注射模具冷却系统设置

2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen2019/8/16Page1Moldflow与注射模具冷却系统设计卫道科技集团/深圳泰道电脑有限公司陈德铮2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen2019/8/16Page2课程内容冷却系统设计的重要性冷却系统的构成及类型冷却理论分析冷却水路设计要点结合Moldflow分析的设计案例2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen冷却系统设计的重要性2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen2019/8/16Page4冷却的影响产品品质表面光洁度残余应力结晶度热弯曲生产成本顶出温度循环时间冷却系统设计的重要性2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen2019/8/16Page5冷却影响产品品质表面光洁度：许多材料需要相对高的模具表面温度，在生产中以获得良好的表面光洁度，如果某些区域与另一些区域的模穴温度不同，那么在成品表面就会看到不同的表面光泽。残余应力：残余应力是在充填或保压过程中剪切应力的结果。除了流动导致应力外，由于产品表面温度不同，各个部分以不同的速率冷却时也会产生残余应力。这些残余应力可能是产品在使用过程中过早损坏或者产品翘曲和扭曲的原因。为了减小这些应力，就需要均匀的冷却。结晶度：半结晶材料成型过程中呈现的结晶度受熔体冷却的影响。产品冷却过程中结晶度的不同会影响体积收缩，要保待所需要的尺寸公差是困难的。不同区域体积收缩的显着变化通常是产品翘曲的一个原因。热弯曲：如果模具的上表面和下表面的温度不同，一旦产品从模具中顶出，由于在上下表面之间不同的热收缩速率，产品会弯曲。冷却系统设计的重要性2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen2019/8/16Page6冷却影响生产成本顶出温度：产品从模具中顶出的温度会受很多因素的影响。产品的强度必须足够大，以抵抗由于体积收缩的变化和残余应力而产生的翘曲，和顶出系统对产品施加的局部应力。顶出力受产品的几何形状、模具的表面光洁度和在充填与保压过程中模穴的填充度的影响。注射时间保压时间冷却时间开模时间循环时间:通常，循环时间是产品的温度降到能安全顶出的温度所花的时间。如果充填和保压过程都是最佳化的，改善冷却行为可以显著地减小冷却时间。因为冷却时间通常包括80%的循环时间，所以减小冷却时间会显著减小循环时间和生产成本。andPacking冷却系统设计的重要性2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen冷却系统的构成及类型2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen2019/8/16Page8冷却系统的构成冷却系统的构成及类型2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen2019/8/16Page9冷却水路的类型串联水路优点–流速均匀–排热均匀缺点–压降高并联水路优点–适用于入子四周–低压下可达高流速缺点–各分支流速不一样–各分支冷却效果不佳–易产生污垢冷却系统的构成及类型2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen2019/8/16Page10冷却水路的基本形式直线式圆管直线式方管冷却系统的构成及类型2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen2019/8/16Page11冷却水路的基本形式圆形弯管方形弯管冷却系统的构成及类型2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen2019/8/16Page12冷却水路的基本形式挡板(Baffle)喷泉(Bubbler)冷却系统的构成及类型2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen2019/8/16Page13冷却水路的基本形式吸热管(ThermalPin)冷却系统的构成及类型2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen冷却理论分析2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen2019/8/16Page15热量在注射成型中的传递热量由熔融塑料带入热量从冷却水路传入或传出辐射散热对流散热热量散失到模板上冷却理论分析2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen2019/8/16Page16从塑料到模穴壁的热传导影响冷却系统性能的参数–模具材料热特性•比热•导热性–料温和模温之间的温度梯度–塑料和模穴壁之间接触的质量•确信良好的接触冷却理论分析2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen2019/8/16Page17从模穴壁到水管壁的热传导影响冷却系统性能的参数–模具材料热特性•比热•导热性–冷却水管和塑料表面的距离•均匀冷却与快速冷却的折中–料温和水温之间的温度梯度冷却理论分析2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen2019/8/16Page18从水管壁到冷却介质的热传导影响冷却系统性能的参数–冷却液紊乱程度•确信达到紊流状态，但亦不宜过大–冷却液进口温度–冷却液的性质–冷却液的流速冷却理论分析2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen2019/8/16Page19典型模具材料的热特性MaterialThermalConductivityW/m/degKSpecificHeatJ/kg/degKDensityKg/m3Aluminum221.99202699P20294607800CarbSt41.94607833BeCu1304208415420ss24.9401.77750H-1328.2454.77750C17200(BeCu)1053808350C17510(BeCu0)2453808820C18000(NiSiCrCu)207.64048580冷却理论分析2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen2019/8/16Page20冷却液流动与雷诺数雷诺数定义：雷诺数(Re)流动类型10,000Re紊流2,300Re10,000瞬变流100Re2,300层流Re100停滞流这里，为冷却液密度，U为冷却液平均流速，d为冷却水管直径，为冷却液动态粘度。冷却理论分析2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen2019/8/16Page21冷却液流动率与热交换层流的温度梯度雷诺数2300紊流的温度梯度雷诺数230063°C43°C23°C20°C塑料塑料／金属界面冷却液／金属界面冷却液温度梯度冷却理论分析2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen2019/8/16Page22冷却液流动率与热量流动率冷却理论分析2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen2019/8/16Page23散热能力紊流实际散热流动率热交换传导对流交换层流冷却理论分析2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen2019/8/16Page24冷却时间的方程式冷却时间：理论上，冷却时间与最大产品厚度的平方或最大流道直径的幂的1.6次成正比，也就是——这里熔融塑料的热扩散系数(thermaldiffusivity)定义为：或冷却理论分析2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen2019/8/16Page25冷却时间与模温增加模温，冷却时间延长0510152025302030405060708090100110120130140150160170180190200MoldTemperatureCoolingtimesPA66PPABS厚2mm、长200mm的产品，以推荐的料温及1秒时间注射冷却理论分析2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen2019/8/16Page26冷却与翘曲当塑料接触到模具时，一边是冷的，另一边是热的，不同的冷却便发生了。热的一边要比较长的时间冷却和收缩（收缩大），而导致热的一边象弓一样弯曲。热的一边冷的一边张应力凝固和收缩冷的一边热的一边冷却理论分析2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen2019/8/16Page27热量聚积热量聚积在角落处，使得角落收缩变形而小于90度，造成典型的盒状弓形翘曲。热集中在公模的角落热的角落(相对于凝固部分的收缩，引起翘曲)Cavity冷Core热冷却理论分析2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen2019/8/16Page28差动结晶不平均的壁厚将导致不同的冷却速率。需更长时间冷却的区域将有更高的结晶度，这叫做差动结晶(DifferentialCrystallinity)。快速冷却，低结晶度，低收缩率慢速冷却，高结晶度，高收缩率冷却理论分析2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen冷却水路设计要点2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen2019/8/16Page30冷却系统设计目标冷却系统的设计经常受到模穴的几何形状、分模线、滑块和顶针的限制，因此不能僵硬地给出理想分布的设计指南。模具设计者的目标应该是综合考虑各方面因素，设计一个良好的冷却系统，它会：均匀地冷却产品减少循环周期时间冷却水路设计要点2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen2019/8/16Page31冷却水路设置要使冷却效果均匀靠近热量较多处远离热量较少处冷却水路设计要点2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen2019/8/16Page32水路尺寸及排放位置冷却水管的直径优先采用大于8mm，各个水管的直径应尽量一致，避免冷却液的流速不均产生压力损失。无论多大的模具，水管的直径都不能大于14mm，否则冷却水流难以形成紊流状况。冷却水路设计要点2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerC