第４２卷第１２期２０１４年１２月
塑料工业
ＣＨＩＮＡＰＬＡＳＴＩＣＳＩＮＤＵＳＴＲＹ
・４５・
注塑模具冷却水道排布优化设计木
宋珂１，胡青春１，姜晓平２
（１．华南理工大学机械与汽车工程学院，广东广州５１０６４０；２．广东星联精密机械有限公司，广东佛山５２８２５１）摘要：注塑模具冷却系统设计的好坏对生产效率的高低起着至关重要的作用，其中冷却水道的排布直接影响注塑模具的冷却效率。对原有冷却水道排布进行分析以及优化设计，应用Ｍｏｌｄｔｌｏｗ模流分析软件建立注塑模具浇注系统进行流道平衡分析以获得最优浇注系统，建立注塑模具冷却系统，获得回路冷却液温度、回路管壁温度、达到顶出温度的时间以及塑件温度曲线，并对比优化前后的相关数据，为注塑模具冷却水道排布优化设计提供依据。
关键词：注塑模具；冷却水道；模流分析；优化设计
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５—５７７０．２０１４．１２．０１２
中图分类号：ＴＧ７６文献标识码：Ｂ文章编号：１００５—５７７０（２０１４）１２—００４５—０４
ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎＤｅｓｉｇｎｏｆ
ＩｎｊｅｅｔｉｏｎＭｏｌｄ
Ｑｉｎｇ。ｃｈｕｎ
ＣｏｏｌｉｎｇＣｈａｎｎｅｌｓＡｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ
２
ＳＯＮＧＫｅ‘，ＨＵ
１，ＪＩＡＮＧＸｉａｏ‘ｐｉｎｇ
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇ，ＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０６４０，Ｃｈｉｎａ；
２．ＧｕａｎｇｄｏｎｇＸｉｎｇＬｉａｎＰｒｅｃｉｓｅＭａｃｈｉｎｅｒｙＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｆｏｓｈａｎ
５２８２５１，Ｃｈｉｎａ）
ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｉｎｗｈｉｃｈ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎｍｏｌｄｃｏｏｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍｄｅｓｉｇｎ
ｗａｓ
ｖｅｒｙｉｍｐｏｒｔａｎｔ
ｔｏ
ｔｈｅａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｃｏｏｌｉｎｇｃｈａｎｎｅｌｓｄｉｒｅｃｔｌｙａｆｆｅｃｔｅｄｔｈｅｉｎｊｅｃｔｉｏｎｍｏｌｄｃｏｏｌｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｉｔａｎａｌｙｚｅｄａｎｄ
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ｂａｌａｎｃｉｎｇ
ｂａｓｅｄ
ｔｏ
ｏｎ
ｏｐｔｉｍｉｚｅｄｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌｃｏｏｌｉｎｇｃｈａｎｎｅｌｓａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ．ＡｎａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄＭｏｌｄｆｌｏｗｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｉｔｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｏｐｔｉｍａｌｇａｔｉｎｇ
ｓｙｓｔｅｍ
ａｎ
ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ
ｍｏｌｄｇａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍｆｏｒ
ｓｙｓｔｅｍ
ｔｏ
