注塑模具冷却系统设计

公 模 面 溫 度
Bottom Temperature
公模側溫度分布也不均 勻。紅色表示溫度較高。
冷卻分析結果\case1
母模面與公模面溫差
Temp. Difference
母模與公模面溫差分布不 均勻。由于母模側溫度較 低﹐導致母模與公模面溫 差較大。
保壓分析結果\case1
Z 向 變 形
Z Deflection
水路的基本形式及規格
改善前
改善后
水路的基本形式及規格
•水路的排布及冷卻形式﹕
(1) 採用模板循環水路直接冷卻形式:
水路的基本形式及規格
(2) 採用模仁循環水路直接冷卻形式:
水路的基本形式及規格
水路的基本形式及規格
(3) 採用模板﹑模仁聯合循環水路直接冷卻形式:
水路的基本形式及規格
水路的基本形式及規格
水 路 分 布 原 則
水路設計的目的﹕
水路設計的目的是使成品均勻冷卻﹐并在較短時間內頂出成型。水路排 布的好壞直接影響到產品的成型品質和生產周期(成本)。 • 對品質的影響﹕在成型時水路是用來控制模具溫度的﹐而模具溫度及其 波動對制品的收縮率﹑變形﹑尺寸穩定性﹑機械強度﹑應力開裂和表面質 量等均有影響。主要表現在﹕表面光潔度﹔殘余應力﹔結晶度﹔熱彎
冷卻系統的行為受從塑料中移走的熱量和轉 移到模穴表面的溫度的影響。它會受到材料性質、熔體溫度和模具表面溫度的差 異以及冷卻中的塑料和模具材料之間接觸好壞的影響。
冷卻的基本原理
–從模穴壁到水管壁的熱傳導:
冷卻系統行為也受通過模具材料到達冷 卻水管的熱傳導的影響。模具材料的性質﹐包括熱傳導率、冷卻水管和塑料表 面的距離﹐和塑料熔體與冷卻水管內部溫度之差﹐也影響冷卻系統行為。水管 距離模穴越近﹐熱量移走得越快﹐然而﹐把它們放置得離模穴過近﹐會產生模 穴表面溫度的局部變化﹐除非增加額外的水管減小相鄰水管的距離。因此﹐最 優化的水管放置應是均勻冷卻與快速冷卻的折中。
冷卻分析結果\case2
公 模 面 溫 度
Bottom Temperature
公模側溫度分布不均勻。 紅色表示溫度較高。
冷卻分析結果\case2
母模面與公模面溫差
Temp. Difference
母模與公模面溫差分布較 均勻﹐溫差基本在10度以 內。
翹曲分析結果\case2
Z 向 變 形
Z Deflection
水路設計過程中應注意的几個問題
• 加強熱點的冷卻﹔避開冷點
所謂熱點就是肉厚相對較厚且不能充分散熱的區域。
公模仁 母模仁 熱量 集中在這個區域
熔化塑膠
凝固塑膠
熱 (相對於未收縮區域的收縮區域 引起翹曲)
水路設計過程中應注意的几個問題
• 靠近高熱量區﹔遠離低熱量區。
區域 2 區域 3
分模線 等溫線
區域 1
塑膠/金屬的界面
水 /金屬的界面 冷卻液
63 deg. C 43 deg. C 23 deg. C 20 deg. C
層流的溫度梯度
< 2300淤
紊流的溫度梯度
> 2300
冷卻的基本原理
–從水管壁到冷卻介質的熱傳導:
冷卻系統行為也受從模具材料到冷卻介 質熱傳導的影響﹐熱傳導受冷卻液流經模具材料時的紊亂程度、冷卻液進口溫度、 冷卻液的性質及冷卻液的流速的影響。冷卻液紊亂時混合作用的影響﹐從水管外壁 到冷卻液的熱傳導比層流有效得多。過大的紊亂會浪費泵功率﹐而且沒有獲得更大 的熱傳導能力。在考慮冷卻介質時﹐要確保成型廠有能力提供足夠多的冷卻液體積 ﹐在足夠的壓力下達到所需的流速﹐并在一個溫度和所需的速率下釋放熱。
(14) 適用於箱形制品的冷卻回路:
水路的基本形式及規格
15) 沿制品形狀設置的冷卻回路:
16) 適用於小直徑型芯的冷卻回路
水路的基本形式及規格
