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      注塑件隨形冷卻的數(shù)值模擬分析*

      2011-11-17 04:44:18顧永華許建文
      關(guān)鍵詞:注塑件塑件冷卻系統(tǒng)

      顧永華,許建文

      (華僑大學(xué)模具技術(shù)研究中心,福建 廈門(mén) 361021)

      注塑件隨形冷卻的數(shù)值模擬分析*

      顧永華,許建文

      (華僑大學(xué)模具技術(shù)研究中心,福建 廈門(mén) 361021)

      本文通過(guò)實(shí)例設(shè)計(jì)了隨形冷卻水道并且與傳統(tǒng)冷卻水道進(jìn)行比較分析.采用Moldflow軟件作為分析平臺(tái),系統(tǒng)分析了采用傳統(tǒng)冷卻水道和隨形冷卻水道兩種情況下,冷卻時(shí)間、塑件表面溫差和模具表面溫差的對(duì)比.分析結(jié)果顯示,采用隨形冷卻系統(tǒng)能夠顯著降低冷卻時(shí)間、塑件表面溫差和模具表面溫差,有利于提高模具壽命和塑件質(zhì)量.

      隨形冷卻;數(shù)值模擬;注塑成型

      模具溫度直接影響著注塑制品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率,它主要通過(guò)模具的冷卻系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂坪驼{(diào)節(jié).傳統(tǒng)的冷卻水道只能加工成簡(jiǎn)單的直孔,當(dāng)注塑件形狀復(fù)雜時(shí),其冷卻效果差,零件變形大.注塑模隨形冷卻水道(conformal cooling channels,CCC)是指隨著注塑模型腔變化而改變的冷卻水道[1].與傳統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)相比,隨形冷卻系統(tǒng)能夠使注塑件均勻冷卻,能夠縮短冷卻時(shí)間,具有更高的冷卻效率.本文運(yùn)用Moldflow軟件對(duì)傳統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)與隨形冷卻系統(tǒng)進(jìn)行冷卻分析,比較分析結(jié)果,優(yōu)化冷卻系統(tǒng).

      1 注塑件模型冷卻系統(tǒng)分析

      注塑件模型如圖1所示,為殼狀零件,壁厚為1.5mm.由圖可知,塑件的外表面有兩處曲面突變地方,采用傳統(tǒng)冷卻的方法,塑件內(nèi)外表面凹槽處冷卻容易不均,造成溫度的分布不均勻.為此將隨行冷卻與傳統(tǒng)冷卻方法進(jìn)行分析比較,優(yōu)化冷卻系統(tǒng).

      圖1 注塑件模型

      注塑件模型導(dǎo)入Moldflow后進(jìn)行劃分網(wǎng)格,材料采用美國(guó)GE公司的PC+ABS,牌號(hào)為Cycoloy MC5000-70008.在Pro/E中分別創(chuàng)建傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)與隨行冷卻系統(tǒng)的中心線,導(dǎo)入到Moldflow軟件后進(jìn)行劃分網(wǎng)格創(chuàng)建冷卻系統(tǒng),如圖2所示,其中冷卻管道直徑為8mm,管道中心線與塑件表面的距離為16mm,管道中心線距離為20mm.對(duì)于傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng),塑件內(nèi)表面采用兩個(gè)水井進(jìn)行冷卻,水井的直徑為12mm.

      圖2 塑件的冷卻系統(tǒng)

      冷卻系統(tǒng)創(chuàng)建完以后,分別對(duì)傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)以及隨形冷卻系統(tǒng)進(jìn)行分析,成型工藝參數(shù)為模具溫度83℃,熔體溫度275℃,冷卻液溫度為25℃,比較冷卻分析效果.

      2 分析結(jié)果比較

      冷卻分析結(jié)果對(duì)比如表1所示.

      表1冷卻效果的分析比較

      2.1 冷卻液與冷卻管道溫度

      由表1可知,兩種方案的冷卻液的入口出口溫度都控制在2℃ ~3℃之內(nèi),分別為0.18℃與0.11℃,符合要求;兩種方案的冷卻管道溫度與冷卻液入口溫度之間的差值都控制在 5℃ 之內(nèi),分別為 0.03℃ ~3.46℃ 與 - 0.36℃ ~0.70℃,符合要求.

