gbm模具冷却系统设计

朱清華2003.12.24.冷卻系統設計CoolingSystemDesign2冷卻系統設計初級講義冷卻系統的設計，必須考慮到冷卻效果以及冷卻的均勻性，又要考慮冷卻系統對於模具整體結構的影響。冷卻系統的設計包括下列內容：1、冷卻系統的排列方式及冷卻系統的尺寸2、入子及滑塊的冷卻3、障板管，以及噴泉管4、冷卻系統密封結構的應用3冷卻系統設計銅管4冷卻系統檢查點1.水路尺寸大小、型號規格是否合理2.母模(定模)側水路排布是否合理及有無干涉3.公模(動模)側水路排布是否合理及有無干涉4.側視圖有無水路5.水路尺寸有無標註及標號6.“O”型環規格及擺放位置是否合理5冷卻系統檢查點7.冷卻水路尺寸和配置是否恰當。8.冷卻水路與模穴(型腔)表面的距離最好保持一致。也就是說，水路的排列最好遵循模穴的輪廓。冷卻水路與模穴(型腔)的距離，盡量不要小於10mm。9.如果可以的話，滑塊也需要冷卻。10.澆口附近應加強冷卻。11.水路入口與出口的溫差儘量降低。6典型的冷卻系統冷卻迴路1CoolingCircuit1冷卻迴路2CoolingCircuit2軟管Hoses收集歧管Collectionmanifold供給歧管Supplymanifold泵Pump7水路最好和模穴(型腔)保持等距，遵循模穴(型腔)的輪廓配置。水路配置WaterChannelLayout8產品(制件)水路遵循模穴(型腔)的輪廓配置9水路遵循模穴(型腔)的輪廓配置10酒瓶包裝盒模水路配置11水路直徑、深度和間距D:直徑為10至14mmDiameterofCoolingChannel,10to14mmd:深度為2D至3DDepth,D,to3DP:間距為3D至5DPitch,3Dto5D12滑塊冷卻CoolingofSlide滑塊加水路為宜。13滑塊冷卻CoolingofSlide14滑塊冷卻CoolingofSlide15澆口冷卻CoolingofGate澆口附近應加強冷卻。16水路出口水路入口水路入口水路出口澆口附近加強冷卻17澆口附近加強冷卻水路入口水路入口水路出口水路出口18水路入口水路出口水路出口水路入口澆口附近加強冷卻19入口對嗎?警訊：母模(定模)側螺旋形水路的入口遠離澆口，而公模(動模)側螺旋形水路的入口直達澆口。包裝盒側壁公母(動定)模面溫差大，易變形，尺寸不穩定。酒瓶包裝盒模水路配置20水路直徑WaterChannelDiameter擔負主要冷卻任務的水路的水力直徑(hydraulicdiameter)最好一致。21。流動平衡FlowBalance擔負主要冷卻任務的水路應均分流量。22不平衡的設計UnbalancedDesign23牛頓冷卻定律一冷卻體之冷卻速率與『該物及冷卻介質之溫差』成正比'TAhQC冷卻介質從模具帶走的熱量模具與冷卻介質間的熱傳係數(W/m2-°K)冷卻孔道的熱傳面積(m2)模具與冷卻介質的溫度差(°K)冷卻時間(s)QChAT'24熱傳係數HeatTransferCoefficient2.08.0DVhCψ：與冷卻介質的熱性質(thermalproperties)和溫度有關V：冷卻介質的流速D：冷卻孔道的直徑25冷卻速率與溫差和流速的關係'2.08.0'TADVQTAhQC模具冷卻速率不僅與模具與水的溫差成正比，也與水的流速的0.8次方成正比。26紊流TurbulentFlow擔負主要冷卻任務的水路應維持紊流。27紊流TurbulentFlow層流LaminarFlow紊流和層流TurbulentandLaminarFlows28雷諾數ReynoldsNumber雷諾數(無因次)Reynoldsnumber(dimensionless)密度density(g/cm3)直徑diameter(cm)速度velocity(cm/sec)黏度viscosity(poiseordyne-sec/cm2org/cm-sec)29雷諾數ReynoldsNumber當雷諾數小於2,100，流體是層流。當雷諾數在2,100和10,000之間，流體從層流過渡到紊流。當雷諾數到了10,000，流體全然成為紊流。TheflowislaminarwhentheReynoldsnumberisbelow2,100.IntherangeofReynoldsnumbersbetween2,100and10,000,thetransitionfromlaminartoturbulentflowtakesplace.AtaReynoldsnumberofabout10,000,theflowbecomesfullyturbulent.30差的設計PoorDesign31好的設計BetterDesign32蓋子冷卻CapCooling33警訊：20°C的水在Φ8水路中要成為紊流，流量要在3.8lit/min以上。