮大部分約為4 四周較厚區域體積收縮稍大 體積收縮百分比 VolumetricShrinkage 保壓分析結果 case1 最大凹痕深度為0 021mm 分布在澆口附近 應不會影響產品外觀 但大部分肋周圍凹痕深度在0 010mm左右 為可見凹痕 凹痕深度 SinkMark 保壓分析結果 case1 Z方向收縮不均勻 變形方向如圖所示 最大變形為8 9mm 變形量較大 Z向變形 ZDeflection 翹曲分析結果 case1 8 9mm 共設計21條水路 共增加6條水路 其中公模增加1條 母模增加3條 滑塊增加2條 目前公模側有7條水路 母模側有10條水路 滑塊有4條水路 進出水方向 冷卻水路設計 2 冷卻水進出口溫度如圖所示 藍色表示進水溫度為40deg c 紅色表示進水溫度為60deg c 冷卻劑溫度 CoolantTemp 冷卻分析結果 case2 公模面溫度 BottomTemperature 冷卻分析結果 case2 公模側溫度分布與case1相似 且澆口附近溫度較case1高 有利于控制變形 TopTemperature 母模面溫度 冷卻分析結果 case2 母模側溫度如圖 大部分區域溫度較均勻 澆口周圍溫度較高 公母模面溫差分布大部分較均勻 局部溫差較大 母模面與公模面溫差 Temp Difference 冷卻分析結果 case2 Z方向收縮不均勻 變形方向如圖所示 最大變形為1 9mm 變形量明顯減小 Z向變形 ZDeflection 翹曲分析結果 case2 1 9mm 共設計6條水路 公母模側各有3條水路 進出水方向 冷卻水路設計 1 TopTemperature 由于兩端采用低溫冷卻 母模側溫差較大 母模面溫度 冷卻分析結果 case1 公模面溫度 BottomTemperature 公模側溫度分布也不均勻 紅色表示溫度較高 冷卻分析結果 case1 母模與公模面溫差分布不均勻 由于母模側溫度較低 導致母模與公模面溫差較大 母模面與公模面溫差 Temp Difference 冷卻分析結果 case1 Z方向收縮不均勻 變形方向如圖所示 右下圖為放大10倍后的變形 綠色線框為變形前形狀 Z向變形 ZDeflection 1 0mm 0 69mm 0 61mm 保壓分析結果 case1 共設計12條水路 公模側3條水路 母模側9條水路 進出水方向 冷卻水路設計 2 TopTemperature 母模側溫度分布如圖 與方案一相比更均勻 母模面溫度 冷卻分析結果 case2 公模面溫度 BottomTemperature 公模側溫度分布不均勻 紅色表示溫度較高