注射模具冷却系统设置

Moldflow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12/25/20221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12/25/20222冷却系统设计的重要性12/25/20223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12/25/20224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12/25/20225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12/25/20226冷却系统的构成及类型12/25/20227冷却系统的构成冷却系统的构成及类型12/25/20228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12/25/20229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12/25/202210冷却水水路的的基本本形式式圆形弯弯管方形弯弯管冷却系系统的的构成成及类类型12/19/202211冷却水水路的的基本本形式式挡板(Baffle)喷泉(Bubbler)冷却系系统的的构成成及类类型12/19/202212冷却水水路的的基本本形式式吸热管管(ThermalPin)冷却系系统的的构成成及类类型12/19/202213冷却理理论分分析12/19/202214热量在在注射射成型型中的的传递递热量由由熔融融塑料料带入入热量从从冷却却水路路传入入或传传出辐射散散热对流散散热热量散散失到到模板板上冷却理理论分分析12/19/202215从塑料料到模模穴壁壁的热热传导导影响冷冷却系系统性性能的的参数数模具材材料热热特性性比热导热性性料温和和模温温之间间的温温度梯梯度塑料和和模穴穴壁之之间接接触的的质量量确信良良好的的接触触冷却理理论分分析12/19/202216从模穴穴壁到到水管管壁的的热传传导影响冷冷却系系统性性能的的参数数模具材材料热热特性性比热导热性性冷却水水管和和塑料料表面面的距距离均匀冷冷却与与快速速冷却却的折折中料温和和水温温之间间的温温度梯梯度冷却理理论分分析12/19/202217从水管壁到到冷却介质质的热传导导影响冷却系系统性能的的参数冷却液紊乱乱程度确信达到紊紊流状态，，但亦不宜宜过大冷却液进口口温度冷却液的性性质冷却液的流流速冷却理论分分析12/19/202218典型模具材材料的热特特性冷却理论分分析12/19/202219冷却液流动动与雷诺数数雷诺数定义义：雷诺数(Re)流动类型10,000<Re紊流2,300<Re<10,000瞬变流100<Re<2,300层流Re<100

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。冷却理论分分析12/19/202220冷却液流动动率与热交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分析12/19/202221冷却液流动动率与热量量流动率冷却理论分分析12/19/202222散热能力紊流实际散热流动率热交换热容传导对流交换层流冷却理论分分析12/19/202223冷却时间的的方程式冷却时间：：理论上，冷冷却时间与与最大产品品厚度的平平方或最大大流道直径径的幂的1.6次成成正比，也也就是———这里熔融塑塑料的热扩扩散系数(thermaldiffusivity)定义为：：或冷却理论分分析12/19/202224冷却时间与与模温增加模温，，冷却时间间延长厚2mm、、长200mm的产产品，以推推荐的料温温及1秒时时间注射冷却理论分分析12/19/202225冷却与翘曲曲当塑料接触触到模具时时，一边是是冷的，另另一边是热热的，不同同的冷却便便发生了。。热的一边边要比较长长的时间冷冷却和收缩缩（收缩大大），而导导致热的一一边象弓一一样弯曲。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分析12/19/202226热量聚积热量聚积在在角落处，，使得角落落收缩变形形而小于90度，造造成典型的的盒状弓形形翘曲。热集中在公公模的角落落热的角落(相对于凝凝固部分的的收缩，引引起翘曲)Cavity冷Core热冷却理论分分析12/19/202227差动结晶不平均的壁壁厚将导致致不同的冷冷却速率。。