基于Moldflow的注塑模具隨形冷卻水道設計與分析＊

張森森，張留偉

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基于Moldflow的注塑模具隨形冷卻水道設計與分析＊

張森森，張留偉

（臺州科技職業學院，浙江 臺州 318000）

以肥皂盒塑件為研究對象，運用不同方案設計出冷卻水道，采用Moldflow軟件對每種方案進行模擬分析。結果表明，隨形冷卻設計能使塑件制品溫度場分布更加均勻、冷卻時間縮短，更重要的是可減少塑件的翹曲變形。

隨形冷卻水道；Moldflow；冷卻效果；翹曲變形

隨形冷卻技術最早是由美國麻省理工學院的Sachs[1]教授提出來的，隨后迅速發展。由于隨形冷卻水道的形狀是根據產品的表面形狀而變化的，不再是傳統直鉆形的冷卻水道，因此，能夠使得塑件制品均勻冷卻，冷卻效率得到很大的提高，且能很好地控制模具的溫度；同時，還能夠大大減少塑膠件常見的一些缺陷，比如殘余應力、縮痕和翹曲變形等[2-5]。本文用Moldflow對肥皂盒塑件進行模擬分析，通過對比隨形冷卻和傳統冷卻2種方案，得出隨形冷卻的效果更佳，其明顯縮短了產品的成型周期。

1 冷卻系統的設計

圖1為肥皂盒蓋塑膠件，其長度為152 mm，寬度100 mm，高度25 mm，壁厚2 mm，壁厚均勻。總體積為35.522 cm3。注塑所用材料為ABS。運用一模兩腔式的模具結構，采用側澆口進澆方式。塑料件外觀圖如圖1所示。

注塑成型所用工藝參數如表1所示。為了更好地表達冷卻水道形式對冷卻效果的影響，本人采用傳統冷卻和隨形冷卻2種布局方式，如圖2和圖3所示。傳統冷卻水道管道直徑8 mm，平行布置，冷卻水道間距22 mm，距離型腔面15 mm。隨形冷卻水道參數與傳統冷卻水道參數相同。

表1 注塑工藝參數

參數名稱數值 熔料溫度/℃230 冷卻水溫度/℃25 模具表面溫度/℃50 頂出溫度/℃88 成型周期/s30 充填時間/s2.2 開模時間/s5 熔融指數/（g/10 min）35 保壓壓力（3 s）/MPa45

圖2 傳統冷卻水道布局方式

圖3 隨形冷卻水道布局方式

2 冷卻系統模擬結果分析

圖4中的（a）和（b）分別為注射成型時傳統冷卻系統和隨形冷卻系統最高溫度模擬圖，從圖4中可以看出傳統冷卻系統最高溫度為61.08 ℃，而隨形冷卻系統模擬最高溫度為44.57 ℃。由此可知，隨形冷卻水道冷卻效果較好。

圖5中的（a）和（b）分別為2種冷卻水道達到頂出溫度所用時間的模擬結果圖，從圖5中可以看出，傳統冷卻水道所用時間為12.24 s，隨形冷卻水道所用時間為10.28 s。由于縮短冷卻時間可以使生產效率明顯提高，所以，隨形冷卻水道能有效地提高生產效率。圖6中的（a）和（b）為2種冷卻系統對制品翹曲變形模擬示意圖。傳統冷卻水道所打產品翹曲變形量為0.484 3 mm，隨形冷卻水道所打產品翹曲變形量為0.4 819 mm。由此可知，不同冷卻水道對產品的翹曲變形有影響，但不是很明顯。

圖4 不同冷卻水道制件表面溫度比較

圖5 不同冷卻系統對冷卻時間的影響

3 結論

在注塑整個成型周期中，冷卻階段所用時間占整個成型周期的80%以上，且直接影響產品質量。因此，選擇好的冷卻系統對降低成本、提高制件的質量是至關重要的。結果顯示，隨形冷卻水道能有效地縮短產品成型周期，提高生產率，且對制件的翹曲變形也有一定的影響。

圖6 不同冷卻系統對塑件翹曲變形的影響

［1］SACHS E，ALLEN S，GUO J，et al.Progress on tooling by 3D printing： Conformal cooling，dimensional control，surface finish and hardness［C］.//Proceedings of the Eighth Annual Solid Freeform Fabrication Symposium. Austion：[s.n.]，1997.

［2］AGAZZI A，SOBOTKA V，Le GOFF R，et al.Uniform cooling and part warpage reduction in injection molding thanks to the design of an effective cooling system［J］.Key Eng Mater，2013（554）：1611-1618.

［3］SACHS E，WYLONIS E，ALLEN S，et al. Production of injection molding tooling with conformal cooling channels using the three dimensional printing process［J］.Polym Eng Sci，2000，10（05）：1232-1247.

［4］史玉升，伍志剛，魏青松，等.隨形冷卻對注塑成型和生產效率的影響［J］.華中科技大學學報（自然科學版），2007（03）：60-62.

［5］PARK H S，PHAM N H. Design of conformal cooling channels for an automotive part［J］.Int J Automot Technol，2009，10（01）：87-93.

2018年校級大學生創新科研項目

2095－6835（2018）21－0041－02

TQ320.52

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.21.041

張留偉（1986—），男，浙江臺州人，碩士研究生，講師，主要研究方向為金屬材料及表面工程。

〔編輯：張思楠〕