摘要：注射模冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不但關(guān)系到塑件質(zhì)量而且也關(guān)系到注射成型生產(chǎn)效率。因塑件所用塑料的性能、塑件的結(jié)構(gòu)以及成型工藝參數(shù)不同，注射模對(duì)其冷卻系統(tǒng)的要求也不相同。本文闡述了CAE(Moldflow)技術(shù)在塑料制品(碗櫥上蓋)注射成型冷卻系統(tǒng)中的應(yīng)用并進(jìn)行模擬分析，并根據(jù)冷卻分析的結(jié)果提出了相應(yīng)的優(yōu)化方案，最終獲得了良好的冷卻效果。

 

關(guān)鍵詞：CAE；冷卻系統(tǒng)；模具溫度；模擬分析

 

 

前言

 

    在注塑成型中，模具溫度直接影響到塑件的質(zhì)量(例如：翹曲變形、收縮率、耐應(yīng)力開(kāi)裂性)、熔體的充模能力、熔體的溫度以及注塑成型的生產(chǎn)率。通過(guò)溫度調(diào)節(jié)，保持適當(dāng)?shù)哪＞邷囟?，可減小制品的變形、增強(qiáng)制品力學(xué)性能、改善制品的表面質(zhì)量、提高制品尺寸精度；同時(shí)，縮短占整個(gè)注射循環(huán)周期約80％的冷卻時(shí)間，這將有利于提高注塑成型的生產(chǎn)率。因此，分析并優(yōu)化設(shè)計(jì)注塑成型模具的冷卻系統(tǒng)，在一定程度上有利于塑件質(zhì)量的提高和生產(chǎn)成本的降低。

 

 

1  影響冷卻系統(tǒng)的因素

 

    影響注塑模冷卻系統(tǒng)的因素很多。如塑件的結(jié)構(gòu)形狀和分型面的設(shè)計(jì)，冷卻介質(zhì)的種類(lèi)、溫度、流速，冷卻管道的幾何參數(shù)及空間布置，模具材料，熔體溫度，塑件要求的頂出溫度，模具溫度，塑件和模具問(wèn)的熱循環(huán)交互作用，冷卻時(shí)間等。例如，提高模具溫度會(huì)增加制件的冷卻時(shí)間、增大制件收縮率和脫模后的翹曲，制件成型周期也會(huì)因?yàn)槔鋮s時(shí)間的增加而延長(zhǎng)，降低生產(chǎn)率；另一方面，降低模具溫度，雖然能夠縮短冷卻時(shí)間、提高生產(chǎn)率，但是，這將會(huì)降低熔體在模腔內(nèi)的流動(dòng)能力，并導(dǎo)致制件產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力或者形成明顯的熔接線(xiàn)痕等制件缺陷。冷卻時(shí)間的長(zhǎng)短決定了制件脫模時(shí)的溫度和成型周期的長(zhǎng)短，直接影響產(chǎn)品成本及質(zhì)量的高低。

 

    基于以上多方面因素的分析，并考慮MPI/Cool提供了對(duì)冷卻管道(包括隔板管、噴流管、連接軟管)、鑲塊、多種模具材料、冷流道和熱流道、分型面及模具邊界對(duì)模具和制品溫度的冷卻模擬分析的功能，這些都為優(yōu)化設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)提供了可靠的依據(jù)。

 

 

2  注塑模的冷卻分析

 

2.1模型的建立及成型工藝參數(shù)的預(yù)置

 

    碗櫥上蓋大小為500mm×480mm×250mm，整個(gè)產(chǎn)品的厚度均為3mm。

 

    首先應(yīng)用PROE獲得碗櫥上蓋產(chǎn)品的三維模型，并以*.stl的文件格式導(dǎo)入Moldflow中。然后對(duì)制件以Fusion的格式進(jìn)行網(wǎng)格劃分并利用有限元方法的相關(guān)軟件進(jìn)行有限元修復(fù)，最終獲得的參數(shù)如下：面單元數(shù)=11185，節(jié)點(diǎn)數(shù)=5680，單元的匹配率=79.0％。

 

    冷卻分析的預(yù)置工藝參數(shù)如下：成型材料選擇Polyflam Rpp1058-295(PP)，模具溫度50℃，熔體溫度230℃，開(kāi)模時(shí)間5秒，注塑保壓冷卻時(shí)問(wèn)總和為30秒，填充控制、速度/壓力控制轉(zhuǎn)換為自動(dòng)控制，保壓控制為填充壓力與時(shí)間關(guān)系，采用默認(rèn)值。

 

    冷卻系統(tǒng)中，預(yù)置冷卻管道的布局，依據(jù)塑件結(jié)構(gòu)預(yù)置3根冷卻管道，冷卻管道的直徑為10mm；冷卻介質(zhì)為水，其溫度為25℃，流率2.54L/min；人口雷諾系數(shù)為10000；模擬分析流程為Cool模式。

 

2.2冷卻分析

 

    冷卻分析是用來(lái)分析模具內(nèi)的熱傳遞，主要包含塑件和模具的溫度、冷卻時(shí)間等。決定冷卻系統(tǒng)性能優(yōu)劣的因素如下：樹(shù)脂熔體對(duì)模具的熱傳導(dǎo)速率；整個(gè)模具中從塑料熔體/金屬界面到金屬/冷卻劑界面的熱傳導(dǎo)速率；從金屬/冷卻劑界面到冷卻劑的傳導(dǎo)速率。即熱傳遞性能決定了冷卻系統(tǒng)的性能，其中影響塑料熔體到模具壁的熱傳遞速率的因素有：熔體的材料性能，如比熱、熱傳導(dǎo)能力；熔體與模壁之間的溫度梯度；熔體和模具之間的接觸性能。