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ａｎｄ
ｉｎｊｅｃｔｉｏｎｍｏｌｄｃｏｏｌｉｎｇ
ｇｅｔｌｏｏｐ
ｃｏｏｌａｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｃｉｒｃｕｉｔ
ｃｕｒｖｅ
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ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
ａｎｄｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
ｏｆ
ｐｌａｓｔｉｃｐａｎｓ．
Ｃｏｍｐａｒｅｄｄａｔａｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌａｎｄｏｐｔｉｍｉｚｅｄｃｏｏｌｉｎｇｃｈａｎｎｅｌｓａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ，ｉｔｐｒｏｖｉｄｅｄｔｈｅｂａｓｉｓｆｏｒｔｈｅ
ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｃｏｏｌｉｎｇｃｈａｎｎｅｌｓａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ
Ｍｏｌｄ；ＣｏｏｌｉｎｇＣｈａｎｎｅｌｓ；Ｍｏｌｄｆｌｏｗ；ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎＤｅｓｉｇｎ
传统的注塑模具设计凭借设计人员的知识和经验，设计模具、加工完毕后，需要花费大量的时间进
行调试、修改，甚至可能由于一点失误使得整个设计报废，造成巨大的成本浪费。２０世纪７０年代以来，
一出七十二模腔注塑模具锁模设计示意图，该套模具
分为模腔板（定模）和模芯板（动模）两部分，图
１中模芯与模腔形成的部分是产品瓶坯，用来吹塑成
ＰＥＴ瓶；模腔与模腔底的凹槽部分是冷却水的位置，采用随形冷却方式可以显著降低冷却时间、塑件表面温差和模具表面温差，有利于提高模具寿命和塑件质
量帕Ｊ，冷却水道排布在模腔板部分，图２为注塑模具实体示意图，该套模具是一次性生产７２个瓶坯，所以提高冷却效率将大大减少成本并提高生产效率。
图３是原冷却水排布方案的二维图，冷却水道分为上下两层，左图为上层水道的剖面图。冷却水通过直径①３５
注塑模具ＣＡＤ／ＣＡＥ技术逐渐推广，其具有使模具设计、加工的成本大大降低，效率成倍提高的优点，其
中以Ｍｏｌｄｆｌｏｗ软件的应用最具代表性。它不仅能够模拟分析热塑性塑料熔体进入模具的流动过程，而且可以对塑料的浇口位置、压力分布、冷却过程以及注射工艺条件等进行模拟分析，找出可能出现的缺陷¨。５］。本文应用Ｍｏｌｄｆｌｏｗ软件对优化的冷却水道
排布方案进行分析，从而验证设计的可靠性。
ｍｍ水管进入∞８水道，然后分两路进人
１原冷却水道排布概述
图１是广东星联精密机械有限公司生产的５７．８
ｇ
观０ｍｍ水道，每路水道再分１２路进人中８ｍｍ水道
对模腔进行冷却。以每三个为一个单位，冷却水在三
十粤港招标项目（２０１１ＢＺｌ００２１２）
作者简介：宋珂，女，１９８７年生，助理实验师，主要研究方向为机械设计及理论。ｚｉｔｅｎｇ．００６＠１６３．ｃｏｍ
・４６・
塑料工业
２０１４正
个模腔中的流动是串联方式，即第一个模腔进水温度可以保证８℃，但后面两个冷却水的温度必然高于８
匀，冷却效率不高，现设计如图４所示的改进冷却水
排布方案，此方案设计思路如下：建议甜８ｍｍ（截
面积ｌ
８０９ｍｍ
℃，这会使三个模腔出现冷却不均匀，同时冷却效率
也不高，所以有必要对冷却水排布进行优化设计。
２）进水管分四路，其中两路水道（／）２８
ｍｍ
ｍｍ（截面积６１５积３１４
２），另两路水道观０ｍｍ（截面
ＭＥ
ｍｍ２）；①２８ｍｍ水道再分２４路分别冷却２４
ｍｍ水道再分１２路分
个模腔，截面积６１５／２４＝２５．６（ｍｍ２），小于中８
水道的截面积５０．２４
ｍｍ２；（／）２０
别冷却１２个模腔，截面积３１４／１２＝２６．１７（ｍｍ２），
小于直径①８ｍｍ水道的截面积５０．２４
模芯冷却管
模芯座
横芯
模唇
模腔
模腔底
ｍｍ
