冷却水路设计对产品品质的影响.ppt

Copyright ?2001 Foxconn CAE Engineer Arther 冷卻水路設計 對產品品質的影響 CAD/CAE工程中心 陳德錚2001/2/5 開始語 我們知道﹐幾乎每一個注射成型模具中都有冷卻水路系統﹐而模具設計同仁幾乎每天都涉及到冷卻水路設計。但冷卻的重要性何在呢? 又該如何設計冷卻水路呢? 冷卻的重要性 冷卻速率和均勻度會影響產品最后的成型。這些影響包括兩個主要方面﹕品質和成本。 產品品質 表面光潔度: 許多材料需要相對高的模具表面溫度﹐在生產中以獲得良好的表面光潔度﹐如果某些區域與另一些區域的模穴溫度不同﹐那么在成品表面就會看到不同的表面光澤。 殘余應力: 殘余應力是在充填或保壓過程中剪切應力的結果。除了流動導致應力外﹐由于產品表面溫度不同﹐各個部分以不同的速率冷卻時也會產生殘余應力。這些殘余應力可能是產品在使用過程中過早損壞或者產品翹曲和扭曲的原因。為了減小這些應力﹐就需要均勻的冷卻。 結晶度: 半結晶材料成型過程中呈現的結晶度受熔體冷卻的影響。產品冷卻過程中結晶度的不同會影響體積收縮﹐要保待所需要的尺寸公差是困難的。不同區域體積收縮的顯著變化通常是產品翹曲的一個原因。 熱彎曲: 如果模具的上表面和下表面的溫度不同﹐一旦產品從模具中頂出﹐由于在上下表面之間不同的熱收縮速率﹐產品會彎曲。 生產成本 頂出溫度: 產品從模具中頂出的溫度會受很多因素的影響。產品的強度必須足夠大以抵抗由于體積收縮的變化和殘余應力而產生的翹曲和頂出系統對產品施加的局部應力。頂出力受產品的几何形狀、模具的表面光潔度和在充填與保壓過程中模穴的填充度的影響。 循環時間: 通常﹐循環時間是產品的溫度降到能安全頂出的溫度所花的時間。如果充填和保壓過程都是最佳化的﹐改善冷卻行為可以顯著地減小冷卻時間。因為冷卻時間通常包括80%的循環時間﹐所以減小冷卻時間會顯著減小循環時間和生產成本。 根據產品的用途﹐在均勻冷卻以保証產品的品質和快速冷卻以減小產品的成本之間取一個折中。 注射時間 保壓時間 冷卻時間 開模時間 相關時間 熱量在注射成型中的傳遞 熱量由塑料帶入 熱量從冷卻水管傳入或傳出 熱輻射 熱對流 A 熱量傳遞到模板 冷卻系統設計目標 冷卻系統的設計經常受到模穴的几何形狀、分模線、滑塊和頂針的限制﹐因此不能僵硬地給出理想分布的設計指南。 模具設計者的目標應該是設計一個冷卻系統﹐它會: 均勻地冷卻產品 在下一次循環的開始得一個理想的模具溫度 減少循環時間 冷卻系統設計要點1 冷卻水路設置要使冷卻效果均勻 靠近熱量較多處 遠離熱量較少處 冷卻系統設計要點2 尺寸及排放位置 水管中心與模穴表面的距離 相鄰水管的距離 冷卻系統設計要點3 尺寸及排放位置 冷卻水管的長度 C In Out In Out A In Out B In Out 增加一條冷卻水管的長度會增加熱傳導的面積。在這個原則上圖B會比圖A好﹐然而長的水路可能產生一些問題﹐例如壓力降增加﹐沿長度方向溫度升高過多。為了避免這些問題和進口溫度與出口溫度之差大于2?C ﹐很長的水路應該分成兩條或更多短的水路﹐如圖C所示。 冷卻系統設計要點4 尺寸及排放位置 特殊特征 檔板 噴泉 在一個冷卻管道內任何冷卻液的方向改變會增加混亂度﹐因此在轉彎后熱傳導的能力會增加。擋板和噴泉都會增大混亂度﹐是由于在流動系統中固有轉彎和它們的几何形狀能夠在受限制區進行冷卻。 Bubbler(噴泉) Baffle(檔板) TM002P07 冷卻系統設計要點5 冷卻系統類型 串聯和并聯 串聯水路 優點 流速均勻 排熱均勻 缺點 壓降高 並聯水路 優點 適用于入子四周 底壓下可達高流速 缺點 各分支流速不一樣 各分支冷卻效果不佳 易產生污垢 冷卻與翹曲變形 T=50℃ T=50℃ T=50℃ T=40℃ A B ? A B ? 方框形產品: L060,L061,L089… 對這種方框形產品,最大的品質問題應該是翹曲變形,而進澆位置與冷卻水路設計對產品品質有著較大的影響。 個案設計 下面以L089為例說明進澆位置與冷卻水路設計對產品品質的影響。 塑膠材料: ABS/PC CYCOLOY C2950 GE USA 最大外型尺寸 314 25 132 平均肉厚為1.6mm 在2D同仁進行模具設計的同時﹐我們CAE工程課也進行相應的模流分析。首先﹐我們使用快速充填分析尋找最佳進澆位置。 兩點進澆壓力太大﹐而且塑膠流動路徑過長(如上圖) ﹐因此不採用。經過內部分析檢討﹐我們決定採用四