基于Moldflow的注塑模具随形冷却水道设计与分析＊

张森森，张留伟



基于Moldflow的注塑模具随形冷却水道设计与分析＊

张森森，张留伟

（台州科技职业学院，浙江 台州 318000）

以肥皂盒塑件为研究对象，运用不同方案设计出冷却水道，采用Moldflow软件对每种方案进行模拟分析。结果表明，随形冷却设计能使塑件制品温度场分布更加均匀、冷却时间缩短，更重要的是可减少塑件的翘曲变形。

随形冷却水道；Moldflow；冷却效果；翘曲变形

随形冷却技术最早是由美国麻省理工学院的Sachs[1]教授提出来的，随后迅速发展。由于随形冷却水道的形状是根据产品的表面形状而变化的，不再是传统直钻形的冷却水道，因此，能够使得塑件制品均匀冷却，冷却效率得到很大的提高，且能很好地控制模具的温度；同时，还能够大大减少塑胶件常见的一些缺陷，比如残余应力、缩痕和翘曲变形等[2-5]。本文用Moldflow对肥皂盒塑件进行模拟分析，通过对比随形冷却和传统冷却2种方案，得出随形冷却的效果更佳，其明显缩短了产品的成型周期。

1 冷却系统的设计

图1为肥皂盒盖塑胶件，其长度为152 mm，宽度100 mm，高度25 mm，壁厚2 mm，壁厚均匀。总体积为35.522 cm3。注塑所用材料为ABS。运用一模两腔式的模具结构，采用侧浇口进浇方式。塑料件外观图如图1所示。

注塑成型所用工艺参数如表1所示。为了更好地表达冷却水道形式对冷却效果的影响，本人采用传统冷却和随形冷却2种布局方式，如图2和图3所示。传统冷却水道管道直径8 mm，平行布置，冷却水道间距22 mm，距离型腔面15 mm。随形冷却水道参数与传统冷却水道参数相同。

表1 注塑工艺参数

参数名称数值 熔料温度/℃230 冷却水温度/℃25 模具表面温度/℃50 顶出温度/℃88 成型周期/s30 充填时间/s2.2 开模时间/s5 熔融指数/（g/10 min）35 保压压力（3 s）/MPa45

图2 传统冷却水道布局方式

图3 随形冷却水道布局方式

2 冷却系统模拟结果分析

图4中的（a）和（b）分别为注射成型时传统冷却系统和随形冷却系统最高温度模拟图，从图4中可以看出传统冷却系统最高温度为61.08 ℃，而随形冷却系统模拟最高温度为44.57 ℃。由此可知，随形冷却水道冷却效果较好。

图5中的（a）和（b）分别为2种冷却水道达到顶出温度所用时间的模拟结果图，从图5中可以看出，传统冷却水道所用时间为12.24 s，随形冷却水道所用时间为10.28 s。由于缩短冷却时间可以使生产效率明显提高，所以，随形冷却水道能有效地提高生产效率。图6中的（a）和（b）为2种冷却系统对制品翘曲变形模拟示意图。传统冷却水道所打产品翘曲变形量为0.484 3 mm，随形冷却水道所打产品翘曲变形量为0.4 819 mm。由此可知，不同冷却水道对产品的翘曲变形有影响，但不是很明显。

图4 不同冷却水道制件表面温度比较

图5 不同冷却系统对冷却时间的影响

3 结论

在注塑整个成型周期中，冷却阶段所用时间占整个成型周期的80%以上，且直接影响产品质量。因此，选择好的冷却系统对降低成本、提高制件的质量是至关重要的。结果显示，随形冷却水道能有效地缩短产品成型周期，提高生产率，且对制件的翘曲变形也有一定的影响。

图6 不同冷却系统对塑件翘曲变形的影响

［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，伍志刚，魏青松，等.随形冷却对注塑成型和生产效率的影响［J］.华中科技大学学报（自然科学版），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年校级大学生创新科研项目

2095－6835（2018）21－0041－02

TQ320.52

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.21.041

张留伟（1986—），男，浙江台州人，硕士研究生，讲师，主要研究方向为金属材料及表面工程。

〔编辑：张思楠〕