２。每个分
支的流量面积与原设计方案基本相同，保证设计的合理性，此设计方案由于并联冷却，冷却水均匀冷却每
个模腔。
图１锁模没计示意图
、ｈｅｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｍｏｌｄｃｌａｍｐｉｎｇｄｅｓｉｇ
誓一
盱一
Ｆｉｇ４
闯删蚪蚓鞫一目醚凹甘斟Ｍ
图４改进冷却水排布方案二维图
Ｔｈｅ２Ｄｏｆｉｍｐｒｏｖｅｄｃｏｏｌｉｎｇｗａｔｅｒａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｓｃｈｅｍｅ
图２注塑模具实体示意图
Ｆｉｇ２
Ｔｈｅｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｉｎｊｅｃｔｉｏｎｍｏｌｄｅｎｔｉｔ）
３两种冷却系统分析
设计出改进的冷却水道排布，需要应用模流分析软件Ｍｏｌｄｆｌｏｗ对整个注塑模具进行冷却分析以验证方案的合理性并获得优化结果。由于迭代运算需要大量的时间并对电脑的配置要求很高，而本文研究对象是
一出七十二瓶坯的冷却分析，所以根据对称性并假定填充过程时间差非常小，取１／２４模型进行分析。
表１瓶坯网格参数
Ｔａｂｌ
Ｔｈｅｍｅｓｈｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆ
ｐｅｒｆｏｒｍ
数值
８．８１．１６
模型参数数值
３１
４６８
３
模型参数最大纵横比平均纵横比
图３原冷却水排布方案二维图
Ｆｉｇ３
Ｔｈｅ２Ｄｏｆｆｏｒｍｅｒｃｏｏｌｉｎｇｗａｔｅｒａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｓｃｈｅｍｅ
三角形数目／个网格体；积ｔ．／ｅｍ网格面积／ｅｍ最小纵横比
２
４３．２８２３２２３．２８８２．０９
匹配率／％８５．７相互百分比／％
８１．３
２冷却水排布优化设计
根据图３得出以下信息：（／）３５ｍｍ进水管（截面积９６１．６２５ｍｍ２）分两路进入（／）２０ｍｍ水道（截面积
３１４ｍｍ２），再分１２路进人①８
将瓶坯模型导人Ｍｏｌｄｆｌｏｗ中并复制两个，进行网格划分，网格数据如表１所示，网格匹配率达到８５％以上，可以进行冷却分析。材料选用聚对苯二甲酸乙二醇酯（Ｒｙｎｉｔｅ
５２１１
ｍｍ水道（截面积
５０．２４ｍｍ２），按上一水道分配为３１４／１２＝２６．１７
ＷＴ－５５５，Ｄｕｐｏｎｔ公司），
（ｆｉｌｍ２）＜５０．２４ｍｍ２，相对来说流量不充足，则改建立浇注系统，螺旋结构水道和喷流式冷却水道，冷却水管直径为８ｍｍ，进水温度８℃，设置雷诺数为
１０
进冷却水排布时要考虑截面积的变化以保证各路分配的流量不变。
原冷却排布方案的串联方式缺点在于冷却不均
０００（湍流状态），按工艺设定熔体温度２９５℃，
开模时间５ｓ，注射＋保压＋冷却时间设定自动，顶
第４２卷第１２期宋珂，等：注塑模具冷却水道排布优化设计
・４７・
出温度８０℃，模具温度７５℃。划分完网格对两种系统进行冷却分析，比较冷却分析结果。图５为两种冷却系统的分析模型。
方案冷却液温差为２．３７℃，改进冷却方案温差为１．１４２℃，一般温差相差２℃以内即为合理，图６所示为两种冷却系统冷却液温度分布图，由图可知原方案的串联结构冷却液温差大，且分布不均匀；改进结
一
ａ一原冷却排水方案
ｂ一改进冷却排水方案
图５两种冷却系统的分析模型
Ｆｉｇ５
Ｔｗｏｃｏｏｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍ
构每个回路的温度基本一致。４．２冷却管壁温度
冷却管壁温度显示了回路管壁表面，即冷却液和模具的界面温度，其不应比冷却液人口温度高５℃以
上。由表２可知原冷却方案管壁温差将近９℃，改进
方案温差为６．７８ｏＣ，均未达到要求，但是改进方案
更接近要求。图７所示为两种冷却系统冷却管壁温度
分布图，改进冷却方案的管壁普遍降低，提高了模具的冷却速度。
４结果与讨论
４．１冷却液温度
表２冷却效果分析比较
Ｔａｂ２
Ａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｃｏｏｌｉｎｇｅｆｆｅｃｔ
同ｌ｜
摹
陵。
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饕．．辩
