注塑模具冷卻時(shí)間的影響因素分析

1、注塑模具冷卻時(shí)間的影響因素分析汪琦揚(yáng)銘華;華東理工大學(xué)200237G 張孝民魯勇;上海廣電模具成型公司200233G摘要分析了注塑模具冷卻時(shí)間的影響因素L關(guān)鍵詞注塑模具冷卻時(shí)間影響因素收稿日期1998203210為使大型注塑機(jī)在脫模時(shí)有足夠的剛性和強(qiáng)度K 通常都具有較大壁厚K 因而冷卻時(shí)間較長(zhǎng)L 這將直接影響到制件質(zhì)量和生產(chǎn)成本L 可而確定恰當(dāng)?shù)睦鋮s時(shí)間是極其重要的課題L 這些影響因素有P;1G 模具材料M ;2G 冷卻液溫度及流動(dòng)狀態(tài)M ;3G 冷卻液回路分布M ;4G 模塑材料M ;5G 制件厚度M ;6G 模具溫度L1模具材料通常K 從機(jī)械強(qiáng)度出發(fā)K 選鋼材為模具材料L 如果只考慮材料的

2、冷卻效果時(shí)K 則要求導(dǎo)熱系數(shù)高K 從熔融塑料上吸收熱量越迅速K 冷卻越快L 表1列有各種模具材料的導(dǎo)熱系數(shù)L 在這些材料中K C 和C r 含量越高K 導(dǎo)執(zhí)熱性越差L 不銹鋼導(dǎo)熱系數(shù)只有鋼的12以下L 而銅鋁鋅合金導(dǎo)熱系數(shù)為鋼的1153倍K 試制模具自然冷卻周期比鋼的短K 制品收縮狀態(tài)也比鋼模具好得多K 但其價(jià)格、加工成本要高K 因此在保證模具剛度和強(qiáng)度條件下K 為降低成本K 在適當(dāng)部位可選導(dǎo)熱系數(shù)較大的材料作為鑲嵌件之用L 而下面對(duì)冷卻時(shí)間的實(shí)例模具計(jì)算中就采用了這一點(diǎn)K 而且計(jì)算結(jié)果表明這樣做確實(shí)收到了很好的效果L表1模具材料的導(dǎo)熱系數(shù)K模具材料K;W m G 銅;純G386鈹青銅2012

3、1鈹青銅275109鋁青銅81鋁;鈍G221硬鋁;9496A l K 315Cu K 0.5M g G164鑄鋁;87A l K 13Cu G 164鋅合金;Z A S 4%A l K 3%Cu G 109碳素銅;S 50C 0.5%G 53碳素銅;1%C G 43碳素銅;1.5%C G36SKD 6134不銹鋼;SU S 304G 16鉻鋼;1%C r G 60不銹鋼;12%C r G 26鑄鐵;4%C G522冷卻回路分布為使模具表面溫度均勻K 型腔與冷卻回路的分布狀態(tài)K 也就是距離和間隔問(wèn)題K 值得重視L 圖1表示冷卻孔徑與位置關(guān)系K 要求冷卻回路輸出熱量和塑料熔體帶入的熱量成比例關(guān)系L

4、冷卻回路通常按制件形狀及所需溫度分為P 直通式、圓周式、多級(jí)式、螺旋線式、渦旋式、平面U 形彎曲式、垂直U 形彎曲式、噴射式;擴(kuò)散管式G 、隔離板式;擋板式G L 又可按流量和回路數(shù)目分為直列冷卻和并列冷卻M 按模具內(nèi)是15第2期;總第124期G1998204塑料科技PLA ST I CS SC I .&T ECHNOLO GY表2常用塑料熔體凝固時(shí)放出熱量及導(dǎo)熱系數(shù)、熱擴(kuò)散率、比熱容、密度值 塑料品種$i 值;kJ kg G 熱擴(kuò)散率K ;m 2s G導(dǎo)熱系數(shù)K;w m G比熱容Cp ;kJ kg G密度Q ;kg m 3GABS 3004002.7×10-70.2931.

5、0471050LD PE 5906901.7×10-70.3352.093920HD PE 6908202.0×10-70.4812.553940PC 2909.4×10-70.1931.7161200PP 5906.7×10-80.1171.926900PV C 1703606.2×10-80.1951.8421400PA 666507501.1×10-70.2331.8841140圖1冷卻孔的分布;a G 冷卻孔徑與位置關(guān)系M;b G 厚壁部位要強(qiáng)化冷卻L否裝入鑲拼件還可分為直接冷卻和間接冷卻K但后者是以分割套匣組合而成K 所以不

6、能完全密封K 冷卻效率當(dāng)然不及直接冷卻佳L 注塑成形是瞬時(shí)完成的K 理想的情況是進(jìn)行迅速而均勻的冷卻K 但在實(shí)際上K 塑料熔體從澆口到型腔各點(diǎn)溫度均在陸續(xù)下降L 在許多情況下由于成形件的形狀K 特別是壁厚不均導(dǎo)致冷卻不均勻L 應(yīng)按實(shí)際情況K 相應(yīng)地設(shè)置冷卻回路K 可用后面提到的電模擬方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、調(diào)整L 另外K 對(duì)于散熱困難的型芯要設(shè)置有效的冷卻回路L 如對(duì)細(xì)小型芯可采用導(dǎo)熱性好的鈹銅導(dǎo)熱棒以及熱管等進(jìn)行冷卻L3冷卻液溫度及流動(dòng)狀態(tài)根據(jù)均勻冷卻的考慮K 冷卻水在出、入口處的溫差小為好L 一般希望控制在5以下K 而精密成型模具、多腔模具要控制在23以下L 回路長(zhǎng)度在112115m 以下L增加回路