需更长时时间冷却的的区域将有有更高的结结晶度，这这叫做差动动结晶(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分析12/19/202228冷却水路设设计要点12/19/202229冷却系统设设计目标冷却系统的的设计经常常受到模穴穴的几何形形状、分模模线、滑块块和顶针的的限制，因因此不能僵僵硬地给出出理想分布布的设计指指南。模具设计者者的目标应应该是综合合考虑各方方面因素，，设计一个个良好的冷冷却系统，，它会：均匀地冷却却产品减少循环周周期时间冷却水路设设计要点12/19/202230冷却水路设设置要使冷冷却效果均均匀靠近热量较较多处远离热量较较少处冷却水路设设计要点12/19/202231水路路尺尺寸寸及及排排放放位位置置冷却水水管的的直径径优先先采用用大于于8mm，，各个个水管管的直直径应应尽量量一致致，避避免冷冷却液液的流流速不不均产产生压压力损损失。。无论多多大的的模具具，水水管的的直径径都不不能大大于14mm，，否则则冷却却水流流难以以形成成紊流流状况况。冷却水水路设设计要要点12/19/202232冷却却水水路路的的长长度度对于于中中大大型型模模具具，，进进出出水水口口的的温温差差很很大大会会影影响响冷冷却却效效果果。。从从冷冷却却均均匀匀性性考考虑虑，，进进出出口口温温差差一一般般控控制制在在5℃℃以以下下；；对对于于精精密密成成型型模模具具，，则则要要控控制制在在2-3℃℃以以下下，，每每条条水水路路长长度度在在1.2-1.5m以以下下。。增加加一一条条冷冷却却水水管管的的长长度度会会增增加加热热传传导导的的面面积积。。在在这这个个原原则则上上图图B会会比比图图A好好，，然然而而长长的的水水路路可可能能会会产产生生一一些些问问题题，，例例如如压压力力降降增增加加，，沿沿长长度度方方向向温温度度升升高高过过多多。。为为了了避避免免这这些些问问题题，，很很长长的的水水路路应应该该分分成成两两条条或或更更多多短短的的水水路路，，如如图图C所所示示。。CInOutInOutAInOutBInOut冷却却水水路路设设计计要要点点12/19/202233采用用Baffle或或Bubbler在一一个个冷冷却却管管道道内内任任何何冷冷却却液液的的方方向向改改变变会会增增加加紊紊乱乱度度，，因因此此在在转转弯弯后后热热传传导导的的能能力力会会增增加加。。挡挡板板和和喷喷泉泉都都会会增增大大紊紊乱乱度度，，是是由由于于在在流流动动系系统统中中固固有有转转弯弯和和它它们们的的几几何何形形状状能能够够在在受受限限制制区区进进行行冷冷却却，，因因此此加加强强了了冷冷却却效效果果。。冷却却水水路路设设计计要要点点12/19/202234采用串联联Baffle在多型芯芯中采用用串联挡挡板水路路时，散散热不佳佳：INOUTPoor!PinBlade冷却水路路设计要要点12/19/202235采用串联联Bubbler应采用串串联喷泉泉水路，，以助于于散热：：INCorrect!OUTPinTube冷却水路路设计要要点12/19/202236结合Moldflow分析的的设计案案例12/19/202237一个方框框形产品品对这种方方框形产产品，最最大的品品质问题题应该是是翘曲变变形，而而进浇位位置与冷冷却水路路设计对对产品品品质有着着较大的的影响。。结合Moldflow分析的设设计案例例12/19/202238产品的尺寸与与所选用的塑塑料塑胶材料：ABS/PCCYCOLOYC2950GEUSA最大外型尺寸寸31425132平均肉厚为1.6mm结合Moldflow分析的设计案案例12/19/202239MPA分析寻寻找合适进浇浇点先以MoldflowPartAdviser快速充充填分析寻找找合适的进浇浇点。当用两两点进浇时，，充填压力太太大，且塑胶胶流动路径太太长，故不采采用。结合Moldflow分析的设计案案例12/19/202240MPI分析寻寻找合适进浇浇形式决定采用四点点进浇，有以以下两种方案案，以MoldflowPlasticsInsight分析寻寻找合适的进进浇位置及流流道排布。Case1Case2结合Moldflow分析的设计案案例12/19/202241MPI快速充充填分析结果果MPI快速充充填分析表明明两种方案均均能达到流动动平衡，Case2充填填压力较大，，但还不知何何种方案的翘翘曲变形量更更小，故需用用MPI进一一步分析比较较。Case1Case2结合Moldflow分析的设计案案例12/19/202242方案比较两种方案均采采用潜伏式浇浇口，从扁销销上进浇。采采用相同的水水路设计，设设定相同的冷冷却条件进行行分析比较。。