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1、Moldflow冷却分析,冷却原理及冷却系统设计冷却分析对模型的要求冷却分析步骤及工艺设定冷却结果评估,冷却系统设计考量,1、冷却对品质的影响 表面品质 (Surface finish) 残余应力(Residual stresses)结晶度(Crystallinity) 热弯曲(Thermal bending) 2、冷却对生产成本的影响 产品顶出温度(Part temperature at ejection) 周期时间(Cycle time),冷却原理及冷却系统设计,InjectionTime,PackingTime,CoolingTime,Mold OpenTime,Contact Time
2、,User input components,Analysis components,循环时间,在整个循环时间有四个部分列入冷却分析中冷卻分析考虑到整个接触时间,热由塑胶传入,热在冷却系统传出或传入,辐射散热,对流散热,射出成型的热传导形式,传热到注塑机壁,冷却系统效率影响因素,由下面的因素決定了冷却系统的影响因素:从塑胶到模具的热传导热经由塑胶与金属界面和水与金属界面传到模具中- 模具的热传导性,热经由水与金属界面传到冷卻水中 -紊流效应,模壁与塑胶之间的传热,由下面影响了热转移速率: :塑胶材料特性：比热热传导系数塑料与模具的温度梯度塑料与模具的接触品质Software assumes 1
3、00% contact, that is, Tmold=Tpart at mold wall,Part几何外型2 mm 厚 and 200 mm长, 使用料溫范围的中间值,射出时间1秒,Cooling time (sec),Mold temperature (C),模具温度Vs 冷却时间,模温增加,冷却也会增加,Material,Thermal,Conductivity,W/m/deg K,Specific,Heat,J/kg/degK,Density,Kg/m,3,Tool steel 420SS,25,462,7730,Tool steel P-20,29,460,7800,Tool st
4、eel H-13,29.5,462,7760,Carb steel,41,460,7833,C17200 (BeCu),105,380,8350,Beryllium copper B1,130,420,8415,Aluminum A1,138,782,2800,C18000 (NiSiCrCu),207.6,404,8580,C17510 (BeCu0),245,380,8820,常用材料传热性质,冷却液流率,会影响模壁与水之间的热传导 流速应要高到足以形成 Reynolds number 10,000 Reynolds number 是用来计算是否造成紊流,通常2200是紊流的标准. 流速加
5、倍则须原來八倍的pump功率,冷却与流率的有效热转移,Region A:热根据传导转移 层流,Actual heat extraction,Flow rate,Heat transfer,Capacity to extract heat,Region B: 过渡区域 开始是紊流,Region C:热根据对流转移 紊流,Temperature Gradientfor Laminar Flow 2300 Reynolds No.,层流与紊流的温度梯度,Plastic,TemperatureGradient,冷却液参数,入口温度用來控制期望的模具表面温度.Normally通常会比模具表面温度低10
6、to 20 degrees C. 最佳的温度是依赖良好的冷却水管设计及产品设计将视水路与模穴间的距离及模具材料的热传导性,冷却液压力降,压力降与下列因素有直接的关系 冷却管长度 冷却管直径 冷却液流速设计冷卻系统时要考虑循环压力降要在冷却液供应器的功率之内,散热,有效率散热要考虑下列事项 (参考值)循环入口及出口的溫度差在 2 到 3 度之间水与金属界面的温度要和入口温度相差 5 度以內.冷却系统的效率如何水道的配置是重要的控制因素.(约散热80%-95%),冷却液参数,冷却液水塔水或自来水通常在20到25度之间但会随着季节性的因素有较大的变化.若水由模温机供应的话则为30度或更高.若使用冷冻
7、水则约10度.水若混合防冻剂(通常用甘醇glycol)則为 5度.若使用油温机的话则会达80度或更高,冷却液来源,水塔冷却液的供应通常为外部重复循环的冷卻水塔其温度会随着天气及季节而变化系统压力依照系统要求水路的污垢矿物质的热传能力约为模具钢2% 1 mm的矿物质沉淀其传热阻力和50 mm的模具钢相同!,冷却液参数,帮助能力帮助能力必须大于模具及机器的所需要的压力降流率流量控制阀必须能控制每一冷却管路得流率与压力,冷却系统设计,要将水管置于可均勻散热的地方靠近热负荷大的地方远离热负荷小的地方,NON-UNIFORM HEAT REMOVAL,LARGELY UNIFORM HEAT REMOV
8、AL,水管尺寸排列 水管与模穴表面的距离.水管间的距离.,冷却系统设计,B 或 C那一个设计比较好?B is pressure limitedC is flow rate limited and possibly pressure limited with a higher pressurethan B if a hose is used to connect the Out to In in the center.,冷却系统设计,串联环绕优点均勻流速均勻散热缺点较高的压降,并联环绕优点使用在insert的周围低压降高流率缺点各分支流速不均勻各分支效率较低容易积垢,冷却系统设计,注意热集中区域
