注塑模具冷却优化与仿真

　　摘 要：使用均匀设计实验分析注塑模具水路温度、压力和尺寸3个工艺参数对制品冷却效果的影响，确定水路温度和管径是影响冷却效率的关键性因素。验证冷却水达到紊流状态后，水压不是关键性影响因素。
　　关键词：模具冷却 均匀设计实验 CFD
　　中图分类号：TG76文献标识码：A文章编号：1672-3791（2012）09（a）-0112-02
　　注塑模具冷却能力对塑料产品注塑节拍有着至关重要的作用，随着生产节拍的加快，就必须提高模具的冷却效率，降低零件顶出温度。正常注塑模具影响冷却效率的3个工艺参数是：水路温度，水路压力，水路直径尺寸，由于前两个因素可以作为工艺条件来进行设定，容易调整，但是水路直径必须在开模确定，必须通过实验设计选取合理的值。
　　均匀分散性使试验点均衡地分布在试验范围内，其原则是通过回归方程来分析及预测，并在预测后用实验来验证，从而找到真正的最优条件。基于以上优点所以选用均匀设计来进行冷却效果的实验设计。
　　选取一套PP门板本体模具（如图1），针对3因素4水平进行设计均匀试验，通过MoldFlow分析计算各方案零件75度顶出时的冷却时间。
　　使用DPS软件进行3因素4水平的均匀设计实验方案，选取实验数量为8个，方案如表1所示。
　　PP材料选用Basell787，通过MoldFlow计算，其结果如表2；使用软件中的均匀设计回归分析可以针对上述实验得到因素显著水平如表3。
　　由于p<0.001，则结果是很高的显著。表明在这个模具中冷却效率和水温及管径有关，而和水压关系不大。其回归公式（1）方程所示。
　　其中v、ρ、η分别为流体的流速、密度与黏性系数，D为管径。临界雷诺数与流场的参考尺寸有密切关系。一般管道流雷诺数Re<2100为层流状态，Re>4000为湍流状态，Re=2100～4000为过渡状态。水流达到紊流状态后就会有很好的冷却效果。以N1因子为例模流分析结果，可以看到雷诺数为：9530，已经远超4000的标准点。
　　为了验证在10s冷却时间下，当水流达到紊流状态后再提高水压对，对制品冷却帮助不大，模具试制时特地将一台冷水机增加变频泵；冷水机的初始压力为2bar变频可调范围为2bar。为了精确测量零件表面温度，在制品顶后，立刻使用红外相机测量温度，5个区域的温度（见图2）。在17℃，22℃，27℃三个水温下，选取2bar，3bar，4bar3种水压在相同注塑工艺下，进行零件注塑；温度测量数据（图3）。
　　从数据中可以看到不同水温下零件顶出温度有区别，但是水压的影响很小；故证明当水压大于2bar后，水流已经进入紊流状态，在水路管径确定，不同温度下，即使提高水压，也不会显著提高模具的冷却效率。
　　结语
　　（1）利于均匀设计可以很好的优化模具冷却管路直径的选择，可以对后期工艺调试提供指导意见。
　　（2）Mold Flow计算的雷诺数很准确，可以指导生产中的冷却设备的压力范围选择，避免选择大量程设备造成的经济浪费。
　　参考文献
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