17) 採用渦流式冷卻回路圖示
18) 採用徘徊式冷卻回路圖示
水路的基本形式及規格
19) 採用渦流式冷卻回路圖示
20) 採用水桶式制品冷卻回路圖示
水路的基本形式及規格
21) 公模一側的澆口部位強行冷卻回路圖示
21) 冷卻回路的綜合運用形式圖示
水路的基本形式及規格
經
典
案
例
分
享
冷卻水路設計(1)
進出水方向
共設計15條水路,公模側有6條水路,母模側有7條水路﹐滑塊有2條水路。
冷卻分析結果\case1
公 模 面 溫 度
Bottom Temperature
公模側溫度分布大部分較 均勻﹐但圈示區域溫度較 高﹐應加強冷卻。
冷卻分析結果\case2
母 模 面 溫 度
Top Temperature
母模側溫度如圖﹐大部分 區域溫度較均勻﹐澆口周 圍溫度較高。
冷卻分析結果\case2
母模面與公模面溫差
Temp. Difference
公母模面溫差分布大 部分較均勻﹐局部溫 差較大。
翹曲分析結果\case2
Z 向 變 形
Z Deflection
最高溫度為90℃
水路設計過程中應注意的几個問題
設變水路為﹕在熱澆道的周圍加一圈如圖中紅色的水路。溫度明顯降低
最高溫度為72℃
水路的基本形式及規格
• 冷卻系統的基本形式如下。我們最常用的有A﹑F。特殊情況下用冷卻棒.
• 在模具中的基本排布方式﹕
水路的基本形式及規格
串聯水路
優優點 優優點
並聯水路 用在入子的周圍最好 高體積低壓力
翹曲分析結果\case1
Z 向 變 形
Z Deflection
8.9 mm
Z方向收縮不均勻,變 形方向如圖所示﹐最 大變形為8.9mm,變形 量較大。
冷卻水路設計(2)
進出水方向
共設計21條水路,共增加6條水路﹐其中公模增加1條﹔母模增加3條﹔滑塊增 加2條。目前公模側有7條水路,母模側有10條水路﹐滑塊有4條水路。
1.0mm 0.69mm
Z方向收縮不均勻,變形方 向如圖所示。右下圖為放 大10倍后的變形﹐綠色線 框為變形前形狀。
0.61mm
冷卻水路設計(2)
進出水方向
共設計12條水路,公模側3條水路,母模側9條水路。
冷卻分析結果\case2
母 模ห้องสมุดไป่ตู้面 溫 度
Top Temperature
母模側溫度分布如圖﹐與 方案一相比更均勻。
等溫線
冷卻液
區域 2
高溫
冷卻液
TM002P04
水路設計過程中應注意的几個問題
T=50℃
T=50℃
積熱區
水路設計過程中應注意的几個問題
所謂冷點肉厚較薄處﹑滯流區及波前對接處。
不要在此區域的上方加冷卻水路
水路設計過程中應注意的几個問題
圈示產品的凹陷區域有滯流區。固不 能在此上方排冷卻水路。
水路設計過程中應注意的几個問題
冷卻分析結果\case1
母 模 面 溫 度
Top Temperature
母模側溫度不均勻﹐澆口 周圍溫度較高﹐溫度分布 在51~71范圍內。
冷卻分析結果\case1
母模面與公模面溫差
Temp. Difference
公母模面溫差分布不均 勻﹐母模溫度較高,溫差 范圍在-15~14deg.c。
保壓分析結果\case1
曲。
• 對生產周期的影響﹕一個成型周期主要由以下几部分構成。縮短冷卻時 間就是提高成型效率。
注射時間 保壓時間 冷卻時間 相關時間 開模時間
占整個周期的5%
占整個周期的80%
占整個周期的15%
冷卻的基本原理
輻射散熱 對流散熱
散失到模板的熱量 A
塑膠中的熱量
來自於冷卻水路的交換熱
MFC02
–從塑料到模穴壁的熱傳導:
缺缺點
統一的流動率
統一的熱交換
缺缺點
--較高的壓降
沒有統一的流動率 易於堵塞
