CAE技术在塑料制品注射成型冷却系统中的应用并进行模拟分析

在注塑成型中，模具温度直接影响到塑件的质量（例如：翘曲变形、收缩率、耐应力开裂性）、熔体的充模能力、熔体的温度以及注塑成型的生产率。通过温度调节，保持适当的模具温度，可减小制品的变形、增强制品力学性能、改善制品的表面质量、提高制品尺寸精度；同时，缩短占整个注射循环周期约80％的冷却时间，这将有利于提高注塑成型的生产率。因此，分析并优化设计注塑成型模具的冷却系统，在一定程度上有利于塑件质量的提高和生产成本的降低。

1  影响冷却系统的因素

    影响注塑模冷却系统的因素很多。如塑件的结构形状和分型面的设计，冷却介质的种类、温度、流速，冷却管道的几何参数及空间布置，模具材料，熔体温度，塑件要求的顶出温度，模具温度，塑件和模具问的热循环交互作用，冷却时间等。例如，提高模具温度会增加制件的冷却时间、增大制件收缩率和脱模后的翘曲，制件成型周期也会因为冷却时间的增加而延长，降低生产率；另一方面，降低模具温度，虽然能够缩短冷却时间、提高生产率，但是，这将会降低熔体在模腔内的流动能力，并导致制件产生较大的内应力或者形成明显的熔接线痕等制件缺陷。冷却时间的长短决定了制件脱模时的温度和成型周期的长短，直接影响产品成本及质量的高低。 

    基于以上多方面因素的分析，并考虑MPI/Cool提供了对冷却管道（包括隔板管、喷流管、连接软管）、镶块、多种模具材料、冷流道和热流道、分型面及模具边界对模具和制品温度的冷却模拟分析的功能，这些都为优化设计冷却系统提供了可靠的依据。

2  注塑模的冷却分析

2.1模型的建立及成型工艺参数的预置 

    碗橱上盖大小为500mm×480mm×250mm，整个产品的厚度均为3mm。

    图1是第一次冷却模拟分析的部分结果。其中（a）显示了制件的表面温度分布状态；图（b）显示了制件的表面温度分布状态；图（c）显示了制件固化所需的总时间；图（d）显示了冷却管分布状态――即冷却剂的温度。

图1 冷却模拟分析结果

3  冷却模拟分析结果及其改进的结果

    根据初步分析结果对冷却管道的数目和布局进行了修改。通过多次类似的反复分析、比较、修改之后：冷却管道的数目由第一次的3个管道增加为9个。在温度较高的区域增加了冷却管道，并优化了管道布局。同时，将冷却管道的直径由原来的10mm增大到12mm，冷却剂的人口温度从原来的25℃降低到23℃。修改后的设置，见图2所示，再进行MPI/Cool的流程模拟分析。改进后的结果达到了预期的效果，如图2所示。其中，图（a）显示制件的表面温度有所改善，图 （d）显示冷却剂的入口与出口温度的落差差异有所减小。

#p#分页标题#e#图2 改进后冷却模拟分析的结果

4  结论

    本文通过实例具体模拟分析了影响注射成型冷却系统的各种因素，并根据动态模拟分析的各种结果提出了相应的改进方案。结果表明：优化后的注射模的冷却系统达到了预期的冷却效果，同时缩短了模具的设计周期并给合作厂家带来了明显的经济效益。