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１：
藉
…
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ｂ一改进冷却排水方案图７冷却管壁温度分布图
Ｆ培７
Ｃｏｏｌａｎｔｗａｌｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
４．３达到顶出温度时间
达到顶出温度时间显示了从注射开始每个单元所需要的冻结时问，即冷却到整个单元的截面温度都低于材料数据库中所定义的顶出温度的时间，要求冷却均匀且尽可能的快。本套模具的工艺参数是注塑时间
５．９５
一－。ｉ慧，一
ｂ一改进冷却排水方案图６冷却液温度分布图
Ｆｉｇ６
Ｓ，保压及冷却的时间为１２．６Ｓ，则达到顶出温
度的时间共１８．５５Ｓ。原冷却方案分析结果为２４．５４ｓ，改进冷却方案为２４．２１Ｓ，图８所示为两种冷却系统达到顶出温度时间分布图，改进的并联方案明显提高了冷却效率，时间上与实际有差距是由于为了定性比较冷却效果而将注射时间＋保压时间＋冷却时间设
Ｃｏｏｌａｎｔ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
冷却结果对比如表２所示。由表２可知，原冷却
・４８・
塑料工业
定为自动。
撼一
一一一
一‘
ｂ一改进冷却排水方案图９塑件温度曲线
Ｆｉｇ９
Ｐｌａｓｔｉｃｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
ｃｕｒｖｅ
ｆ卜一一——…——卜誊彰‘
４”。。‘。““！：ｊ？；
图９ａ中三个相同位置处温度变化曲线并没有重合，说明原冷却方案瓶坯表面温度不均匀；图９ｂ中
墨
三个相同位置处温度变化曲线重合，说明改进方案瓶
坯表面温度均匀。
５
结论
本文对一套注塑模具的冷却系统排布进行分析和
优化设计，并应用Ｍｏｌｄｆｌｏｗ软件对原方案和改进方案
进行冷却分析，改进冷却水排布方案可以缩短冷却时间，降低塑件温差和模具表面温差，并且保证冷却均
４．４塑件温度曲线
制件表面温度均匀，塑性变形就小，冷却效果好。图９所示是三个模腔同一个位置（瓶坯中间圆点）的温度变化曲线，横坐标负值表示塑件的内表面，正值表示塑件的外表面，纵坐标是温度变化，成
匀，从而提高模具寿命和注塑制品的质量。
参考文献
［１］陶筱梅，杜小清．基于ＭｏｌｄＦｌｏｗ的注塑模具浇口优化设
计［Ｊ］．模具技术，２００７（４）：４１—４３．
［２］许建文，刘斌．基于Ｍｏｌｄｆｌｏｗ注塑模冷却系统的设计与
优化［Ｊ］．塑料科技，２００８，３９（３）：６４—６６．
［３］庞罕，许超，王霞．手机外壳注射模ＣＡＥ分析［Ｊ］．模
具工业，２００４（５）：２８—３０．
［４］刘军，邓益民，李国富．Ｍｏｌｄｆｌｏｗ材料分析辅助决策系
统［Ｊ］．机电工程，２００７（１２）：５—８．
［５］宋燕星，陈玉金，石连升．ＭｏｌｄＦｌｏｗ／ＭＰＩ在注塑成型流
变分析中的应用［Ｊ］．ＣＡＤ／ＣＡＭ与制造业信息化，
２００３（１０）：３６—３７．
对称形式，说明内外表面温度相同。
［６］顾永华，许建文．注塑件随形冷却的数值模拟分析［Ｊ］．
咸宁学院学报，２０１１，３１（１２）：７９—８１．
ａ一原冷却排水方案
（本文于２０１４—０９—２３收至０）
德瑞克国内首台尼龙柱鞋强度试验机成功交付长矿公司
近日，国内首台高强度浇铸尼龙（ＭＣ尼龙）柱鞋强度试验机在山东德瑞克仪器有限公司试制成功，并交
付长城矿山机械配件有限公司使用。高强度ＭＣ尼龙柱鞋是特殊异形高科技产品，专门满足煤矿使用，由于其
不规则样式，检测项目如柱鞋腔体压缩实验、柱鞋边孔抗拉强度实验在传统的万能试验机上根本无法实现。可
以说该检测项目在国内仍属空白。
该高强度ＭＣ尼龙柱鞋强度试验机可实现柱鞋腔体压缩实验、柱鞋边孔抗拉强度两种实验。
注塑模具冷却水道排布优化设计
作者：
作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
宋珂， 胡青春， 姜晓平， SONG Ke， HU Qing-chun， JIANG Xiao-ping
