gbm模具冷却系统设计

1、朱清華 2003. 12. 24.,冷卻系統設計 Cooling System Design,冷卻系統設計初級講義,冷卻系統的設計，必須考慮到冷卻效果以及冷卻的均勻性，又要考慮冷卻系統對於模具整體結構的影響。冷卻系統的設計包括下列內容：,1、 冷卻系統的排列方式及冷卻系統的尺寸 2、 入子及滑塊的冷卻 3、 障板管，以及噴泉管 4、 冷卻系統密封結構的應用,冷卻系統設計,冷卻系統檢查點,水路尺寸大小、型號規格是否合理 母模(定模)側水路排布是否合理及有無干涉 公模(動模)側水路排布是否合理及有無干涉 側視圖有無水路 水路尺寸有無標註及標號 “O”型環規格及擺放位置是否合理,冷卻系統檢查點,7.

2、冷卻水路尺寸和配置是否恰當。 8.冷卻水路與模穴(型腔)表面的距離最好保持一致。也就是說，水路的排列最好遵循模穴的輪廓。 冷卻水路與模穴(型腔)的距離，盡量不要小於10mm。 9.如果可以的話，滑塊也需要冷卻。 10.澆口附近應加強冷卻。 11.水路入口與出口的溫差儘量降低。,典型的冷卻系統,冷卻迴路 1 Cooling Circuit 1,冷卻迴路 2 Cooling Circuit 2,軟管 Hoses,收集歧管 Collection manifold,供給歧管 Supply manifold,泵 Pump,水路最好和模穴(型腔)保持等距，遵循模穴(型腔) 的輪廓配置。,水路配置 Wate

3、r Channel Layout,產品(制件),水路遵循模穴(型腔) 的輪廓配置,水路遵循模穴(型腔) 的輪廓配置,酒瓶包裝盒模水路配置,水路直徑、深度和間距,D : 直徑為10至14mm Diameter of Cooling Channel, 10 to 14 mm d : 深度為2D至3D Depth, D, to 3D P : 間距為3D至5D Pitch, 3D to 5D,滑塊冷卻 Cooling of Slide,滑塊加水路為宜。,滑塊冷卻 Cooling of Slide,滑塊冷卻 Cooling of Slide,澆口冷卻 Cooling of Gate,澆口附近應加強冷卻。

4、,水路出口,水路入口,水路入口,水路出口,澆口附近加強冷卻,澆口附近加強冷卻,水路入口,水路入口,水路出口,水路出口,水路入口,水路出口,水路出口,水路入口,澆口附近加強冷卻,入口對嗎 ?,警訊： 母模(定模)側螺旋形水路的入口遠離澆口，而公模(動模)側螺旋形水路的入口直達澆口。 包裝盒側壁公母(動定)模面溫差大，易變形，尺寸不穩定。,酒瓶包裝盒模水路配置,水路直徑 Water Channel Diameter,擔負主要冷卻任務的水路的水力直徑(hydraulic diameter)最好一致。,。,流動平衡 Flow Balance,擔負主要冷卻任務的水路應均分流量。,不平衡的設計 Unbal

5、anced Design,牛頓冷卻定律,一冷卻體之冷卻速率與該物及冷卻介質之溫差成正比,冷卻介質從模具帶走的熱量,模具與冷卻介質間的熱傳係數 (W/m2 - K),冷卻孔道的熱傳面積 (m2),模具與冷卻介質的溫度差 (K),冷卻時間 (s),熱傳係數 Heat Transfer Coefficient,：與冷卻介質的熱性質(thermal properties) 和溫度有關,V：冷卻介質的流速,D：冷卻孔道的直徑,冷卻速率與溫差和流速的關係,模具冷卻速率不僅與模具與水的溫差成正比，也與水的流速的0.8次方成正比。,紊流 Turbulent Flow,擔負主要冷卻任務的水路應維持紊流。,紊流

6、Turbulent Flow,層流 Laminar Flow,紊流和層流 Turbulent and Laminar Flows,雷諾數 Reynolds Number,雷諾數(無因次) Reynolds number (dimensionless),密度 density (g/cm3),直徑 diameter (cm),速度 velocity (cm/sec),黏度 viscosity (poise or dyne-sec/cm2 or g/cm-sec),雷諾數 Reynolds Number,當雷諾數小於2,100， 流體是層流。當雷諾數在2,100和10,000之間，流體從層流過渡到紊

