注塑模具冷却时间的影响因素分析

1、注塑模具冷却时间的影响因素分析汪琦扬铭华;华东理工大学200237G 张孝民鲁勇;上海广电模具成型公司200233G摘要分析了注塑模具冷却时间的影响因素L关键词注塑模具冷却时间影响因素收稿日期1998203210为使大型注塑机在脱模时有足够的刚性和强度K 通常都具有较大壁厚K 因而冷却时间较长L 这将直接影响到制件质量和生产成本L 可而确定恰当的冷却时间是极其重要的课题L 这些影响因素有P;1G 模具材料M ;2G 冷却液温度及流动状态M ;3G 冷却液回路分布M ;4G 模塑材料M ;5G 制件厚度M ;6G 模具温度L1模具材料通常K 从机械强度出发K 选钢材为模具材料L 如果只考虑材料的

2、冷却效果时K 则要求导热系数高K 从熔融塑料上吸收热量越迅速K 冷却越快L 表1列有各种模具材料的导热系数L 在这些材料中K C 和C r 含量越高K 导执热性越差L 不锈钢导热系数只有钢的12以下L 而铜铝锌合金导热系数为钢的1153倍K 试制模具自然冷却周期比钢的短K 制品收缩状态也比钢模具好得多K 但其价格、加工成本要高K 因此在保证模具刚度和强度条件下K 为降低成本K 在适当部位可选导热系数较大的材料作为镶嵌件之用L 而下面对冷却时间的实例模具计算中就采用了这一点K 而且计算结果表明这样做确实收到了很好的效果L表1模具材料的导热系数K模具材料K;W m G 铜;纯G386铍青铜2012

3、1铍青铜275109铝青铜81铝;钝G221硬铝;9496A l K 315Cu K 0.5M g G164铸铝;87A l K 13Cu G 164锌合金;Z A S 4%A l K 3%Cu G 109碳素铜;S 50C 0.5%G 53碳素铜;1%C G 43碳素铜;1.5%C G36SKD 6134不锈钢;SU S 304G 16铬钢;1%C r G 60不锈钢;12%C r G 26铸铁;4%C G522冷却回路分布为使模具表面温度均匀K 型腔与冷却回路的分布状态K 也就是距离和间隔问题K 值得重视L 图1表示冷却孔径与位置关系K 要求冷却回路输出热量和塑料熔体带入的热量成比例关系L

4、冷却回路通常按制件形状及所需温度分为P 直通式、圆周式、多级式、螺旋线式、涡旋式、平面U 形弯曲式、垂直U 形弯曲式、喷射式;扩散管式G 、隔离板式;挡板式G L 又可按流量和回路数目分为直列冷却和并列冷却M 按模具内是15第2期;总第124期G1998204塑料科技PLA ST I CS SC I .&T ECHNOLO GY表2常用塑料熔体凝固时放出热量及导热系数、热扩散率、比热容、密度值 塑料品种$i 值;kJ kg G 热扩散率K ;m 2s G导热系数K;w m G比热容Cp ;kJ kg G密度Q ;kg m 3GABS 3004002.7×10-70.2931.

5、0471050LD PE 5906901.7×10-70.3352.093920HD PE 6908202.0×10-70.4812.553940PC 2909.4×10-70.1931.7161200PP 5906.7×10-80.1171.926900PV C 1703606.2×10-80.1951.8421400PA 666507501.1×10-70.2331.8841140图1冷却孔的分布;a G 冷却孔径与位置关系M;b G 厚壁部位要强化冷却L否装入镶拼件还可分为直接冷却和间接冷却K但后者是以分割套匣组合而成K 所以不

6、能完全密封K 冷却效率当然不及直接冷却佳L 注塑成形是瞬时完成的K 理想的情况是进行迅速而均匀的冷却K 但在实际上K 塑料熔体从浇口到型腔各点温度均在陆续下降L 在许多情况下由于成形件的形状K 特别是壁厚不均导致冷却不均匀L 应按实际情况K 相应地设置冷却回路K 可用后面提到的电模拟方法进行实验、调整L 另外K 对于散热困难的型芯要设置有效的冷却回路L 如对细小型芯可采用导热性好的铍铜导热棒以及热管等进行冷却L3冷却液温度及流动状态根据均匀冷却的考虑K 冷却水在出、入口处的温差小为好L 一般希望控制在5以下K 而精密成型模具、多腔模具要控制在23以下L 回路长度在112115m 以下L增加回路

