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1、2002 Cradle Technology Group Tai Dao Computer Co.,Ltd./Arthur ChenMoldflow与注射模具冷却系统设计卫道科技集团卫道科技集团/ /深圳泰道电脑有限公司 陈德铮深圳泰道电脑有限公司 陈德铮 Date12002 Cradle Technology Group Tai Dao Computer Co.,Ltd./Arthur Chen课程内容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Date22002 Cradle Technology Group Tai Dao
2、 Computer Co.,Ltd./Arthur Chen冷却系统设计的重要性冷却系统设计的重要性Date32002 Cradle Technology Group Tai Dao Computer Co.,Ltd./Arthur Chen冷却的影响v产品品质 表面光洁度 残余应力 结晶度 热弯曲 v生产成本 顶出温度 循环时间 冷却系统设计的重要性Date42002 Cradle Technology Group Tai Dao Computer Co.,Ltd./Arthur Chen冷却影响产品品质 v 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
3、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。 v 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。 v 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。 v 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
4、，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Date52002 Cradle Technology Group Tai Dao Computer Co.,Ltd./Arthur Chen冷却影响生产成本 v 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v 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
5、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。and Packing冷却系统设计的重要性Date62002 Cradle Technology Group Tai Dao Computer Co.,Ltd./Arthur Chen冷却系统的构成及类型冷却系统的构成及类型Date72002 Cradle Technology Group Tai Dao Computer Co.,Ltd./Arthur Chen冷却系统的构成冷却系统的构成及类型Date82002 Cradle Technology
6、Group Tai Dao Computer Co.,Ltd./Arthur Chen冷却水路的类型v 串联水路 优点 流速均匀 排热均匀 缺点 压降高 v 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Date92002 Cradle Technology Group Tai Dao Computer Co.,Ltd./Arthur Chen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Date102002 Cradle Technology Group Tai Dao Computer Co.,Lt
7、d./Arthur Chen冷却水路的基本形式圆形弯管方形弯管冷却系统的构成及类型Date112002 Cradle Technology Group Tai Dao Computer Co.,Ltd./Arthur Chen冷却水路的基本形式挡板(Baffle)喷泉(Bubbler)冷却系统的构成及类型Date122002 Cradle Technology Group Tai Dao Computer Co.,Ltd./Arthur Chen冷却水路的基本形式吸热管(Thermal Pin)冷却系统的构成及类型Date132002 Cradle Technology Group Tai D
8、ao Computer Co.,Ltd./Arthur Chen冷却理论分析冷却理论分析Date142002 Cradle Technology Group Tai Dao Computer Co.,Ltd./Arthur Chen热量在注射成型中的传递 热量由熔融塑料带入热量从冷却水路传入或传出辐射散热对流散热热量散失到模板上冷却理论分析Date152002 Cradle Technology Group Tai Dao Computer Co.,Ltd./Arthur Chen从塑料到模穴壁的热传导v 影响冷却系统性能的参数 模具材料热特性 比热 导热性 料温和模温之间的温度梯度 塑料和模