7、流。 當雷諾數到了10,000 ，流體全然成為紊流。 The flow is laminar when the Reynolds number is below 2,100. In the range of Reynolds numbers between 2,100 and 10,000, the transition from laminar to turbulent flow takes place. At a Reynolds number of about 10,000, the flow becomes fully turbulent.,差的設計 Poor Design,好的設計

8、Better Design,蓋子冷卻 Cap Cooling,警訊： 20C的水在8水路中要成為紊流，流量要在3.8 lit/min以上。 二螺旋形水路的流量分別為2 lit/min左右， 要確保紊流，尚有不足。,酒瓶包裝盒模水路設計,相應於不同水孔孔徑與水溫時，要達到紊流狀態(Re：600010,000)時，所須的流速及流量,上段：流速m / s，下段：流量l / min,出入口水溫差 Water Temperature Difference between Water Inlet and Outlet,出口與入口水溫差以不超過5C為宜。,警訊： 二螺旋形水路出入口水溫差大於5C (公模仁(

9、動模型芯)內之螺旋形水路的水溫差高達(34.59 25.01 =) 9.58C。),酒瓶包裝盒模水溫分布,水路標號和標註 Numbering and Notes of Water Channel,水路應標號和標註。,模具冷卻設計,模具有效的冷卻迴路設計為維持成形品尺寸的精準度和穩定性，改善產品的品質縮短冷卻時間，增加總生產量,適當且有效的冷卻將增加成形品的品質和產量,模具冷卻位置及方式,成品兩側的溫度差應保持最小，且再成品所需緊密公差內，不可超過10C。 以鋼模來說，建議冷卻水管表面與模穴或模心的距離（深度）為2個單位的冷卻水管直徑，根據經驗法則冷卻管路的深度，模具材質若為鋼要1個單位，鈹銅合

10、金要有1.5個單位，鋁要有2個單位的冷卻水管直徑;-而兼具（冷卻水管間的距離）則要有35倍的直徑，通常冷卻水管的直徑從10mm至14mm（7/16-9/16英吋）,母模側障板管設計,做水路的串聯方式 每一條水路都要注明進出符號（#IN,#OUT）,公模側障板管設計,隔板式，噴泉式，和熱管,隔板式,噴泉式,熱管,常用水路,模具冷卻設計準則1,圖7-17 典型的冷卻水管尺寸：直徑d)，深度(D)，及間距(P,圖 7-18 層流流與亂,模具冷卻設計準則2,模具冷卻設計的考慮事項,冷卻效率,以上各案例，其凝固層的變化皆為在肉厚大的區域離澆口較遠，導致保壓路徑被肉厚小的區域所阻隔，造成縮水,改善方法：

11、1.增加縮水處的冷卻效率，方法為加入子或增加水道。 2.修改成品，範例如下,設變前,設變後,冷卻系統考量重點,1、 除非客戶特殊要求或者是較大組的模具，否則水管一律以徑 8mm 為設計標準。 2、 在均勻冷卻的原則下，公模水管距離分模面距離需等於母模水管距離分模面距離。 3、 噴泉管、障板管等設計根據客戶要求決定。 4、 如果有特別難以冷卻的地方，可以利用鈹銅入子替換掉。（如營幕後殼天地側的四個角落） 5、 精密產品（要求變形量）必須經過CAE分析驗證。 2D 標注重點 1、當分模面非平面時，水管的尺寸標注基準必須改為由模板底側標注 一般來說，水管位置會從分模面標起（目的在於避免加工錯誤，因為

12、從分模面標起，加工時可以確保分模面與水管間的距離）。但是當分模面不是平面，而是如上圖的曲面時，會有下列兩種狀況發生：,1、先做NC加工，再做銑床鑽孔：銑床加工人員不容易量取正確的距離，加工容易造成誤差。 2、先做銑床鑽孔，再做NC加工：銑床人員必須再花時間量取確實的分模面位置，浪費時間又容易做錯。 為了避免上面狀況發生，設計人員在標注尺寸時就必須從分模面的另一側標注尺寸，如下圖。 如果分模面上有一段平面的話，則水管的位置還是由分模線位置標注。,冷卻系統設計檢查表 2003. 12. 24,水路最好和模穴(型腔)保持等距，遵循模穴(型腔) 的輪廓配置。 。 水路配置應遵照ii圖示原則。 滑塊加水路為宜。 澆口附近應加強冷卻。 擔負主要冷卻任務的水路的水力直徑最好一致。 擔負主要冷卻任務的水路應均分流量。 擔負主要冷卻任務的