7、數(shù)可以增大流量K 減少壓力損失K 提高傳熱效率L顯然K 回路中的冷卻水湍流比層流有更好的冷卻效果K 在湍流下的熱傳遞比層流高1020倍L 由于雷諾準(zhǔn)數(shù)R e =vd Q L v 為冷卻水流速K d 為冷卻流道直徑K Q 為冷卻水密度K L 為冷卻水粘度G K 當(dāng)冷卻水在管道內(nèi)流速v 增加到某值時(shí)K R e >104K達(dá)到穩(wěn)定湍流K 再增加冷卻水流速K 其傳熱效率并無(wú)明顯提高L 但當(dāng)其它條件不變K 使用過(guò)冷水冷卻K 其粘度L 增加K 當(dāng)L 增大到一定程度時(shí)K R e <2300K 便處于層流狀態(tài)K 從而大大降低了熱傳遞L 在大多數(shù)情況下K 用于冷卻模具的入口水溫要高一些;一般以101

8、8為宜G L4模塑材料模塑材料的傳熱效果K 對(duì)冷卻時(shí)間具有重大影響L 塑料熔體帶入模腔的熱量K 以熱傳導(dǎo)形式被冷卻水帶出模外K 這就需要時(shí)間L 但是塑料的導(dǎo)熱系數(shù)K 值和熱擴(kuò)散系數(shù)K 值K =KC P Q K 為導(dǎo)熱系數(shù)Y C p 為比熱容Y Q 為密度G G 都很低K 可用填充、改性或加入填料的方法加以改善L 常用塑料的熱焓$i 、K 、K 值列于表2中L5制件厚度一般制件越厚K 其傳熱阻力越大K 所需冷卻時(shí)間越長(zhǎng)L 通常冷卻時(shí)間與制件厚度平方成正25汪琦等注塑模具冷卻時(shí)間的影響因素分析比L表3制件厚度與冷卻時(shí)間關(guān)系制件厚度;mm G ABS LD PE HD PE PP PV C PA0.

9、51.81.80.81.82.33.03.02.12.51.02.93.54.54.53.33.81.55.76.68.08.06.37.02.09.310.612.512.510.111.22.513.715.217.517.514.715.93.828.530.934.534.530.032.05.049.052.457.557.551.153.96.475.079.085.085.077.580.06模具溫度近年來(lái)K由于溫度調(diào)節(jié)器、冷凍器的普及K在很多情況下K已不用室溫的水為冷卻液K按塑料的不同種類K分別選用不同溫度冷卻液L在這種情況下K要很好地掌握環(huán)境溫度、冷卻液溫度K塑料變形溫度等三

10、個(gè)重要因素L表4為各種材料的成型溫度與模具溫度關(guān)系L表4各種材料的成型溫度與模具溫度關(guān)系材料名稱材料溫度;G模具溫度;GABC2002604060PE1502505070PC28032080110PP1602604060PV C1702104060PA2003005565當(dāng)模具溫度與環(huán)境溫度有較大差異時(shí)K要設(shè)置與制品形狀相適應(yīng)并使整個(gè)模具維持一定溫度;或保溫G的冷卻回路K以防止模具本身因熱膨脹而發(fā)生變形、翹曲等L可以看出K在設(shè)計(jì)模具時(shí)K應(yīng)充分考慮各種影響因素K盡可能對(duì)設(shè)計(jì)加以優(yōu)化L注塑模具冷卻分析軟件可以更好地幫助做到這一點(diǎn)L國(guó)外已開(kāi)發(fā)出具有實(shí)用化的軟件K如西德A rachen 大學(xué)研制的:C

11、AD CAM F系統(tǒng)軟件K美國(guó)A p li2 cati on公司的:M o ldCoo l F二維分析軟件以及SDRC公司的:PU L Y-COOL2F三維模具分析軟件等K能夠由計(jì)算機(jī)屏幕顯示注塑中任一時(shí)刻模具及熔體的溫度分布K并能顯示模具的熱流動(dòng)圖、瞬態(tài)溫度分布以及理論冷卻時(shí)間等1L 國(guó)內(nèi)也正在進(jìn)行這方面的基礎(chǔ)研究和軟件開(kāi)發(fā)2K而冷卻時(shí)間的簡(jiǎn)化計(jì)算無(wú)疑對(duì)設(shè)計(jì)模具和實(shí)際生產(chǎn)也具有重要價(jià)值L對(duì)一些較復(fù)雜的冷卻方式尚無(wú)系統(tǒng)方法K但我們已對(duì)有銅嵌件電視機(jī)殼模具采用了一種簡(jiǎn)化算法K理論計(jì)算出的冷卻時(shí)間同實(shí)際結(jié)果很相近L參考文獻(xiàn)1劉廷華、王鵬駒注塑充模模具溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬K=中國(guó)塑料I K1991.5.P42張政塑料注射成型CAD與流動(dòng)傳熱分析K化工計(jì)算機(jī)應(yīng)用會(huì)議K1990年10月K岳陽(yáng);該文經(jīng)編者刪改G福特汽車(chē)將使用大麻纖維增強(qiáng)塑料美國(guó)福特汽車(chē)公司將使