基于HSCAE的仪表外壳冷却系统的有限元分析*

张爽华



基于HSCAE的仪表外壳冷却系统的有限元分析*

张爽华

（安徽国防科技职业学院，安徽六安 237011）

摘 要：介绍了基于HSCAE的仪表外壳冷却系统的有限元分析过程。首先对产品的网格进行划分，接着设计两种冷却系统方案，运用HSCAE软件对所设计的冷却系统方案进行分析，最终确定合理的冷却系统方案。

关键词：HSCAE；仪表外壳；冷却系统

1 引言

在注射模具的设计过程中，冷却系统往往难以确定。传统的方法，凭着模具设计工程师自己的经验来判断，这样很不准确，经常在试模的时候出现问题，造成产品成形严重翘曲变形，从而造成模具设计的失败，给公司造成损失。

现有仪表外壳塑件，对于其模具冷却系统确定较为困难。设计工程师给出了冷却系统的设计方案，现在运用HSCAE软件进行模拟分析，可以对模具的冷却系统进行准确的模拟，能看到所设计的冷却系统产生的成型效果。

2 仪表外壳网格划分

设置单位为mm，加载后缀为“.STL”的文件，产品的原始网格的质量较差，无法进行分析。首先在HSCAE软件网格管理器中，对此产品进行网格划分，单击“生成网格”命令，网格边长设为“6.75 mm”经过划分的网格图形如图1所示：

图1 划分网格后的图形Fig.1 Graphics after dividing mesh

3 冷却系统设计

3.1 冷却系统设计方案一

冷却系统采用4个回路，每个回路都是采用“U”型结构，回路的直径都为6 mm，如图2所示。定模一侧的两个回路：总长度都为372 mm，回路弯头数为0，回路压力降为2 857.43 pa。动模一侧的两个回路：总长度都为357 mm，回路弯头数为0，回路压力降为2 746.05 pa。

图2 冷却系统方案一Fig.2 Cooling system scheme one

3.2 冷却系统设计方案二

采用4个回路，回路的直径都为6 mm，如图3所示。定模一侧的两个回路：采用“U”型结构，总长度都为372 mm，回路弯头数为0，回路压力降为2 857.43 pa。动模一侧的两个回路：采用的是双“S”型结构，总长度都为849 mm，回路弯头数为0，回路压力降为6 517.04 pa。

图3 冷却系统方案二Fig.3 Cooling system scheme two

4 对冷却系统进行有限元分析

4.1 稳态温度

方案一的稳态温度最高为83.88摄氏度，最低为30.98摄氏度；方案二的最高温度为79.22摄氏度，最低温度为28.83摄氏度。

稳态温度场反映的是型腔和型芯模壁表面的温度分布均匀性。高温区域通常由于模具冷却不合理造成，应当避免。稳态温度的温度分布大小不均匀，将会在塑件内部产生残余应力，该应力会导致塑件产生翘曲变形。

4.2 型芯型腔温度差

模具型腔与型芯的温差反映了模具冷却的不平衡程度，由于型腔和型芯冷却的不对称造成，是导致塑件产生残留应力和翘曲变形的主要原因。对于温差较大的区域，应修改冷却系统设计或改变成形工艺条件，减小模具在此区域冷却的不平衡程度。如图4所示，方案一最高为25.5摄氏度，最低为-28.73摄氏度；如图5所示，方案二最高为24.96摄氏度，最低为-25.86摄氏度，显然方案二比方案一更为合理。

图　4 方案一的型芯型腔温度差Fig.4 Core cavity temperature difference of scheme one

图5 方案二的型芯型腔温度差Fig.5 Core cavity temperature difference of scheme two

4.3 翘曲变形

翘曲结果显示了经过保压和冷却过程后的制品发生变形的趋势和变形量。通过对翘曲结果的分析，改进保压和冷却工艺条件，可以减少制品的翘曲变形。方案一的最大变形量为3.5 mm，主要集中在外侧壁部位，如图6所示。方案二的最大变形量为1.96 mm，主要集中在外侧壁部位，如图7所示。方案二的翘曲变形明显小于方案一。

图6 方案一的翘曲变形Fig.6 warpage of scheme one

图7 方案二的翘曲变形Fig.7 Warpage of scheme two

5 结论

综合以上分析，可以看出冷却系统方案二更为合理，该方案使得塑件的翘曲变形更小，满足塑件的质量要求。

仪表外壳塑件是一个较为复杂的塑件，以往单凭模具设计工程师经验设计冷却系统，容易出错，造成公司损失，延长了模具交付周期。运用HSCAE软件帮助分析冷却系统的方案，提高了设计的效率，避免了严重翘曲变形的错误，能够提前预知冷却系统对塑件的影响结果，从而有针对性地改进冷却系统方案，提高了模具一次试模的合格率，大大增加了公司效益。

参考文献：

［1］张爽华.基于HSCAE的玩具手机外壳浇注系统的有限元分析［J］.西昌学院学报，2015，29（4）：35-37.

［2］张爽华.基于HSCAE格力室内空调罩壳的有限元分析［J］.攀枝花学院学报，2015，32（5）：52-54.

［3］张爽华.基于HSCAE安装底座浇注系统的有限元分析［J］.新余学院学报，2016，21（1）：13-15.

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

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

［6］吴崇峰.实用注射模CAD/CAM/CAE技术［M］.北京：轻工出版社，2000.

中图分类号：TS958.05

文献标识码：A

文章编号：1673-6125（2016）02-0014-03

收稿日期：2016-04-20

基金项目：安徽省质量工程项目：“校企合作模具设计与制造实践教育基地”（项目编号：2015sjjd051）；安徽省高校自然研究项目：“荣事达滚筒洗衣机的减振和降噪优化及应用研究”（项目编号：KJ2016A123）。

作者简介：张爽华（1981-），男，安徽庐江人，讲师、硕士。主要研究方向：塑性成型。

Finite element analysis of the cooling system of the instrument shell based on HSCAE

ZHANG Shuang-hua
（Anhui Vocational College of Defense Technology，liu’An Anhui，237011，China）

Abstract：This paper introduces the finite element instrument shell cooling system HSCAE analysis process based on. First of all，the grid of the product is divided，and then the design of the two cooling system，the use of HSCAE software to the design of the cooling system analysis，and ultimately determine the reasonable cooling system.

Key words：HSCAE；instrument shell；cooling system