宋珂,胡青春,SONG Ke,HU Qing-chun(华南理工大学机械与汽车工程学院,广东广州,510640)， 姜晓平,JIANG Xiao-ping(广东星联精密机械有限公司,广东佛山,528251)塑料工业
China Plastics Industry2014,42(12)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_slgy201412012.aspx
第４２卷第１２期２０１４年１２月
塑料工业
ＣＨＩＮＡＰＬＡＳＴＩＣＳＩＮＤＵＳＴＲＹ
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注塑模具冷却水道排布优化设计木
宋珂１，胡青春１，姜晓平２
（１．华南理工大学机械与汽车工程学院，广东广州５１０６４０；２．广东星联精密机械有限公司，广东佛山５２８２５１）摘要：注塑模具冷却系统设计的好坏对生产效率的高低起着至关重要的作用，其中冷却水道的排布直接影响注塑模具的冷却效率。对原有冷却水道排布进行分析以及优化设计，应用Ｍｏｌｄｔｌｏｗ模流分析软件建立注塑模具浇注系统进行流道平衡分析以获得最优浇注系统，建立注塑模具冷却系统，获得回路冷却液温度、回路管壁温度、达到顶出温度的时间以及塑件温度曲线，并对比优化前后的相关数据，为注塑模具冷却水道排布优化设计提供依据。
关键词：注塑模具；冷却水道；模流分析；优化设计
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５—５７７０．２０１４．１２．０１２
中图分类号：ＴＧ７６文献标识码：Ｂ文章编号：１００５—５７７０（２０１４）１２—００４５—０４
ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎＤｅｓｉｇｎｏｆ
ＩｎｊｅｅｔｉｏｎＭｏｌｄ
Ｑｉｎｇ。ｃｈｕｎ
ＣｏｏｌｉｎｇＣｈａｎｎｅｌｓＡｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ
２
ＳＯＮＧＫｅ‘，ＨＵ
１，ＪＩＡＮＧＸｉａｏ‘ｐｉｎｇ
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇ，ＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０６４０，Ｃｈｉｎａ；
２．ＧｕａｎｇｄｏｎｇＸｉｎｇＬｉａｎＰｒｅｃｉｓｅＭａｃｈｉｎｅｒｙＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｆｏｓｈａｎ
５２８２５１，Ｃｈｉｎａ）
ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｉｎｗｈｉｃｈ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎｍｏｌｄｃｏｏｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍｄｅｓｉｇｎ
ｗａｓ
ｖｅｒｙｉｍｐｏｒｔａｎｔ
ｔｏ
ｔｈｅａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｃｏｏｌｉｎｇｃｈａｎｎｅｌｓｄｉｒｅｃｔｌｙａｆｆｅｃｔｅｄｔｈｅｉｎｊｅｃｔｉｏｎｍｏｌｄｃｏｏｌｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｉｔａｎａｌｙｚｅｄａｎｄ
ｏｆｃｏｏｌｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ
ｂａｌａｎｃｉｎｇ
ｂａｓｅｄ
ｔｏ
ｏｎ
ｏｐｔｉｍｉｚｅｄｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌｃｏｏｌｉｎｇｃｈａｎｎｅｌｓａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ．ＡｎａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄＭｏｌｄｆｌｏｗｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｉｔｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｏｐｔｉｍａｌｇａｔｉｎｇ