潜伏式浇口原始冷却水路路设计结合Moldflow分析的设计案案例12/19/202243Case1&Case2充填状况比比较FillTime(sec)0.891.01Case1Case2结合Moldflow分析的的设计计案例例12/19/202244Case1&Case2充填填压力力比较较InjectionPressure(MPa)120.9129.2Case1Case2结合Moldflow分析的的设计计案例例12/19/202245Case1&Case2波前前温度度比较较FlowFrontTemperature(deg.C)266.2~280.6271.1~279.7Case1Case2结合Moldflow分析的的设计计案例例12/19/202246Case1&Case2X向变变形比比较DeflectionX(mm)0.430.430.860.530.531.06Case1Case2结合Moldflow分析的的设计计案例例12/19/2022470.280.31Case1&Case2Z向变变形比比较DeflectionZ(mm)0.280.31Case1Case2结合Moldflow分析的的设计计案例例12/19/202248初步结结论相比较较而言言，Case1的翘翘曲变变形较较小，，注射射压力力也较较小，，因此此我们们采取取Case1的的进浇浇位置置及流流道排排布进进行模模具设设计。。结合Moldflow分析的的设计计案例例12/19/202249水路设设变但从翘翘曲分分析结结果得得知，，Case1的的翘曲曲变形形量仍仍较大大，其其中X方向向往外外张，，可否否将其其再减减小?我我们变变更了了冷却却水路路设计计，再再设定定相同同的冷冷却条条件进进行分分析比比较。。设变变的冷冷却水水路试试图使使用母母模水水路矫矫正产产品的的变形形。设变冷冷却水水路(Case3)原始冷冷却水水路(Case1)结合Moldflow分析的的设计计案例例12/19/202250Case1&Case3冷却却水温温比较较CoolantTemperature(deg.C)65~65.165~65.4Case1Case3结合Moldflow分析的设计计案例12/19/202251Case1&Case3公母母模温差比比较TemperatureDifference(deg.C)2.4~-5.960.36~-6.57Case1Case3结合Moldflow分析的设计计案例12/19/202252Case1&Case3充填填状况比较较FillTime(sec)0.890.89Case1Case3结合Moldflow分析的设计计案例12/19/202253Case1&Case3充填填压力比较较InjectionPressure(MPa)120.9120.9Case1Case3结合Moldflow分析的设计计案例12/19/202254Case1&Case3波前前温度比较较FlowFrontTemperature(deg.C)266.2~280.6266.2~280.6Case1Case3结合Moldflow分析的设计计案例12/19/2022550.430.430.320.32Case1&Case3X向变形比比较DeflectionX(mm)0.860.64Case1Case3结合Moldflow分析的设计计案例12/19/2022560.280.24Case1&Case3Z向变形比比较DeflectionZ(mm)0.28Case10.24Case3结合Moldflow分析的设计计案例12/19/202257翘曲变形状状况将翘曲变形形量放大10倍X向(外张张)Z向(上翘翘)结合Moldflow分析的设计计案例12/19/202258矫正翘曲变变形设变的冷却却水路除了了起到均匀匀冷却作用用外，还要要起到矫正正翘曲变形形的作用。。通过改变变成型条件件，特别是是改变冷却却水温来进进一步减小小翘曲变形形。不过，，该改变哪哪一条水路路的水温才才好呢？结合Moldflow分析的设计计案例12/19/202259设变成型条条件Case4冷却水温保压曲线T(sec)P(MPa)901.53.513.50结合Moldflow分析的设计计案例12/19/202260Case3&Case4冷却却水温比较较CoolantTemperature(deg.C)65~65.450~65.1Case3Case4结合Moldflow分析的设计计案例12/19/202261Case3&Case4公母母模温差比比较TemperatureDifference(deg.C)0.36~-6.80.77~-12.4Case3Case4结合Moldflow分析的设计计案例12/19/202262Case3&Case4充填填状况比较较FillTime(sec)0.890.89Case3Case4结合Moldflow分析的设计计案例12/19/202263Case3&Case4充填填压力比较较InjectionPressure(MPa)120.9120.8Case3Case4结合Moldf