      2.2 冷卻時(shí)間

      圖3 塑件冷卻時(shí)間

      注塑件的冷卻時(shí)間如圖3所示,由圖可知,隨形冷卻塑件的冷卻時(shí)間為3.964s,傳統(tǒng)冷卻的冷卻時(shí)間為4.145s,隨行冷卻所需的冷卻時(shí)間有所縮短,冷卻效率有所提高.

      2.3 塑件最大溫度

      圖4 塑件最大溫度

      注塑件的最大溫度分布如圖4所示,由圖可知,傳統(tǒng)冷卻的溫度范圍為31.48 ~49.54℃,溫差為 18.06℃;隨形冷卻的溫度范圍為30.24~38.82℃,溫差為8.58℃.顯然隨形冷卻的溫差要比傳統(tǒng)冷卻的溫差小,而且隨形冷卻溫度分布要比傳統(tǒng)冷卻的分布均勻,特別是在塑件兩端凸起的地方,傳統(tǒng)冷卻的溫度分布較為不均勻,而且溫度偏高,容易引變形.

      2.4 塑件平均溫度

      注塑件的平均溫度分布如圖5所示,由圖可知,傳統(tǒng)冷卻的溫度范圍為31.38~41.21℃,溫差為 9.83℃;隨形冷卻的溫度范圍為29.60~35.26℃,溫差為 5.66℃.隨形冷卻的溫差較傳統(tǒng)冷卻的溫差小,冷卻效果有了一定的改善,而且隨形冷卻溫度分布要比傳統(tǒng)冷卻的分布均勻,特別是在塑件內(nèi)外表面曲面突變的地方,傳統(tǒng)冷卻的溫度分布較為不均勻,而且溫度偏高,容易引起變形.

      2.5 模具溫度

      圖5 塑件平均溫度

      圖6 模具溫度

      模具溫度分布如圖6所示,傳統(tǒng)冷卻的溫度范圍為26.83℃ ~46.87℃,溫差為 20.04℃;隨形冷卻的溫度范圍為 25.00℃ ~35.85℃,溫差為 10.85℃.隨形冷卻下模溫差異要明顯小于傳統(tǒng)冷卻下的模溫差異,冷卻效果有了很大的改善,而且隨形冷卻溫度分布要比傳統(tǒng)冷卻的分布均勻,特別是在模具內(nèi)外表面曲面突變的地方,傳統(tǒng)冷卻的溫度分布較為不均勻,而且溫度偏高.

      2.6 塑件溫度

      圖7 塑件溫度

      注塑件的溫度分布如圖7所示,傳統(tǒng)冷卻的溫度范圍為27.49℃ ~49.54℃,溫差為22.05℃;隨形冷卻的溫度范圍為27.06℃ ~38.82℃,溫差為11.76℃.隨形冷卻塑件的溫差顯然小于傳統(tǒng)冷卻的溫差,冷卻效果有了較大的改善,而且隨形冷卻溫度分布要比傳統(tǒng)冷卻的分布均勻.

      3 結(jié)論

      本文通過(guò)實(shí)例設(shè)計(jì)了隨形冷卻水道并且與傳統(tǒng)冷卻水道進(jìn)行比較分析.和傳統(tǒng)冷卻水道相比,隨形冷卻水道可以縮短冷卻時(shí)間,降低塑件的溫差和模具表面的溫差,有利于提高模具壽命和注塑制品的質(zhì)量.

      [1]魯中良,史玉升,劉錦輝,等.注塑模隨形冷卻水道設(shè)計(jì)與制造技術(shù)概述[J].中國(guó)機(jī)械工程,2006,17(10):165~170.

      [2]劉鵬,劉洪軍,李亞敏.MPI環(huán)境下注塑模隨形冷卻水道的設(shè)計(jì)與分析[J].新技術(shù)新工藝,2009,8:110~112.

      [3]鄭建平,程蓉,伍曉宇,等.基于SLS快速成形方法的注塑模具隨形冷卻水道制造技術(shù)的研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2010,11:231 ~232.

      [4]史玉升,伍志剛,魏青松,等.隨形冷卻對(duì)注塑成型和生產(chǎn)效率的影響[J].華中科技大學(xué)學(xué)報(bào),2007,35(3):60~62.

      O469

      A

      1006-5342(2011)12-0079-02

      2011-10-19

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