ｓｙｓｔｅｍ
ａｎ
ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ
ｍｏｌｄｇａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍｆｏｒ
ｓｙｓｔｅｍ
ｔｏ
ｒｕｎｎｅｒ
ａｎａｌｙｓｉｓ
ｔｈｅ
ｇｅｔｔｈｅ
ａｎｄ
ｉｎｊｅｃｔｉｏｎｍｏｌｄｃｏｏｌｉｎｇ
ｇｅｔｌｏｏｐ
ｃｏｏｌａｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｃｉｒｃｕｉｔ
ｃｕｒｖｅ
ｗａｌｌ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｔｉｍｅｏｆｒｅａｃｈｉｎｇｔｈｅｅｊｅｃｔｉｏｎ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
ａｎｄｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
ｏｆ
ｐｌａｓｔｉｃｐａｎｓ．
Ｃｏｍｐａｒｅｄｄａｔａｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌａｎｄｏｐｔｉｍｉｚｅｄｃｏｏｌｉｎｇｃｈａｎｎｅｌｓａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ，ｉｔｐｒｏｖｉｄｅｄｔｈｅｂａｓｉｓｆｏｒｔｈｅ
ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｃｏｏｌｉｎｇｃｈａｎｎｅｌｓａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ
Ｍｏｌｄ；ＣｏｏｌｉｎｇＣｈａｎｎｅｌｓ；Ｍｏｌｄｆｌｏｗ；ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎＤｅｓｉｇｎ
传统的注塑模具设计凭借设计人员的知识和经验，设计模具、加工完毕后，需要花费大量的时间进
行调试、修改，甚至可能由于一点失误使得整个设计报废，造成巨大的成本浪费。２０世纪７０年代以来，
一出七十二模腔注塑模具锁模设计示意图，该套模具
分为模腔板（定模）和模芯板（动模）两部分，图
１中模芯与模腔形成的部分是产品瓶坯，用来吹塑成
ＰＥＴ瓶；模腔与模腔底的凹槽部分是冷却水的位置，采用随形冷却方式可以显著降低冷却时间、塑件表面温差和模具表面温差，有利于提高模具寿命和塑件质
量帕Ｊ，冷却水道排布在模腔板部分，图２为注塑模具实体示意图，该套模具是一次性生产７２个瓶坯，所以提高冷却效率将大大减少成本并提高生产效率。
图３是原冷却水排布方案的二维图，冷却水道分为上下两层，左图为上层水道的剖面图。冷却水通过直径①３５
注塑模具ＣＡＤ／ＣＡＥ技术逐渐推广，其具有使模具设计、加工的成本大大降低，效率成倍提高的优点，其
中以Ｍｏｌｄｆｌｏｗ软件的应用最具代表性。它不仅能够模拟分析热塑性塑料熔体进入模具的流动过程，而且可以对塑料的浇口位置、压力分布、冷却过程以及注射工艺条件等进行模拟分析，找出可能出现的缺陷¨。５］。本文应用Ｍｏｌｄｆｌｏｗ软件对优化的冷却水道
排布方案进行分析，从而验证设计的可靠性。
ｍｍ水管进入∞８水道，然后分两路进人
１原冷却水道排布概述
图１是广东星联精密机械有限公司生产的５７．８
ｇ
观０ｍｍ水道，每路水道再分１２路进人中８ｍｍ水道
对模腔进行冷却。以每三个为一个单位，冷却水在三
十粤港招标项目（２０１１ＢＺｌ００２１２）
作者简介：宋珂，女，１９８７年生，助理实验师，主要研究方向为机械设计及理论。ｚｉｔｅｎｇ．００６＠１６３．ｃｏｍ
・４６・
塑料工业
２０１４正
个模腔中的流动是串联方式，即第一个模腔进水温度可以保证８℃，但后面两个冷却水的温度必然高于８
匀，冷却效率不高，现设计如图４所示的改进冷却水
排布方案，此方案设计思路如下：建议甜８ｍｍ（截
面积ｌ
８０９ｍｍ
℃，这会使三个模腔出现冷却不均匀，同时冷却效率