7、数可以增大流量K 减少压力损失K 提高传热效率L显然K 回路中的冷却水湍流比层流有更好的冷却效果K 在湍流下的热传递比层流高1020倍L 由于雷诺准数R e =vd Q L v 为冷却水流速K d 为冷却流道直径K Q 为冷却水密度K L 为冷却水粘度G K 当冷却水在管道内流速v 增加到某值时K R e >104K达到稳定湍流K 再增加冷却水流速K 其传热效率并无明显提高L 但当其它条件不变K 使用过冷水冷却K 其粘度L 增加K 当L 增大到一定程度时K R e <2300K 便处于层流状态K 从而大大降低了热传递L 在大多数情况下K 用于冷却模具的入口水温要高一些;一般以101

8、8为宜G L4模塑材料模塑材料的传热效果K 对冷却时间具有重大影响L 塑料熔体带入模腔的热量K 以热传导形式被冷却水带出模外K 这就需要时间L 但是塑料的导热系数K 值和热扩散系数K 值K =KC P Q K 为导热系数Y C p 为比热容Y Q 为密度G G 都很低K 可用填充、改性或加入填料的方法加以改善L 常用塑料的热焓$i 、K 、K 值列于表2中L5制件厚度一般制件越厚K 其传热阻力越大K 所需冷却时间越长L 通常冷却时间与制件厚度平方成正25汪琦等注塑模具冷却时间的影响因素分析比L表3制件厚度与冷却时间关系制件厚度;mm G ABS LD PE HD PE PP PV C PA0.

9、51.81.80.81.82.33.03.02.12.51.02.93.54.54.53.33.81.55.76.68.08.06.37.02.09.310.612.512.510.111.22.513.715.217.517.514.715.93.828.530.934.534.530.032.05.049.052.457.557.551.153.96.475.079.085.085.077.580.06模具温度近年来K由于温度调节器、冷冻器的普及K在很多情况下K已不用室温的水为冷却液K按塑料的不同种类K分别选用不同温度冷却液L在这种情况下K要很好地掌握环境温度、冷却液温度K塑料变形温度等三

10、个重要因素L表4为各种材料的成型温度与模具温度关系L表4各种材料的成型温度与模具温度关系材料名称材料温度;G模具温度;GABC2002604060PE1502505070PC28032080110PP1602604060PV C1702104060PA2003005565当模具温度与环境温度有较大差异时K要设置与制品形状相适应并使整个模具维持一定温度;或保温G的冷却回路K以防止模具本身因热膨胀而发生变形、翘曲等L可以看出K在设计模具时K应充分考虑各种影响因素K尽可能对设计加以优化L注塑模具冷却分析软件可以更好地帮助做到这一点L国外已开发出具有实用化的软件K如西德A rachen 大学研制的:C

11、AD CAM F系统软件K美国A p li2 cati on公司的:M o ldCoo l F二维分析软件以及SDRC公司的:PU L Y-COOL2F三维模具分析软件等K能够由计算机屏幕显示注塑中任一时刻模具及熔体的温度分布K并能显示模具的热流动图、瞬态温度分布以及理论冷却时间等1L 国内也正在进行这方面的基础研究和软件开发2K而冷却时间的简化计算无疑对设计模具和实际生产也具有重要价值L对一些较复杂的冷却方式尚无系统方法K但我们已对有铜嵌件电视机壳模具采用了一种简化算法K理论计算出的冷却时间同实际结果很相近L参考文献1刘廷华、王鹏驹注塑充模模具温度场的数值模拟K=中国塑料I K1991.5.P42张政塑料注射成型CAD与流动传热分析K化工计算机应用会议K1990年10月K岳阳;该文经编者删改G福特汽车将使用大麻纤维增强塑料美国福特汽车公司将使