第1期 李熹平等:快速热循环注塑模具加热与冷却过程分析及其结构优化设计199 100 平均温度 方案〗 方案3 方案4 模具型腔处的点,P 模具型腔处的点,P 图5加热24s后模具型腔处P~P8点的温度分布曲线 图6不同管道设计方案的模具型腔表面温度分布 Fig 5 Temperature distribution of cavity ig 6 Cavity temperature distribution of different cases 4.L.1管道间距对模具型腔表面加热效果的影响 由图5可以看出,加热24s后,定模型腔的温 度分布并不均匀,型腔中间部分(P5点和点)温同。在方案1中,冷却管道均匀分布,最高温度为 度分别为133℃和135C而两侧部分温度较低,特别1347℃,最低温度为909℃,型腔温差较大,最 是型腔右侧部分(P8点)温度仅为91℃。造成这种大温差约为44℃,Pl~P8点的平均温度为 情况的主要原因是C管道位于型腔最右侧壁的左1205℃。在方案2中改变了管道布局将最右边管 侧导致型腔右侧壁附近传热较慢温度较低。中间道(5)右移96mm距离,并适当增大中间两管道 两管道C3和C4由于与其他管道的距离间隔一致,C3和C4之间的距离。经分析发现,方案2的型腔最 导致中间部分加热过快,若在这种情况下注射熔体,高温度约为124℃,最低温度约为109℃,P~P8点 熔体表面温度势必不均匀,冷却速度也不一致,影的平均温度为1203℃,其最大温差只有15℃,较 响塑件质量。 方案1的温差明显减小。可见管道的间距与排布是 为获得高光无熔痕塑件和提高生产效率,要求影响型腔温度分布的重要因素 定模型腔表面温度应在尽量短的时间内到达工艺要41.2管道直径对模具型腔表面加热效果的影响 求的温度,并具有良好的温度均匀性。为此,合理 方案2和方案3的不同在于管道数量及其直径。 地确定加热/冷却管道的数量、管径、间距、及其与方案2的管道数量为5个,直径均为7m;而方案 型腔表面的距离等设计参数就显得尤为重要。一般 的管道数量为7个,直径均为5mm。从图6可知 原则是,在满足模具强度要求等前提下,力求高的方案2和方案3的温度曲线在初始阶段基本重合 加热/冷却效率和良好的加热/冷却均匀性。为研究在靠近型腔右侧时温度出现差异,由于方案3的管 不同的加热/冷却管道设计参数对模具型腔表面温度道布局方式与方案2的管道布局方式基本相同,都 分布的影响,本文提出了4种不同的管道设计方案,吸取了方案1布局的经验,二者的温度分布都在 如表1所示。经模具温度分析获得了如图6所示的120℃左右浮动。但从表1所示的加热时间看,方案 4种设计方案的型腔表面各点的温度分布曲线,可3的加热时间比方案2的加热时间短2s,加热效率 见,不同的设计方案,其型腔表面温度分布的均匀提高。方案3的模具型腔最高温度约为121.4℃ 性和加热/冷却效率不同 最低温度约为109.2℃,Pl~P8点的平均温度为 表14种管道设计方案 119.9℃,其最大温差只有122℃,温差进一步减 Tab 1 Four kinds of cases designed for channel 小 方管道直 管道管道中心加热4.L.3管道到型腔表面距离对模具型腔表面加热效 案径/mm 管道间距/ /数量/距型腔表时间 果的影响 面距离/mm/s 方案3和方案4的管道离型腔表面的距离分别 gDI 10724 为10.7mm和9.7mm,其他布局一样。由图6可 D3=18 知,在加热到型腔要求的温度后,方案4的最高温 s|Dl=15,D2=D3=145 10.723 D4=10.5 度为124℃,比方案3的最高温度高3℃,其最低温 Dl=15,D2 =D3 =14.5 9.721 度也比方案3高3℃左右,温度分布趋势基本相同 D4=105 但方案4加热所需时间比方案3短2s。因此,在保 201994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp://ww.cnki.net图 5 加热 24s 后模具型腔处 P1～ P8 点的温度分布曲线 Fig15 Temperature distribution of cavity surface after heating 24s 由图 5 可以看出 , 加热 24s 后 , 定模型腔的温 度分布并不均匀 , 型腔中间部分 ( P5 点和 P6 点) 温 度分别为 133 ℃和 135 ℃,而两侧部分温度较低 ,特别 是型腔右侧部分 ( P8 点) 温度仅为 91 ℃。