moldflow冷却分析.ppt

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1、Moldflow冷却分析冷却分析冷却原理及冷却系统设计冷却原理及冷却系统设计冷却分析对模型的要求冷却分析对模型的要求冷却分析步骤及工艺设定冷却分析步骤及工艺设定冷却结果评估冷却结果评估DESIGN SOLUTIONS2冷却系统设计考量冷却系统设计考量1、冷却对品质的影响 表面品质(Surface finish)残余应力(Residual stresses)结晶度(Crystallinity)热弯曲(Thermal bending)2、冷却对生产成本的影响 产品顶出温度(Part temperature at ejection)周期时间(Cycle time)冷却原理及冷却系统设计冷却原理及冷却

2、系统设计DESIGN SOLUTIONS3InjectionTimePackingTimeCoolingTimeMold OpenTimeContact TimeUser input componentsAnalysis components循环时间循环时间在整个循环时间有四个部分列入冷却分析中冷卻分析考虑到整个接触时间DESIGN SOLUTIONS4热热由由塑胶传入塑胶传入热热在在冷却系统传出冷却系统传出或或传入传入辐射散热辐射散热对流散热对流散热射出成型的射出成型的热传导热传导形式形式传热到注传热到注塑机壁塑机壁DESIGN SOLUTIONS5冷却系统冷却系统效率效率影响影响因素因素由

3、下面的因素決定了冷却系统的影响因素:从塑胶到模具的热传导热经由塑胶与金属界面和水与金属界面传到模具中-模具的热传导性,热经由水与金属界面传到冷卻水中-紊流效应DESIGN SOLUTIONS6模壁模壁与塑胶之间与塑胶之间的的传热传热由下面影响了热转移速率:塑胶材料特性：比热热传导系数塑料与模具的温度梯度塑料与模具的接触品质Software assumes 100%contact,that is,Tmold=Tpart at mold wallDESIGN SOLUTIONS7Part几何外型2 mm 厚 and 200 mm长,使用料溫范围的中间值,射出时间1秒Cooling time(sec

4、)Mold temperature(C)模具模具温度温度Vs 冷却时间冷却时间模温增加,冷却也会增加DESIGN SOLUTIONS8MaterialThermalConductivityW/m/deg KSpecificHeatJ/kg/degKDensity Kg/m3Tool steel 420SS254627730Tool steel P-20294607800Tool steel H-1329.54627760Carb steel414607833C17200(BeCu)1053808350Beryllium copper B11304208415Aluminum A11387822

5、800C18000(NiSiCrCu)207.64048580C17510(BeCu0)2453808820常用材料常用材料传热性质传热性质DESIGN SOLUTIONS9冷却液流率冷却液流率l 会影响模壁与水之间的热传导l 流速应要高到足以形成 Reynolds number 10,000l Reynolds number 是用来计算是否造成紊流,通常2200是紊流的标准.l 流速加倍则须原來八倍的pump功率DESIGN SOLUTIONS10冷却与流率的冷却与流率的有效有效热转移热转移Region A:热根据传导转移热根据传导转移 层流层流Actual heat extractionF

6、low rateHeat transferCapacity to extract heatRegion B:过渡区域过渡区域 开始是紊流开始是紊流Region C:热根据对流转移热根据对流转移 紊流紊流DESIGN SOLUTIONS11Temperature Gradientfor Laminar Flow 2300 Reynolds No.CoolantWater/Metal Interface层流与紊流的温度梯度层流与紊流的温度梯度PlasticPlastic/Metal InterfaceTemperatureGradientDESIGN SOLUTIONS12冷却液参数冷却液参数入口

7、温度用來控制期望的模具表面温度.Normally通常会比模具表面温度低10 to 20 degrees C.最佳的温度是依赖良好的冷却水管设计及产品设计将视水路与模穴间的距离及模具材料的热传导性DESIGN SOLUTIONS13冷却液压力降冷却液压力降压力降与下列因素有直接的关系a)a)冷冷却却管管长度长度b)b)冷冷却却管管直径直径c)c)冷冷却却液流速液流速设计冷卻系统时要考虑循环压力降要在冷却液供应器的功率之内DESIGN SOLUTIONS14散热散热有效率散热要考虑下列事项(参考值)循环入口及出口的溫度差在 2 到 3 度之间水与金属界面的温度要和入口温度相差 5 度以內.冷却系统