• 水管規格及其與成品肉厚的關係:
水路的基本形式及規格
確定冷卻水孔的直徑應注意的問題是, 無論多大的模具,水孔的直徑不能 大於14mm, 否則冷卻難以形成亂流狀況。
一般水孔的直徑可根據制品的平均肉厚來確定。平均肉厚為2mm時, 水孔 的直徑取8~10mm; 平均肉厚為2~4mm時, 水孔的直徑取10~12mm; 平均肉 厚為4~6mm時, 水孔的直徑取10~14mm。
水路分布原則與水路形式及規格
序
設計者應知道成型周期相當大的部分﹐有時可占到成型周期的80%﹐要 用于冷卻。因而對于生產率要求較高的模具﹐將這種‚損失‚時間控制 到最小是絕對必要的。而用于冷卻的工具就是水路。所以水路的排布在 整個模具設計過程中占有非常重要的地位。 在這一部分我主要講述了水路排布的原則﹑水路的基本形式和水路規 格。在‘水路排布原則‘一章主要從以下几部分來闡述﹕1.水路設計的 目的﹔2.冷卻的基本原理﹔3.水路設計過程中應注意的几個問題﹔在’ 水路形式及規格’一章中主要列舉了實際設計中用到的冷卻水路的基本 形式。在最后﹐將以往分析的兩個經典案例進行綜合講解﹐以加深對前 述內容的理解和記憶。
水路的基本形式及規格
(4)斜銷中水路的冷卻形式:
(5) 滑塊中水路的冷卻形式
水路的基本形式及規格
(6) 採用推套推出結構時, 小直徑型芯的冷卻回路
水路的基本形式及規格
(7) 圓形制品的型腔採用入子結構的冷卻回路:
(8) 在模穴中設置特殊隔板的冷卻回路:
水路的基本形式及規格
(9) 在氣閥及推桿內設置的冷卻回路:
• 水管的長度不能太長﹕冷卻液從水管進口到出口的溫度變化就在5度以內。 較精密的產品就控制在3度以內。

水路設計過程中應注意的几個問題
• 在用熱澆道成型的模具中﹐需加強對熱澆道的冷卻。 在下面的例子中﹐最初設計時﹐沒有排冷卻熱澆道的水路(其為倒裝模)。 在公模側熱澆道的附近溫度較高(進水溫度設為50度)。
0.59mm
Z方向收縮有較大改善。 右下圖為放大10倍后的變 形﹐綠色線框為變形前形 狀。
0.3mm
(10) 對主流道部位採用噴水式冷卻回路:
水路的基本形式及規格
(11) 溫控回路沿型芯表面排列的隔板式冷卻回路:
(12) 高熱傳材料插入型芯中的圖例
水路的基本形式及規格
(13) 负压水路
左图为专利冷却系统(Logivac)， 流动是靠真空形成的，所以在镶 件接合处不会漏水.主要适用于细 长型芯如生产笔筒的型芯。
1.9 mm
Z方向收縮不均勻,變 形方向如圖所示﹐最 大變形為1.9mm,變形 量明顯減小。
冷卻水路設計(1)
進出水方向
共設計6條水路,公母模側各有3條水路。
冷卻分析結果\case1
母 模 面 溫 度
Top Temperature
由于兩端采用低溫冷卻﹐ 母模側溫差較大。
冷卻分析結果\case1
冷卻分析結果\case2
冷
卻
劑
溫
度
Coolant Temp
冷卻水進出口溫度如圖 所示﹐藍色表示進水溫 度為40deg.c,紅色表示 進水溫度為60deg.c.
冷卻分析結果\case2
公 模 面 溫 度
Bottom Temperature
公模側溫度分布與case1 相似﹐且澆口附近溫度較 case1高﹐有利于控制變 形。
體積收縮百分比
Volumetric Shrinkage
成品的體積收縮大部分約 為4%, 四周較厚區域體積 收縮稍大。
保壓分析結果\case1
凹 痕 深 度
Sink Mark
最大凹痕深度為0.021mm﹐ 分布在澆口附近﹐應不會 影響產品外觀。但大部分 肋周圍凹痕深度在0.010mm 左右﹐為可見凹痕。