張爽華

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基于HSCAE的儀表外殼冷卻系統(tǒng)的有限元分析*

張爽華

（安徽國(guó)防科技職業(yè)學(xué)院，安徽六安 237011）

摘 要：介紹了基于HSCAE的儀表外殼冷卻系統(tǒng)的有限元分析過程。首先對(duì)產(chǎn)品的網(wǎng)格進(jìn)行劃分，接著設(shè)計(jì)兩種冷卻系統(tǒng)方案，運(yùn)用HSCAE軟件對(duì)所設(shè)計(jì)的冷卻系統(tǒng)方案進(jìn)行分析，最終確定合理的冷卻系統(tǒng)方案。

關(guān)鍵詞：HSCAE；儀表外殼；冷卻系統(tǒng)

1 引言

在注射模具的設(shè)計(jì)過程中，冷卻系統(tǒng)往往難以確定。傳統(tǒng)的方法，憑著模具設(shè)計(jì)工程師自己的經(jīng)驗(yàn)來判斷，這樣很不準(zhǔn)確，經(jīng)常在試模的時(shí)候出現(xiàn)問題，造成產(chǎn)品成形嚴(yán)重翹曲變形，從而造成模具設(shè)計(jì)的失敗，給公司造成損失。

現(xiàn)有儀表外殼塑件，對(duì)于其模具冷卻系統(tǒng)確定較為困難。設(shè)計(jì)工程師給出了冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，現(xiàn)在運(yùn)用HSCAE軟件進(jìn)行模擬分析，可以對(duì)模具的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確的模擬，能看到所設(shè)計(jì)的冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生的成型效果。

2 儀表外殼網(wǎng)格劃分

設(shè)置單位為mm，加載后綴為“.STL”的文件，產(chǎn)品的原始網(wǎng)格的質(zhì)量較差，無法進(jìn)行分析。首先在HSCAE軟件網(wǎng)格管理器中，對(duì)此產(chǎn)品進(jìn)行網(wǎng)格劃分，單擊“生成網(wǎng)格”命令，網(wǎng)格邊長(zhǎng)設(shè)為“6.75 mm”經(jīng)過劃分的網(wǎng)格圖形如圖1所示：

圖1 劃分網(wǎng)格后的圖形Fig.1 Graphics after dividing mesh

3 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案一

冷卻系統(tǒng)采用4個(gè)回路，每個(gè)回路都是采用“U”型結(jié)構(gòu)，回路的直徑都為6 mm，如圖2所示。定模一側(cè)的兩個(gè)回路：總長(zhǎng)度都為372 mm，回路彎頭數(shù)為0，回路壓力降為2 857.43 pa。動(dòng)模一側(cè)的兩個(gè)回路：總長(zhǎng)度都為357 mm，回路彎頭數(shù)為0，回路壓力降為2 746.05 pa。

圖2 冷卻系統(tǒng)方案一Fig.2 Cooling system scheme one

3.2 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案二

采用4個(gè)回路，回路的直徑都為6 mm，如圖3所示。定模一側(cè)的兩個(gè)回路：采用“U”型結(jié)構(gòu)，總長(zhǎng)度都為372 mm，回路彎頭數(shù)為0，回路壓力降為2 857.43 pa。動(dòng)模一側(cè)的兩個(gè)回路：采用的是雙“S”型結(jié)構(gòu)，總長(zhǎng)度都為849 mm，回路彎頭數(shù)為0，回路壓力降為6 517.04 pa。

圖3 冷卻系統(tǒng)方案二Fig.3 Cooling system scheme two

4 對(duì)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行有限元分析

4.1 穩(wěn)態(tài)溫度

方案一的穩(wěn)態(tài)溫度最高為83.88攝氏度，最低為30.98攝氏度；方案二的最高溫度為79.22攝氏度，最低溫度為28.83攝氏度。

穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)反映的是型腔和型芯模壁表面的溫度分布均勻性。高溫區(qū)域通常由于模具冷卻不合理造成，應(yīng)當(dāng)避免。穩(wěn)態(tài)溫度的溫度分布大小不均勻，將會(huì)在塑件內(nèi)部產(chǎn)生殘余應(yīng)力，該應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致塑件產(chǎn)生翹曲變形。