9、,热集中在这个区域,CavityCold,CoreHot,冷却系统设计,能解決不易冷却 的问题针对不易冷却的 区域加以冷却,环绕(水路)冷却分析所必须的大部分的热转移是在产品与水路环绕之间嵌入非必要性的选项使用定义:不同的模具材料热的转移在嵌入件与模具间的介面进行传导,冷却分析对模型的要求,模具边界建议,但是非必要性的选项定义模具外部边界和空间作为传热计算,网格密度对冷却的影响,冷却分析错误的原因较高的纵横比非常短的1D beam元素 (冷却管道与流道)错误发生元素太近(Elements too close)元素重叠(Overlapping elements)几何图形与网格错误发生收敛问题非-
10、逻辑性的温度分布(e.g. 热点),Dist 2- 9, 19.526,Dist 2- 31, 17.274,Dist 5-9, 15.000,Dist 5- 31, 11.922,Dist 2-5, 12.500,E1,E2,Dist 2-9, 19.526,Dist 5- 9, 15.000,Dist 2- 5, 12.500,Sum, 47.026,Avg, 15.675,Dist 2-5, 12.500,Dist 2-31, 17.274,Dist 5-31, 11.922,Sum, 41.696,Avg, 13.899,Total Avg, 14.787,元素间距太近/重叠,如果中心
11、距离低于总的平均值长度的 10% (这里, 低于1.4787mm), 则得到一个错误信息元素太近如果距离低于0.1mm, 则得到一个元素重疊错误信息,2,9,5,31,水路环绕与流道长度的直径比(2.5:1 到 3.0:1 )在嵌入物元素接触塑胶产品,嵌入物与塑料面应该完全接触在相同平面上,Plastic,Insert,Plastic,Insert,冷却分析的网格要求,冷却的网格要求,嵌入件允许有粗糙的网格可接受性的粗糙网格如下分模面模具边界在Fusion网格太过于粗糙会产生元素太近及元素重叠等问题中间平面网格太过于粗糙会影响分析准确性,冷却分析步骤及工艺设定,分析序列 浇口位置 构建模型的部
12、件 检查取向,冷却分析步骤：,冷却工艺设置,模具表面温度 熔料温度 开模时间 IPC时间,关键及次要结果解释,关键的冷却分析结果是非常重要的.次要的冷却分析结果可以辅导你了解主要 分析结果所发生的原因. 有时候,次要的冷却分析结果是不需要再探讨的,冷却结果评估,关键结果解释,有几个结果是要注意的表面温度(塑胶/金属表面)公模温度(top), part母模温度(bottom), part (midplane only)Definition, Cycle averaged temperature温度变化的区域在不同冷却时间显示公母模溫度上的温度bottom temperatures (midpla
13、ne only),使用图层设定 inside 将可看见 bottom 温度分布,产品温度(Top), by Fusion,使用图层定义产品内部,底部加把手及侧边。结果会自动可预视的图层,产品温度(Top), by Fusion,Midplane必须整理mesh orientation ,冷却分析將可区分公母模溫度差,产品公母模温度差, by Midplane,In a Fusion model a normalized thickness of 1 is the element picked, and 1 is the matched element,使用Fusion models可分辨出不同
14、的溫度变化， 这与midplane models相同Note: 有限元素对应性很差的話將无法看出 temperature profile results.,温度曲线Temperature Profile,Portion of screen output fileProvides useful summary of analysis including any warnings or errors,屏幕结果输出 Screen Output,水在模具流动产生的压力降透过水路绕行观看冷却剂的温度变化水/金属界面的溫度,进/出口的水温差,二、次要结果解释,水流率使用冷却水流率来设定使用雷偌数来设定尽量
15、使冷却水(管)方向相同雷偌数 显示冷却系统的雷偌数一般雷偌数要高于4000 以上最多不要高于10,000,凝固层计算产品冷却凝固所须的时间最高溫度计算产品充填完毕最高溫的区域产品最高温度计算产品充填完毕最高温的位置,Parallel vs Series, with manifold attached,流率与雷偌数,Parallel vs Series, with manifold removed to see the scale better in the cooling channels,流率与雷偌数,凝固时间, 温度, 位置与结果,Top溫度是模具侧边的模具/ 嵌入物界面,或是嵌入物边/塑胶接触面。Bottom溫度是嵌入物侧边的模具边/ 嵌入物界面。温度差表示模具与嵌入物截面热转移的阻力,这数值越小越好。,模具温度结果,
