基于CAE分析的注射模冷却系统的优化设计

唐光胤，刘 波，魏 伟

（济源职业技术学院 机电工程系，河南 济源 459000）

1 引言

在注塑成型中，模具温度直接影响到制品的质量和生产效率。通过温度调节系统，保持适当的模具温度，可减小塑件的变形、增强塑件力学性能、改善塑件的表观质量、提高塑件尺寸精度和稳定性。

对于任何一个塑料制品，模温波动较大都是不利的，过高的模温会使制件在脱模后发生变形，若延长冷却时间又会使生产率降低。过低的模温会降低塑料的流动性，使其难于充满型腔，增加制品的内应力，所以设计合理的冷却系统，对模具温度进行有效调节是十分必要的。

然而,由于各种塑料的性能和成型工艺的要求也不尽相同，对注射模的要求也不尽相同，传统的冷却系统设计完全建立在经验的基础上，通过不断试模进行修改，增加模具制造时间及成本，因此，结合C A E分析对模具冷却系统的优化设计在一定程度上能缩短试模时间，从而提高冷却系统的可靠性，减少设计人员设计冷却系统的盲目性。

2 注射模的冷却分析

图1 冰箱的接水盒图

由于实际塑件形状十分复杂，因此光借助一些简化公式或经验公式来分析冷却系统的可行性存在着很大局限性。MOLDFLOW分析软件就为我们解决了这一难题。下面结合冰箱的接水盒（图1）进行流程分析：

（1）建模及准备阶段。用三维C A D软件U G对塑件建模，并将其转化为STL格式，用fusion模型导入MOLDFLOW分析软件，划分网格。通过诊断,即Mesh Statistics查询网格状态，其中match ratio必须为85%以上，才能进行分析。

建立浇注系统和冷却系统见图2，采用四个点浇口，以便去除浇口，易形成自动化生产，效率高，且表面质量好。注意在建立完浇注系统和冷却系统，必须对其进行连通性检查，否则分析就会失败。

图2 浇注系统和冷却系统图

（2）工艺条件。塑料材料选用A B S，其工艺参数为：熔体温度为220℃，模具温度为50℃。在本例中冷却水管直径采用8 m m，冷却介质为水，温度为25℃，流率为2.5 L/min，入口雷诺指数为10000。注射、保压、冷却时间为30 s，用于开模顶出时间为5 s。

（3）冷却模拟分析。模拟：根据上述工艺条件，对塑件的冷却过程进行模拟分析，得到部分模拟结果见图3至图5，其中图3为型腔表面的温度分布，图4为塑件完全固化时间，图5为冷却介质的温度变化。

分析：由图3可知，模具型腔的最高温度为89.75℃，其最低温度为35.22℃，其平均温度为58.59℃；由图4可知，水的冷却循环时间为26.37℃；由图四可知，冷却介质的入口温度与出口温度最大差为1.1℃，温度差控制在2℃之内。

图3 型腔表面的温度分布图

图4 塑件完全固化时间图

图5 冷却介质的温度变化t u

3 结语

注射模冷却系统的设计和分析对塑件的质量和生产效率有重要影响，通过MOLDFLOW对冷却系统进行定性的分析，从而改进冷却系统的位置、大小，设计出合理的冷却系统，从而提高一次试模的成功率。

[1]王刚,单岩.MOLDFLOW模具分析应用实例[M].北京：清华大学出版社，2005.

[2]单岩，王蓓等.Moldflow模具分析技术基础[M].北京:清华大学出版社，2004.

[3]李德群.现代模具设计方法[M].北京：机械工业出版社，2001.