造成这种 情况的主要原因是 C5 管道位于型腔最右侧壁的左 侧 ,导致型腔右侧壁附近传热较慢 ,温度较低。中间 两管道 C3 和 C4 由于与其他管道的距离间隔一致 , 导致中间部分加热过快 , 若在这种情况下注射熔体 , 熔体表面温度势必不均匀 , 冷却速度也不一致 , 影 响塑件质量。 为获得高光无熔痕塑件和提高生产效率 , 要求 定模型腔表面温度应在尽量短的时间内到达工艺要 求的温度 , 并具有良好的温度均匀性。为此 , 合理 地确定加热/ 冷却管道的数量、管径、间距、及其与 型腔表面的距离等设计参数就显得尤为重要。一般 原则是 , 在满足模具强度要求等前提下 , 力求高的 加热/ 冷却效率和良好的加热/ 冷却均匀性。为研究 不同的加热/ 冷却管道设计参数对模具型腔表面温度 分布的影响 , 本文提出了 4 种不同的管道设计方案 , 如表 1 所示。经模具温度分析获得了如图 6 所示的 4 种设计方案的型腔表面各点的温度分布曲线 , 可 见 , 不同的设计方案 , 其型腔表面温度分布的均匀 性和加热/ 冷却效率不同。 表 1 4 种管道设计方案 Tab11 Four kinds of cases designed for channels 方 案 管道直 径/ mm 管道间距/ mm 管道 数量 管道中心 距型腔表 面距离/ mm 加热 时间 / s 1 7 D1 = D2 = D3 = 16 5 1017 24 2 7 D2 = 22 D1 = D3 = 18 5 1017 25 3 5 D1 = 15 , D2 = D3 = 1415 , D4 = 1015 7 1017 23 4 5 D1 = 15 , D2 = D3 = 1415 , D4 = 1015 7 917 21 图 6 不同管道设计方案的模具型腔表面温度分布 Fig16 Cavity temperature distribution of different cases 41111 管道间距对模具型腔表面加热效果的影响 方案 1 和方案 2 的唯一差别是冷却管道间距不 同。在方案 1 中 , 冷却管道均匀分布 , 最高温度为 13417 ℃, 最低温度为 9019 ℃, 型腔温差较大 , 最 大温 差 约 为 44 ℃, P1 ～ P8 点 的 平 均 温 度 为 12015 ℃。在方案 2 中 ,改变了管道布局 ,将最右边管 道(C5) 右移 916mm 距离 ,并适当增大中间两管道 C3 和 C4 之间的距离。经分析发现 ,方案 2 的型腔最 高温度约为 124 ℃,最低温度约为 109 ℃, P1～ P8 点 的平均温度为 12013 ℃, 其最大温差只有 15 ℃, 较 方案 1 的温差明显减小。可见管道的间距与排布是 影响型腔温度分布的重要因素。 41112 管道直径对模具型腔表面加热效果的影响 方案 2 和方案 3 的不同在于管道数量及其直径。 方案 2 的管道数量为 5 个 , 直径均为 7mm ; 而方案 3 的管道数量为 7 个 , 直径均为 5mm。从图 6 可知 , 方案 2 和方案 3 的温度曲线在初始阶段基本重合 , 在靠近型腔右侧时温度出现差异 , 由于方案 3 的管 道布局方式与方案 2 的管道布局方式基本相同 , 都 吸取了方案 1 布局的经验 , 二者的温度分布都在 120 ℃左右浮动。但从表 1 所示的加热时间看 , 方案 3 的加热时间比方案 2 的加热时间短 2s , 加热效率 提高。方案 3 的模具型腔最高温度约为 12114 ℃, 最低温度约为 10912 ℃, P1～ P8 点的平均温度为 11919 ℃, 其最大温差只有 1212 ℃, 温差进一步减 小。 41113 管道到型腔表面距离对模具型腔表面加热效 果的影响 方案 3 和方案 4 的管道离型腔表面的距离分别 为 1017mm 和 917mm , 其他布局一样。由图 6 可 知 , 在加热到型腔要求的温度后 , 方案 4 的最高温 度为 124 ℃, 比方案 3 的最高温度高 3 ℃, 其最低温 度也比方案 3 高 3 ℃左右 , 温度分布趋势基本相同。 但方案 4 加热所需时间比方案 3 短 2s。因此 , 在保 第 1 期 李熹平 等 : 快速热循环注塑模具加热与冷却过程分析及其结构优化设计 199 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net