8、的效率如何水道的配置是重要的控制因素.(约散热80%-95%)DESIGN SOLUTIONS15冷却液参数冷却液参数冷却液水塔水或自来水通常在20到25度之间但会随着季节性的因素有较大的变化.若水由模温机供应的话则为30度或更高.若使用冷冻水则约10度.水若混合防冻剂(通常用甘醇glycol)則为 5度.若使用油温机的话则会达80度或更高DESIGN SOLUTIONS16冷却液来源冷却液来源水塔冷却液的供应通常为外部重复循环的冷卻水塔其温度会随着天气及季节而变化系统压力依照系统要求水路的污垢矿物质的热传能力约为模具钢2%1 mm的矿物质沉淀其传热阻力和50 mm的模具钢相同!DESIGN

9、SOLUTIONS17冷却液参数冷却液参数帮助能力帮助能力必须大于模具及机器的所需要的压力降流率流量控制阀必须能控制每一冷却管路得流率与压力DESIGN SOLUTIONS18冷却系统设计冷却系统设计要将水管置于可均勻散热的地方靠近热负荷大的地方远离热负荷小的地方DESIGN SOLUTIONS19NON-UNIFORM HEAT REMOVALLARGELY UNIFORM HEAT REMOVALPart thickness 2mm 4mm 6mmSpacing=2-3 X channel diameterSpacing=max 3 X channel diameterChannel di

10、ameter8mm-10mm10mm-12mm12mm-15mmDWbaDD水管尺寸排列 水管与模穴表面的距离.水管间的距离.Large spacing+small spacing+large channel diameterabD冷却系统设计冷却系统设计DESIGN SOLUTIONS20 B 或 C那一个设计比较好?B is pressure limitedC is flow rate limited and possibly pressure limited with a higher pressurethan B if a hose is used to connect the Out

11、 to In in the center.冷却系统设计冷却系统设计DESIGN SOLUTIONS21 串联环绕优点均勻流速均勻散热缺点较高的压降并联环绕优点使用在insert的周围低压降高流率缺点各分支流速不均勻各分支效率较低容易积垢冷却系统设计冷却系统设计DESIGN SOLUTIONS22注意注意热热集中集中区域区域热热集中在集中在这个区域这个区域CavityColdCoreHot(内外收缩不均造成翘曲内外收缩不均造成翘曲)DESIGN SOLUTIONS23冷却系统设计冷却系统设计能解決不易冷却 的问题针对不易冷却的 区域加以冷却DESIGN SOLUTIONS24环绕(水路)冷却分析

12、所必须的大部分的热转移是在产品与水路环绕之间嵌入非必要性的选项使用定义:不同的模具材料热的转移在嵌入件与模具间的介面进行传导 冷却分析对模型的要求冷却分析对模型的要求模具边界建议,但是非必要性的选项定义模具外部边界和空间作为传热计算DESIGN SOLUTIONS25网格密度对冷却的影响网格密度对冷却的影响冷却分析错误的原因较高的纵横比非常短的1D beam元素(冷却管道与流道)错误发生元素太近(Elements too close)元素重叠(Overlapping elements)几何图形与网格错误发生收敛问题非-逻辑性的温度分布(e.g.热点)DESIGN SOLUTIONS26Dist

13、 2-9,19.526Dist 2-31,17.274Dist 5-9,15.000Dist 5-31,11.922Dist 2-5,12.500E1E2Dist 2-9,19.526Dist 5-9,15.000Dist 2-5,12.500Sum,47.026Avg,15.675Dist 2-5,12.500Dist 2-31,17.274Dist 5-31,11.922Sum,41.696Avg,13.899Total Avg,14.787元素元素间距间距太近太近/重叠重叠如果中心如果中心距离距离低低于总于总的平均值的平均值长长度度的的 10%(这里这里,低于低于1.4787mm),则则