也不高，所以有必要对冷却水排布进行优化设计。
２）进水管分四路，其中两路水道（／）２８
ｍｍ
ｍｍ（截面积６１５积３１４
２），另两路水道观０ｍｍ（截面
ＭＥ
ｍｍ２）；①２８ｍｍ水道再分２４路分别冷却２４
ｍｍ水道再分１２路分
个模腔，截面积６１５／２４＝２５．６（ｍｍ２），小于中８
水道的截面积５０．２４
ｍｍ２；（／）２０
别冷却１２个模腔，截面积３１４／１２＝２６．１７（ｍｍ２），
小于直径①８ｍｍ水道的截面积５０．２４
模芯冷却管
模芯座
横芯
模唇
模腔
模腔底
ｍｍ
２。每个分
支的流量面积与原设计方案基本相同，保证设计的合理性，此设计方案由于并联冷却，冷却水均匀冷却每
个模腔。
图１锁模没计示意图
、ｈｅｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｍｏｌｄｃｌａｍｐｉｎｇｄｅｓｉｇ
誓一
盱一
Ｆｉｇ４
闯删蚪蚓鞫一目醚凹甘斟Ｍ
图４改进冷却水排布方案二维图
Ｔｈｅ２Ｄｏｆｉｍｐｒｏｖｅｄｃｏｏｌｉｎｇｗａｔｅｒａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｓｃｈｅｍｅ
图２注塑模具实体示意图
Ｆｉｇ２
Ｔｈｅｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｉｎｊｅｃｔｉｏｎｍｏｌｄｅｎｔｉｔ）
３两种冷却系统分析
设计出改进的冷却水道排布，需要应用模流分析软件Ｍｏｌｄｆｌｏｗ对整个注塑模具进行冷却分析以验证方案的合理性并获得优化结果。由于迭代运算需要大量的时间并对电脑的配置要求很高，而本文研究对象是
一出七十二瓶坯的冷却分析，所以根据对称性并假定填充过程时间差非常小，取１／２４模型进行分析。
表１瓶坯网格参数
Ｔａｂｌ
Ｔｈｅｍｅｓｈｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆ
ｐｅｒｆｏｒｍ
数值
８．８１．１６
模型参数数值
３１
４６８
３
模型参数最大纵横比平均纵横比
图３原冷却水排布方案二维图
Ｆｉｇ３
Ｔｈｅ２Ｄｏｆｆｏｒｍｅｒｃｏｏｌｉｎｇｗａｔｅｒａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｓｃｈｅｍｅ
三角形数目／个网格体；积ｔ．／ｅｍ网格面积／ｅｍ最小纵横比
２
４３．２８２３２２３．２８８２．０９
匹配率／％８５．７相互百分比／％
８１．３
２冷却水排布优化设计
根据图３得出以下信息：（／）３５ｍｍ进水管（截面积９６１．６２５ｍｍ２）分两路进入（／）２０ｍｍ水道（截面积
３１４ｍｍ２），再分１２路进人①８
将瓶坯模型导人Ｍｏｌｄｆｌｏｗ中并复制两个，进行网格划分，网格数据如表１所示，网格匹配率达到８５％以上，可以进行冷却分析。材料选用聚对苯二甲酸乙二醇酯（Ｒｙｎｉｔｅ
５２１１
ｍｍ水道（截面积
５０．２４ｍｍ２），按上一水道分配为３１４／１２＝２６．１７
ＷＴ－５５５，Ｄｕｐｏｎｔ公司），
（ｆｉｌｍ２）＜５０．２４ｍｍ２，相对来说流量不充足，则改建立浇注系统，螺旋结构水道和喷流式冷却水道，冷却水管直径为８ｍｍ，进水温度８℃，设置雷诺数为
１０
进冷却水排布时要考虑截面积的变化以保证各路分配的流量不变。
原冷却排布方案的串联方式缺点在于冷却不均
０００（湍流状态），按工艺设定熔体温度２９５℃，
开模时间５ｓ，注射＋保压＋冷却时间设定自动，顶
第４２卷第１２期宋珂，等：注塑模具冷却水道排布优化设计
・４７・
出温度８０℃，模具温度７５℃。划分完网格对两种系统进行冷却分析，比较冷却分析结果。图５为两种冷却系统的分析模型。
方案冷却液温差为２．３７℃，改进冷却方案温差为１．１４２℃，一般温差相差２℃以内即为合理，图６所示为两种冷却系统冷却液温度分布图，由图可知原方案的串联结构冷却液温差大，且分布不均匀；改进结
一
ａ一原冷却排水方案
ｂ一改进冷却排水方案
图５两种冷却系统的分析模型
Ｆｉｇ５
Ｔｗｏｃｏｏｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍ
构每个回路的温度基本一致。４．２冷却管壁温度
冷却管壁温度显示了回路管壁表面，即冷却液和模具的界面温度，其不应比冷却液人口温度高５℃以