9、穴壁之间接触的质量 确信良好的接触冷却理论分析Date162002 Cradle Technology Group Tai Dao Computer Co.,Ltd./Arthur Chen从模穴壁到水管壁的热传导v 影响冷却系统性能的参数 模具材料热特性 比热 导热性 冷却水管和塑料表面的距离 均匀冷却与快速冷却的折中 料温和水温之间的温度梯度冷却理论分析Date172002 Cradle Technology Group Tai Dao Computer Co.,Ltd./Arthur Chen从水管壁到冷却介质的热传导v 影响冷却系统性能的参数 冷却液紊乱程度 确信达到紊流状态，但亦不宜
10、过大 冷却液进口温度 冷却液的性质 冷却液的流速冷却理论分析Date182002 Cradle Technology Group Tai Dao Computer Co.,Ltd./Arthur Chen典型模具材料的热特性冷却理论分析Date192002 Cradle Technology Group Tai Dao Computer Co.,Ltd./Arthur Chen冷却液流动与雷诺数v 雷诺数定义：雷诺数 (Re)流动类型10,000 230063 C43 C23 C 20 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析Date212002 Cradle Technol
11、ogy Group Tai Dao Computer Co.,Ltd./Arthur Chen冷却液流动率与热量流动率冷却理论分析Date222002 Cradle Technology Group Tai Dao Computer Co.,Ltd./Arthur Chen散热能力紊流紊流实际散热实际散热流动率流动率热交换热交换热容热容传导传导对流对流交换交换层流层流冷却理论分析Date232002 Cradle Technology Group Tai Dao Computer Co.,Ltd./Arthur Chen冷却时间的方程式v 冷却时间：理论上，冷却时间与最大产品厚度的平方或最大流
12、道直径的幂的 1.6次成正比，也就是 这里熔融塑料的热扩散系数(thermal diffusivity)定义为：或冷却理论分析Date242002 Cradle Technology Group Tai Dao Computer Co.,Ltd./Arthur Chen冷却时间与模温v 增加模温，冷却时间延长厚2mm、长200mm的产品，以推荐的料温及1秒时间注射冷却理论分析Date252002 Cradle Technology Group Tai Dao Computer Co.,Ltd./Arthur Chen冷却与翘曲v 当塑料接触到模具时，一边是冷的，另一边是热的，不同的冷却便 发生
13、了。热的一边要比较长的时间冷却和收缩（收缩大），而导致 热的一边象弓一样弯曲。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析Date262002 Cradle Technology Group Tai Dao Computer Co.,Ltd./Arthur Chen热量聚积v 热量聚积在角落处，使得角落收缩变形而小于90度，造成典型的盒 状弓形翘曲。 热集中在公模的角落热的角落 (相对于凝固部分的 收缩，引起翘曲)Cavity 冷Core 热冷却理论分析Date272002 Cradle Technology Group Tai Dao Computer Co.,Ltd./Ar
14、thur Chen差动结晶v 不平均的壁厚将导致不同的冷却速率。需更长时间冷却的区域将有 更高的结晶度，这叫做差动结晶(Differential Crystallinity)。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析Date282002 Cradle Technology Group Tai Dao Computer Co.,Ltd./Arthur Chen冷却水路设计要点冷却水路设计要点Date292002 Cradle Technology Group Tai Dao Computer Co.,Ltd./Arthur Chen冷却系统设计目标 v 冷却系统的
15、设计经常受到模穴的几何形状、分模线、滑块和顶针的 限制，因此不能僵硬地给出理想分布的设计指南。 v 模具设计者的目标应该是综合考虑各方面因素，设计一个良好的冷 却系统，它会： 均匀地冷却产品 减少循环周期时间 冷却水路设计要点Date302002 Cradle Technology Group Tai Dao Computer Co.,Ltd./Arthur Chen冷却水路设置要使冷却效果均匀 v 靠近热量较多处 v 远离热量较少处 冷却水路设计要点Date312002 Cradle Technology Group Tai Dao Computer Co.,Ltd./Arthur Chen
16、水路尺寸及排放位置 v 冷却水管的直径优先采用大于8mm，各个水管的直径应尽量一致， 避免冷却液的流速不均产生压力损失。 v 无论多大的模具，水管的直径都不能大于14mm，否则冷却水流难 以形成紊流状况。 冷却水路设计要点Date322002 Cradle Technology Group Tai Dao Computer Co.,Ltd./Arthur Chen冷却水路的长度 v 对于中大型模具，进出水口的温 差很大会影响冷却效果。从冷却 均匀性考虑，进出口温差一般控 制在5以下；对于精密成型模 具，则要控制在2-3以下，每 条水路长度在1.2-1.5m以下。 v 增加一条冷却水管的长度会增加 热传导的面积。在这个原则上图 B会比图A好，然而长的水路可能 会产生一些问题，例如压力降增 加，沿长度方向温度升高过多。 为了避免这些问题，很长的水路 应该分成两条或更多短的水路， 如图C所示。 CInOutInOutAInOutBInOut冷却水路设
