基于CAE分析的注射模冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計

唐光胤，劉 波，魏 偉

（濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機電工程系，河南 濟源 459000）

1 引言

在注塑成型中，模具溫度直接影響到制品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。通過溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，保持適當(dāng)?shù)哪＞邷囟龋蓽p小塑件的變形、增強塑件力學(xué)性能、改善塑件的表觀質(zhì)量、提高塑件尺寸精度和穩(wěn)定性。

對于任何一個塑料制品，模溫波動較大都是不利的，過高的模溫會使制件在脫模后發(fā)生變形，若延長冷卻時間又會使生產(chǎn)率降低。過低的模溫會降低塑料的流動性，使其難于充滿型腔，增加制品的內(nèi)應(yīng)力，所以設(shè)計合理的冷卻系統(tǒng)，對模具溫度進行有效調(diào)節(jié)是十分必要的。

然而,由于各種塑料的性能和成型工藝的要求也不盡相同，對注射模的要求也不盡相同，傳統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)設(shè)計完全建立在經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，通過不斷試模進行修改，增加模具制造時間及成本，因此，結(jié)合C A E分析對模具冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計在一定程度上能縮短試模時間，從而提高冷卻系統(tǒng)的可靠性，減少設(shè)計人員設(shè)計冷卻系統(tǒng)的盲目性。

2 注射模的冷卻分析

圖1 冰箱的接水盒圖

由于實際塑件形狀十分復(fù)雜，因此光借助一些簡化公式或經(jīng)驗公式來分析冷卻系統(tǒng)的可行性存在著很大局限性。MOLDFLOW分析軟件就為我們解決了這一難題。下面結(jié)合冰箱的接水盒（圖1）進行流程分析：

（1）建模及準(zhǔn)備階段。用三維C A D軟件U G對塑件建模，并將其轉(zhuǎn)化為STL格式，用fusion模型導(dǎo)入MOLDFLOW分析軟件，劃分網(wǎng)格。通過診斷,即Mesh Statistics查詢網(wǎng)格狀態(tài)，其中match ratio必須為85%以上，才能進行分析。

建立澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)見圖2，采用四個點澆口，以便去除澆口，易形成自動化生產(chǎn)，效率高，且表面質(zhì)量好。注意在建立完澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，必須對其進行連通性檢查，否則分析就會失敗。

圖2 澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)圖

（2）工藝條件。塑料材料選用A B S，其工藝參數(shù)為：熔體溫度為220℃，模具溫度為50℃。在本例中冷卻水管直徑采用8 m m，冷卻介質(zhì)為水，溫度為25℃，流率為2.5 L/min，入口雷諾指數(shù)為10000。注射、保壓、冷卻時間為30 s，用于開模頂出時間為5 s。

（3）冷卻模擬分析。模擬：根據(jù)上述工藝條件，對塑件的冷卻過程進行模擬分析，得到部分模擬結(jié)果見圖3至圖5，其中圖3為型腔表面的溫度分布，圖4為塑件完全固化時間，圖5為冷卻介質(zhì)的溫度變化。

分析：由圖3可知，模具型腔的最高溫度為89.75℃，其最低溫度為35.22℃，其平均溫度為58.59℃；由圖4可知，水的冷卻循環(huán)時間為26.37℃；由圖四可知，冷卻介質(zhì)的入口溫度與出口溫度最大差為1.1℃，溫度差控制在2℃之內(nèi)。

圖3 型腔表面的溫度分布圖

圖4 塑件完全固化時間圖

圖5 冷卻介質(zhì)的溫度變化t u

3 結(jié)語

注射模冷卻系統(tǒng)的設(shè)計和分析對塑件的質(zhì)量和生產(chǎn)效率有重要影響，通過MOLDFLOW對冷卻系統(tǒng)進行定性的分析，從而改進冷卻系統(tǒng)的位置、大小，設(shè)計出合理的冷卻系統(tǒng)，從而提高一次試模的成功率。

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