二螺旋形水路的流量分別為2lit/min左右，要確保紊流，尚有不足。酒瓶包裝盒模水路設計34相應於不同水孔孔徑與水溫時，要達到紊流狀態(Re：6000~10,000)時，所須的流速及流量水管直徑mm6810水溫oC206080206080206080Re6,0001.010.480.290.760.360.220.600.290.181.710.810.502.281.080.672.841.350.838,0001.340.640.391.00.480.290.810.380.242.281.080.673.031.440.893.791.801.1110,0001.680.800.491.260.600.361.010.480.292.841.350.833.801.801.114.742.251.39上段：流速m/s，下段：流量l/min35出入口水溫差WaterTemperatureDifferencebetweenWaterInletandOutlet出口與入口水溫差以不超過5°C為宜。36警訊：二螺旋形水路出入口水溫差大於5°C(公模仁(動模型芯)內之螺旋形水路的水溫差高達(34.59–25.01=)9.58°C。)酒瓶包裝盒模水溫分布37水路標號和標註NumberingandNotesofWaterChannel水路應標號和標註。3839模具冷卻設計模具有效的冷卻迴路設計為維持成形品尺寸的精準度和穩定性，改善產品的品質﹐縮短冷卻時間，增加總生產量適當且有效的冷卻將增加成形品的品質和產量40模具冷卻位置及方式成品兩側的溫度差應保持最小，且再成品所需緊密公差內，不可超過10ºC。以鋼模來說，建議冷卻水管表面與模穴或模心的距離（深度）為～2個單位的冷卻水管直徑，根據經驗法則冷卻管路的深度，模具材質若為鋼要1個單位，鈹銅合金要有1.5個單位，鋁要有2個單位的冷卻水管直徑;-而兼具（冷卻水管間的距離）則要有3～5倍的直徑，通常冷卻水管的直徑從10mm至14mm（7/16-9/16英吋）41母模側障板管設計做水路的串聯方式﹔每一條水路都要注明進出符號﹔（#IN,#OUT）42公模側障板管設計43隔板式，噴泉式，和熱管隔板式噴泉式熱管44常用水路45•模具冷卻設計準則146圖7-17典型的冷卻水管尺寸：直徑d)，深度(D)，及間距(P圖7-18層流流與亂模具冷卻設計準則247模具冷卻設計的考慮事項48冷卻效率以上各案例，其凝固層的變化皆為在肉厚大的區域離澆口較遠，導致保壓路徑被肉厚小的區域所阻隔，造成縮水改善方法：1.增加縮水處的冷卻效率，方法為加入子或增加水道。2.修改成品，範例如下設變前設變後495051525354555657冷卻系統考量重點1、除非客戶特殊要求或者是較大組的模具，否則水管一律以ψ徑8mm為設計標準。2、在均勻冷卻的原則下，公模水管距離分模面距離需等於母模水管距離分模面距離。3、噴泉管、障板管等設計根據客戶要求決定。4、如果有特別難以冷卻的地方，可以利用鈹銅入子替換掉。（如營幕後殼天地側的四個角落）5、精密產品（要求變形量）必須經過CAE分析驗證。2D標注重點1、當分模面非平面時，水管的尺寸標注基準必須改為由模板底側標注一般來說，水管位置會從分模面標起（目的在於避免加工錯誤，因為從分模面標起，加工時可以確保分模面與水管間的距離）。但是當分模面不是平面，而是如上圖的曲面時，會有下列兩種狀況發生：1、先做NC加工，再做銑床鑽孔：銑床加工人員不容易量取正確的距離，加工容易造成誤差。2、先做銑床鑽孔，再做NC加工：銑床人員必須再花時間量取確實的分模面位置，浪費時間又容易做錯。為了避免上面狀況發生，設計人員在標注尺寸時就必須從分模面的另一側標注尺寸，如下圖。如果分模面上有一段平面的話，則水管的位置還是由分模線位置標注。模仁厚分模線位置58冷卻系統設計檢查表2003.12.24水路最好和模穴(型腔)保持等距，遵循模穴(型腔)的輪廓配置。。水路配置應遵照ii圖示原則。滑塊加水路為宜。澆口附近應加強冷卻。擔負主要冷卻任務的水路的水力直徑最好一致。擔負主要冷卻任務的水路應均分流量。擔負主要冷卻任務的水路應維持紊流。出口與入口水溫差以不超過5°C為宜。水路應標號和標註。水路最好和模穴(型腔)保持等距，遵循模穴(型腔)的輪廓配置。。水路配置應遵照ii圖示原則。滑塊加水路為宜。澆口附近應加強冷卻。擔負主要冷卻任務的水路的水力直徑最好一致。擔負主要冷卻任務的水路應均分流量。擔負主要冷卻任務的水路應維持紊流。出口與入口水溫差以不超過5°C為宜。水路應標號和標註。