基于MOLDFLOW食品加工容器模具冷卻位置的有限元分析

張爽華

（安徽國防科技職業(yè)學(xué)院，安徽 六安237011）

傳統(tǒng)的塑料模具的冷卻水道只能單純依靠設(shè)計人員的經(jīng)驗來確定，這樣設(shè)計的冷卻水道往往難以達到理想的冷卻效果，還容易導(dǎo)致成形的塑件出現(xiàn)翹曲變形。目前對于冷卻水道的模擬分析，主要采用CAE有限元進行分析。

Moldflow軟件在CAE有限元分析軟件中比較有代表性，可以對模具的冷卻水道的冷卻效果進行準(zhǔn)確的模擬，能看到所設(shè)計的冷卻水道的冷卻效果。

1 食品加工容器塑件分析

圖1所示為模具成形的塑件——食品加工容器，該產(chǎn)品主要用于廚房，產(chǎn)品的材料為PS，這種塑料是線性結(jié)構(gòu)的熱塑性高聚物，密度為1.054 g/cm.PS塑料有一定的絕緣性能，機械性能好，成型工藝好，但是其成形的產(chǎn)品脆性大，耐沖擊性和耐熱性差，所以大部分的PS用于不受沖擊的透明儀器、生活用品等。

圖1 食品加工容器產(chǎn)品三維模型

2 模具冷卻系統(tǒng)設(shè)計方案確定

模具溫度會直接影響到所成形的塑件的質(zhì)量以及生產(chǎn)效率，因此，塑料模具在成形的時候需要設(shè)置冷卻系統(tǒng)以達到理想的溫度要求。冷卻系統(tǒng)的設(shè)計原則：

（1）合理布置冷卻水通道。冷卻水通道應(yīng)沿著型腔的形狀，均勻布置在型腔四周。

（2）冷卻水道至型腔表面的距離應(yīng)盡可能的保持一致。當(dāng)塑件壁厚不均勻時，應(yīng)在厚壁處強化冷卻。

（3）強化澆口處的冷卻。澆口處加強冷卻，可以防止熔體的倒流。

（4）避免在塑件熔接痕處設(shè)置設(shè)置冷卻水道。熔接痕一般是因為多股料流的匯合而形成的，如果在此處設(shè)置冷卻水道，將導(dǎo)致熔接痕更嚴(yán)重。

在此原則下，針對本產(chǎn)品的圖形特點，確定兩種冷卻系統(tǒng)方案：

第一種，動模上的水路和定模上的冷卻水路垂直排列；第二種，動模上的水路和定模上的水路平行排列。

3 回路冷卻介質(zhì)溫度分析

回路冷卻介質(zhì)溫度分析反應(yīng)了冷卻回路進水口和出水口的溫差大小，通常要求溫差在5℃范圍內(nèi)，當(dāng)然越小越好。

根據(jù)要求，設(shè)計的方案一的分析圖片如圖2所示。

圖2 方案一的回路冷卻介質(zhì)溫度分布圖

方案二的分析圖片如圖3所示。

圖3 方案二的回路冷卻介質(zhì)溫度分布圖

方案一進出水口溫差為0.34左右，方案二的進出水口溫差0.62左右，這兩個方案的溫差都小于1，都滿足塑件的冷卻需求。

4 達到頂出溫度的時間分析

方案一的時間分析如圖4所示。

圖4 方案一的塑件達到頂出溫度的各部分時間圖形

方案二的時間分析如圖5所示。

該項分析顯示了，塑件從熔融狀態(tài)到冷卻變硬（足以被頂桿頂出的程度）的過程。這時間決定了塑件的成型周期，大概占整個成型周期的60%.

圖5 方案二的塑件達到頂出溫度的各部分時間圖形

5 結(jié)束語

通過以上比較，這兩種方案都滿足冷卻的需要。第二種方案由于容易與模具的結(jié)構(gòu)有沖突，在設(shè)置時會影響到頂桿，所以不采用這種方式。綜合比較，我們選擇第一種方案，模具冷卻系統(tǒng)如圖6所示。

圖6 模具冷卻系統(tǒng)圖形

實踐證明，采用第一種冷卻方案的模具，成形的食品加工容器產(chǎn)品質(zhì)量能達到要求。運用moldflow軟件對產(chǎn)品進行有限元分析，可以提前預(yù)知模具冷卻系統(tǒng)設(shè)計的好壞，避免了依靠經(jīng)驗的不確定性。

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