4.2 型芯型腔溫度差

模具型腔與型芯的溫差反映了模具冷卻的不平衡程度，由于型腔和型芯冷卻的不對(duì)稱造成，是導(dǎo)致塑件產(chǎn)生殘留應(yīng)力和翹曲變形的主要原因。對(duì)于溫差較大的區(qū)域，應(yīng)修改冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)或改變成形工藝條件，減小模具在此區(qū)域冷卻的不平衡程度。如圖4所示，方案一最高為25.5攝氏度，最低為-28.73攝氏度；如圖5所示，方案二最高為24.96攝氏度，最低為-25.86攝氏度，顯然方案二比方案一更為合理。

圖　4 方案一的型芯型腔溫度差Fig.4 Core cavity temperature difference of scheme one

圖5 方案二的型芯型腔溫度差Fig.5 Core cavity temperature difference of scheme two

4.3 翹曲變形

翹曲結(jié)果顯示了經(jīng)過保壓和冷卻過程后的制品發(fā)生變形的趨勢(shì)和變形量。通過對(duì)翹曲結(jié)果的分析，改進(jìn)保壓和冷卻工藝條件，可以減少制品的翹曲變形。方案一的最大變形量為3.5 mm，主要集中在外側(cè)壁部位，如圖6所示。方案二的最大變形量為1.96 mm，主要集中在外側(cè)壁部位，如圖7所示。方案二的翹曲變形明顯小于方案一。

圖6 方案一的翹曲變形Fig.6 warpage of scheme one

圖7 方案二的翹曲變形Fig.7 Warpage of scheme two

5 結(jié)論

綜合以上分析，可以看出冷卻系統(tǒng)方案二更為合理，該方案使得塑件的翹曲變形更小，滿足塑件的質(zhì)量要求。

儀表外殼塑件是一個(gè)較為復(fù)雜的塑件，以往單憑模具設(shè)計(jì)工程師經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)，容易出錯(cuò)，造成公司損失，延長(zhǎng)了模具交付周期。運(yùn)用HSCAE軟件幫助分析冷卻系統(tǒng)的方案，提高了設(shè)計(jì)的效率，避免了嚴(yán)重翹曲變形的錯(cuò)誤，能夠提前預(yù)知冷卻系統(tǒng)對(duì)塑件的影響結(jié)果，從而有針對(duì)性地改進(jìn)冷卻系統(tǒng)方案，提高了模具一次試模的合格率，大大增加了公司效益。

參考文獻(xiàn)：

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［4］單巖，王蓓，王剛.Moldflow模具分析技術(shù)基礎(chǔ)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2004.

［5］王剛，單巖.Moldflow模具分析應(yīng)用實(shí)例［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2005.

［6］吳崇峰.實(shí)用注射模CAD/CAM/CAE技術(shù)［M］.北京：輕工出版社，2000.

中圖分類號(hào)：TS958.05

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-6125（2016）02-0014-03

收稿日期：2016-04-20

基金項(xiàng)目：安徽省質(zhì)量工程項(xiàng)目：“校企合作模具設(shè)計(jì)與制造實(shí)踐教育基地”（項(xiàng)目編號(hào)：2015sjjd051）；安徽省高校自然研究項(xiàng)目：“榮事達(dá)滾筒洗衣機(jī)的減振和降噪優(yōu)化及應(yīng)用研究”（項(xiàng)目編號(hào)：KJ2016A123）。

作者簡(jiǎn)介：張爽華（1981-），男，安徽廬江人，講師、碩士。主要研究方向：塑性成型。

Finite element analysis of the cooling system of the instrument shell based on HSCAE

ZHANG Shuang-hua
（Anhui Vocational College of Defense Technology，liu’An Anhui，237011，China）

Abstract：This paper introduces the finite element instrument shell cooling system HSCAE analysis process based on. First of all，the grid of the product is divided，and then the design of the two cooling system，the use of HSCAE software to the design of the cooling system analysis，and ultimately determine the reasonable cooling system.

Key words：HSCAE；instrument shell；cooling system