上。由表２可知原冷却方案管壁温差将近９℃，改进
方案温差为６．７８ｏＣ，均未达到要求，但是改进方案
更接近要求。图７所示为两种冷却系统冷却管壁温度
分布图，改进冷却方案的管壁普遍降低，提高了模具的冷却速度。
４结果与讨论
４．１冷却液温度
表２冷却效果分析比较
Ｔａｂ２
Ａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｃｏｏｌｉｎｇｅｆｆｅｃｔ
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ｂ一改进冷却排水方案图７冷却管壁温度分布图
Ｆ培７
Ｃｏｏｌａｎｔｗａｌｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
４．３达到顶出温度时间
达到顶出温度时间显示了从注射开始每个单元所需要的冻结时问，即冷却到整个单元的截面温度都低于材料数据库中所定义的顶出温度的时间，要求冷却均匀且尽可能的快。本套模具的工艺参数是注塑时间
５．９５
一－。ｉ慧，一
ｂ一改进冷却排水方案图６冷却液温度分布图
Ｆｉｇ６
Ｓ，保压及冷却的时间为１２．６Ｓ，则达到顶出温
度的时间共１８．５５Ｓ。原冷却方案分析结果为２４．５４ｓ，改进冷却方案为２４．２１Ｓ，图８所示为两种冷却系统达到顶出温度时间分布图，改进的并联方案明显提高了冷却效率，时间上与实际有差距是由于为了定性比较冷却效果而将注射时间＋保压时间＋冷却时间设
Ｃｏｏｌａｎｔ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
冷却结果对比如表２所示。由表２可知，原冷却
・４８・
塑料工业
定为自动。
撼一
一一一
一‘
ｂ一改进冷却排水方案图９塑件温度曲线
Ｆｉｇ９
Ｐｌａｓｔｉｃｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
ｃｕｒｖｅ
ｆ卜一一——…——卜誊彰‘
４”。。‘。““！：ｊ？；
图９ａ中三个相同位置处温度变化曲线并没有重合，说明原冷却方案瓶坯表面温度不均匀；图９ｂ中
墨
三个相同位置处温度变化曲线重合，说明改进方案瓶
坯表面温度均匀。
５
结论
本文对一套注塑模具的冷却系统排布进行分析和
优化设计，并应用Ｍｏｌｄｆｌｏｗ软件对原方案和改进方案
进行冷却分析，改进冷却水排布方案可以缩短冷却时间，降低塑件温差和模具表面温差，并且保证冷却均
４．４塑件温度曲线
制件表面温度均匀，塑性变形就小，冷却效果好。图９所示是三个模腔同一个位置（瓶坯中间圆点）的温度变化曲线，横坐标负值表示塑件的内表面，正值表示塑件的外表面，纵坐标是温度变化，成
匀，从而提高模具寿命和注塑制品的质量。
参考文献
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咸宁学院学报，２０１１，３１（１２）：７９—８１．
ａ一原冷却排水方案
（本文于２０１４—０９—２３收至０）
德瑞克国内首台尼龙柱鞋强度试验机成功交付长矿公司
近日，国内首台高强度浇铸尼龙（ＭＣ尼龙）柱鞋强度试验机在山东德瑞克仪器有限公司试制成功，并交
付长城矿山机械配件有限公司使用。高强度ＭＣ尼龙柱鞋是特殊异形高科技产品，专门满足煤矿使用，由于其
不规则样式，检测项目如柱鞋腔体压缩实验、柱鞋边孔抗拉强度实验在传统的万能试验机上根本无法实现。可
以说该检测项目在国内仍属空白。
该高强度ＭＣ尼龙柱鞋强度试验机可实现柱鞋腔体压缩实验、柱鞋边孔抗拉强度两种实验。
注塑模具冷却水道排布优化设计
作者：
作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
宋珂， 胡青春， 姜晓平， SONG Ke， HU Qing-chun， JIANG Xiao-ping
宋珂,胡青春,SONG Ke,HU Qing-chun(华南理工大学机械与汽车工程学院,广东广州,510640)， 姜晓平,JIANG Xiao-ping(广东星联精密机械有限公司,广东佛山,528251)塑料工业
China Plastics Industry2014,42(12)
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