模具设计-冷却水路

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1、冷卻水路設計對產品品質的影響開始語我們知道﹐幾乎每一個注射成型模具中都有冷卻水路系統﹐而模具設計同仁幾乎每天都涉及到冷卻水路設計。但冷卻的重要性何在呢?又該如何設計冷卻水路呢?2冷卻的重要性冷卻速率和均勻度會影響產品最后的成型。這些影響包括兩個主要方面﹕品質和成本。產品品質表面光潔度:許多材料需要相對高的模具表面溫度﹐在生產中以獲得良好的表面光潔度﹐如果某些區域與另一些區域的模穴溫度不同﹐那么在成品表面就會看到不同的表面光澤。殘余應力:殘余應力是在充填或保壓過程中剪切應力的結果。除了流動導致應力外﹐由于產品表面溫度不同﹐各個部分以不同的速率冷卻時也會產生殘余應力。這些殘余應

2、力可能是產品在使用過程中過早損壞或者產品翹曲和扭曲的原因。為了減小這些應力﹐就需要均勻的冷卻。結晶度:半結晶材料成型過程中呈現的結晶度受熔體冷卻的影響。產品冷卻過程中結晶度的不同會影響體積收縮﹐要保待所需要的尺寸公差是困難的。不同區域體積收縮的顯著變化通常是產品翹曲的一個原因。熱彎曲:如果模具的上表面和下表面的溫度不同﹐一旦產品從模具中頂出﹐由于在上下表面之間不同的熱收縮速率﹐產品會彎曲。3生產成本頂出溫度:產品從模具中頂出的溫度會受很多因素的影響。產品的強度必須足夠大以抵抗由于體積收縮的變化和殘余應力而產生的翹曲和頂出系統對產品施加的局部應力。頂出力受產品的几何形狀、模具

3、的表面光潔度和在充填與保壓過程中模穴的填充度的影響。循環時間:通常﹐循環時間是產品的溫度降到能安全頂出的溫度所花的時間。如果充填和保壓過程都是最佳化的﹐改善冷卻行為可以顯著地減小冷卻時間。因為冷卻時間通常包括80%的循環時間﹐所以減小冷卻時間會顯著減小循環時間和生產成本。根據產品的用途﹐在均勻冷卻以保証產品的品質和快速冷卻以減小產品的成本之間取一個折中。注射時間保壓時間冷卻時間開模時間相關時間4影響冷卻系統行為的因素影響冷卻系統的因素從塑料到模穴壁的熱傳導:冷卻系統的行為受從塑料中移走的熱量和轉移到模穴表面的溫度的影響。它會受到材料性質、熔體溫度和模具表面溫度的差異以及冷卻

4、中的塑料和模具材料之間接觸好壞的影響。通過模穴壁的熱傳導:冷卻系統行為也受通過模具材料到達冷卻水管的熱傳導的影響。模具材料的性質﹐包括熱傳導率、冷卻水管和塑料表面的距離﹐和塑料熔體與冷卻水管內部溫度之差﹐也影響冷卻系統行為。水管距離模穴越近﹐熱量移走得越快﹐然而﹐把它們放置得離模穴過近﹐會產生模穴表面溫度的局部變化﹐除非增加額外的水管減小相鄰水管的距離。因此﹐最優化的水管放置是均勻冷卻與快速冷卻的折中。從模穴到冷卻水管的熱傳導:冷卻系統行為也受從模具材料到冷卻介質熱傳導的影響﹐熱傳導受冷卻液流經模具材料時的紊亂程度、冷卻液進口溫度、冷卻液的性質及冷卻液的流速的影響。冷卻液紊

5、亂時混合作用的影響﹐從水管外壁到冷卻液的熱傳導比層流有效得多。過大的紊亂會浪費泵功率﹐而且沒有獲得更大的熱傳導能力。在考慮冷卻介質時﹐要確保成型廠有能力提供足夠多的冷卻液體積﹐在足夠的壓力下達到所需的流速﹐并在一個溫度和所需的速率下釋放熱。5熱量在注射成型中的傳遞熱量由塑料帶入熱量從冷卻水管傳入或傳出熱輻射熱對流A熱量傳遞到模板6冷卻系統設計目標冷卻系統的設計經常受到模穴的几何形狀、分模線、滑塊和頂針的限制﹐因此不能僵硬地給出理想分布的設計指南。模具設計者的目標應該是設計一個冷卻系統﹐它會:均勻地冷卻產品減少循環時間7冷卻系統設計要點1冷卻水路設置要使冷卻效果均勻靠近熱量較

6、多處遠離熱量較少處8冷卻系統設計要點2尺寸及排放位置水管中心與模穴表面的距離相鄰水管的距離9冷卻系統設計要點3尺寸及排放位置冷卻水管的長度CInOutInOutAInOutBInOut增加一條冷卻水管的長度會增加熱傳導的面積。在這個原則上圖B會比圖A好﹐然而長的水路可能產生一些問題﹐例如壓力降增加﹐沿長度方向溫度升高過多。為了避免這些問題和進口溫度與出口溫度之差大于2C﹐很長的水路應該分成兩條或更多短的水路﹐如圖C所示。10冷卻系統設計要點4尺寸及排放位置特殊特征擋板噴泉在一個冷卻管道內任何冷卻液的方向改變會增加紊亂度﹐因此在轉彎后熱傳導的能力會增加。擋板和噴泉都會增大紊

7、亂度﹐是由于在流動系統中固有轉彎和它們的几何形狀能夠在受限制區進行冷卻﹐因此加強了冷卻效果。Bubbler(噴泉)Baffle(檔板)TM002P0711冷卻系統設計要點5冷卻系統類型串聯和并聯串聯水路優點流速均勻排熱均勻缺點壓降高並聯水路優點適用于入子四周底壓下可達高流速缺點各分支流速不一樣各分支冷卻效果不佳易產生污垢12熱量集聚TM002P03母模公模熱量(冷卻凝固時這一部分縮水,引起翹曲)熱量集聚在這個部分熔融塑料凝固塑料增加水路13冷卻與翹曲變形T=50℃T=50℃T=50℃T=40℃ABABBACK1