注塑模具冷卻優(yōu)化與仿真

　　摘 要：使用均勻設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)分析注塑模具水路溫度、壓力和尺寸3個(gè)工藝參數(shù)對(duì)制品冷卻效果的影響，確定水路溫度和管徑是影響冷卻效率的關(guān)鍵性因素。驗(yàn)證冷卻水達(dá)到紊流狀態(tài)后，水壓不是關(guān)鍵性影響因素。
　　關(guān)鍵詞：模具冷卻 均勻設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) CFD
　　中圖分類號(hào)：TG76文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2012）09（a）-0112-02
　　注塑模具冷卻能力對(duì)塑料產(chǎn)品注塑節(jié)拍有著至關(guān)重要的作用，隨著生產(chǎn)節(jié)拍的加快，就必須提高模具的冷卻效率，降低零件頂出溫度。正常注塑模具影響冷卻效率的3個(gè)工藝參數(shù)是：水路溫度，水路壓力，水路直徑尺寸，由于前兩個(gè)因素可以作為工藝條件來(lái)進(jìn)行設(shè)定，容易調(diào)整，但是水路直徑必須在開(kāi)模確定，必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)選取合理的值。
　　均勻分散性使試驗(yàn)點(diǎn)均衡地分布在試驗(yàn)范圍內(nèi)，其原則是通過(guò)回歸方程來(lái)分析及預(yù)測(cè)，并在預(yù)測(cè)后用實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證，從而找到真正的最優(yōu)條件。基于以上優(yōu)點(diǎn)所以選用均勻設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)行冷卻效果的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。
　　選取一套PP門板本體模具（如圖1），針對(duì)3因素4水平進(jìn)行設(shè)計(jì)均勻試驗(yàn)，通過(guò)MoldFlow分析計(jì)算各方案零件75度頂出時(shí)的冷卻時(shí)間。
　　使用DPS軟件進(jìn)行3因素4水平的均勻設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，選取實(shí)驗(yàn)數(shù)量為8個(gè)，方案如表1所示。
　　PP材料選用Basell787，通過(guò)MoldFlow計(jì)算，其結(jié)果如表2；使用軟件中的均勻設(shè)計(jì)回歸分析可以針對(duì)上述實(shí)驗(yàn)得到因素顯著水平如表3。
　　由于p<0.001，則結(jié)果是很高的顯著。表明在這個(gè)模具中冷卻效率和水溫及管徑有關(guān)，而和水壓關(guān)系不大。其回歸公式（1）方程所示。
　　其中v、ρ、η分別為流體的流速、密度與黏性系數(shù)，D為管徑。臨界雷諾數(shù)與流場(chǎng)的參考尺寸有密切關(guān)系。一般管道流雷諾數(shù)Re<2100為層流狀態(tài)，Re>4000為湍流狀態(tài)，Re=2100～4000為過(guò)渡狀態(tài)。水流達(dá)到紊流狀態(tài)后就會(huì)有很好的冷卻效果。以N1因子為例模流分析結(jié)果，可以看到雷諾數(shù)為：9530，已經(jīng)遠(yuǎn)超4000的標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)。
　　為了驗(yàn)證在10s冷卻時(shí)間下，當(dāng)水流達(dá)到紊流狀態(tài)后再提高水壓對(duì)，對(duì)制品冷卻幫助不大，模具試制時(shí)特地將一臺(tái)冷水機(jī)增加變頻泵；冷水機(jī)的初始?jí)毫?bar變頻可調(diào)范圍為2bar。為了精確測(cè)量零件表面溫度，在制品頂后，立刻使用紅外相機(jī)測(cè)量溫度，5個(gè)區(qū)域的溫度（見(jiàn)圖2）。在17℃，22℃，27℃三個(gè)水溫下，選取2bar，3bar，4bar3種水壓在相同注塑工藝下，進(jìn)行零件注塑；溫度測(cè)量數(shù)據(jù)（圖3）。
　　從數(shù)據(jù)中可以看到不同水溫下零件頂出溫度有區(qū)別，但是水壓的影響很小；故證明當(dāng)水壓大于2bar后，水流已經(jīng)進(jìn)入紊流狀態(tài)，在水路管徑確定，不同溫度下，即使提高水壓，也不會(huì)顯著提高模具的冷卻效率。
　　結(jié)語(yǔ)
　　（1）利于均勻設(shè)計(jì)可以很好的優(yōu)化模具冷卻管路直徑的選擇，可以對(duì)后期工藝調(diào)試提供指導(dǎo)意見(jiàn)。
　　（2）Mold Flow計(jì)算的雷諾數(shù)很準(zhǔn)確，可以指導(dǎo)生產(chǎn)中的冷卻設(shè)備的壓力范圍選擇，避免選擇大量程設(shè)備造成的經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)。
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