14、得到得到一个错误信息一个错误信息元素太近元素太近如果如果距离低于距离低于0.1mm,则则得到一得到一个个元素重疊元素重疊错误信息错误信息29531DESIGN SOLUTIONS27水路环绕与流道长度的直径比(2.5:1 到 3.0:1)在嵌入物元素接触塑胶产品,嵌入物与塑料面应该完全接触在相同平面上PlasticInsertPlasticInsert冷却冷却分析分析的网格的网格要求要求DESIGN SOLUTIONS28冷却的网格冷却的网格要求要求嵌入件允许有粗糙的网格可接受性的粗糙网格如下分模面模具边界在Fusion网格太过于粗糙会产生元素太近及元素重叠等问题中间平面网格太过于粗糙会影响分

15、析准确性DESIGN SOLUTIONS29 冷却分析步骤及工艺设定冷却分析步骤及工艺设定l 分析序列分析序列l 浇口位置浇口位置l 构建模型的部件构建模型的部件l 检查取向检查取向冷却分析步骤：冷却分析步骤：DESIGN SOLUTIONS30冷却工艺设置冷却工艺设置l 模具表面温度模具表面温度l 熔料温度熔料温度l 开模时间开模时间l IPC时间时间DESIGN SOLUTIONS31关键关键及及次要结果解释次要结果解释关键的冷却分析结果是非常重要的.次要的冷却分析结果可以辅导你了解主要 分析结果所发生的原因.有时候,次要的冷却分析结果是不需要再探讨的 冷却结果评估冷却结果评估DESIGN

16、 SOLUTIONS321关键结果解释关键结果解释有几个结果是要注意的表面温度(塑胶/金属表面)公模温度(top),part母模温度(bottom),part(midplane only)Definition,Cycle averaged temperature温度变化的区域在不同冷却时间显示公母模溫度上的温度bottom temperatures(midplane only)DESIGN SOLUTIONS33使用图层设定 inside 将可看见 bottom 温度分布 产品温度产品温度(Top),by FusionDESIGN SOLUTIONS34使用图层定义产品内部,底部加把手及侧边。

17、结果会自动可预视的图层产品温度产品温度(Top),by FusionDESIGN SOLUTIONS35Midplane必须整理mesh orientation,冷却分析將可区分公母模溫度差 产品产品公母模公母模温度差温度差,by MidplaneDESIGN SOLUTIONS36In a Fusion model a normalized thickness of 1 is the element picked,and 1 is the matched element使用使用Fusion models可可分辨分辨出不同的溫度出不同的溫度变变化化，这与这与midplane models相同相

18、同Note:有限有限元素元素对应性很差对应性很差的話的話將將无法无法看出看出 temperature profile results.温度曲线温度曲线Temperature ProfileDESIGN SOLUTIONS37Portion of screen output fileProvides useful summary of analysis including any warnings or errors屏幕结果输出屏幕结果输出 Screen OutputScreen OutputDESIGN SOLUTIONS38水在模具水在模具流动产生的压力降流动产生的压力降透过透过水路水路绕行

19、观看冷却剂绕行观看冷却剂的的温温度变化度变化水水/金属金属界面的溫度界面的溫度进进/出口的水出口的水温差温差DESIGN SOLUTIONS39二、二、次要次要结果解释结果解释水流率使用冷却水流率来设定使用雷偌数来设定尽量使冷却水(管)方向相同雷偌数 显示冷却系统的雷偌数一般雷偌数要高于4000 以上最多不要高于10,000凝固层计算产品冷却凝固所须的时间最高溫度计算产品充填完毕最高溫的区域产品最高温度计算产品充填完毕最高温的位置DESIGN SOLUTIONS40Parallel vs Series,with manifold attached流率流率与与雷雷偌数偌数DESIGN SOLUT

20、IONS41Parallel vs Series,with manifold removed to see the scale better in the cooling channels流率与雷偌数流率与雷偌数DESIGN SOLUTIONS42凝固凝固时间时间,温度温度,位置位置与结果与结果DESIGN SOLUTIONS43Top溫度是模具溫度是模具侧边的侧边的模具模具/嵌入物嵌入物界面界面,或是或是嵌入物边嵌入物边/塑胶接触面塑胶接触面。Bottom溫度是嵌入物溫度是嵌入物侧边的模具边侧边的模具边/嵌入物界面。嵌入物界面。温度温度差表示模具差表示模具与与嵌入物截面嵌入物截面热转移热转移的的阻力阻力,这数值越小越好这数值越小越好。模具模具温度结果温度结果