提高随形冷却水路的设计技术-6

■株式会社OPM/ 森本一穗

接续12月刊内容

我们设计过大量的随形水路案例,然而设计的案例越多 反而让我们觉得需要认知的东西也更多,也经常会使我 们对随形水路作出新的认识。比如以下这个发动机压铸 模具的案例,它使我们面临到我们以往卓有成效的串联 随形水路(Streamline)完全无法发挥效果的状况。由 於压铸模具比塑料模具的热量要多3~4倍,串联水路时 从IN进去的冷却水在从OUT出来前就已经沸腾,不要 说冷却效果了,连水流量都无法保证,完全无法实现冷 却效果。此案例中模具入子的受热量非常大,因此可以 作为分析压铸模具随形水路的典型案例,非常有参考价 值。

图 1: 压铸模具的WJ入子的解析的一例(鋳造解析MAGMA)

(图1)是此WJ发动机压铸模具内的串联随形水路样式。 通过压铸解析软件MAGMA(德国)解析出来的结果为, 不论流量 0.2L 还是 1.0L/min 时,到 OUT 附近时就已经 接近沸点温度。我们将流量设定为2.0L/min作了实际 试模,然而面对630°C的高温铝合金时也完全没有冷 却作用。 从此例中我们认识到在压铸模具中,随形水路如果不用 并联方式的话是无法对应的。 最终我们设计的版本为如(图2)所示的并联随形水路 (Parallel)。

图 2: 并联式样随形水路的一例

大家也可以仔细观察考虑一下此水路的样 式。设计的要点是:

1)确保更多的冷媒量
2)缩短水路的流长 像压铸模具这种最大限度要求流量和冷却能力的场 合,并联水路是合适的选择。不过,设计时也要根 据实际模具形状来判断,具体设计时可以随时咨询我 们,我们来提供最合适的随形水路方案。

在本次最终章节里,我想就并联随形水路给大家做一 个详细的介绍。本来想直接详细介绍上述的压铸模具 案例,但是因为涉及产品保密,所以在此使用我司以 前设计的塑料模具,在串联水路和并联水路时的冷却 效率的比较给大家做个介绍。

 

图 3-1: 我司设计的串联式样与并联式样随形水路                    图 3-2: 我司设计的并联式样随形水路的流速比较

如(图3-①)所示的产品的随形水路,母模侧左边是 串联样式,右边是并联样式。(注:公模因为受形状 限制,仍采用以往的串联样式。)并联样式的流速结 果(图3-②)所示,几乎无压力损失。和串联方式比 较,并联方式的冷媒流量可以达到3倍左右,流长也 可以设计为最短。流长越长冷却效果会越下降,这点 也需要注意。我们也可以用下面的热计算公式(比热 容公式)来分析在实现冷却效果中的各个因素
Q=mcΔt

:Q热量=J

:m质量=g

:c比热容=cal/g・K

:Δt温度变化值=K

※质量m为模具质量,为固定值

※比热容c也是固定值 冷媒流量越大,单位时间内的去热量会增加。其中, 温度变化值Δt也是流速越快越大。最终温度变化值 Δt越大,我们就可以判断为冷却效果越好。其实不 用考虑的太复杂,用我们中学学过的这个简单的基础 公式就可以找到要点。

图 4: 冷却性能比较(传统水路、串联随形水路、并联随形水路)*产品表面温度

实际的冷却效果的解析结果比较为图29~30。 (图4)是塑料产品表面温度的比较。 传统水路时为70~99℃,串联随形水路时为62℃~ 78℃,而并联随形水路时达到了比串联时更低的 61℃~75℃。 (图5)是塑料平均温度的比较。 传统水路时为107℃~128℃,串联随形水路时为 93℃~118℃,而并联随形水路时达到了比串联时更 低的91℃~113℃。然后我们看看变形量。

图 5: 冷却性能比较(传统水路、串联随形水路、并联随形水路)*产品平均温度

(图6)是X方向的变形解析结果。和传统水路相比, 串联随形水路改善了约33%,而并联随形水路则改善 了38%。 (图7)是Y方向的变形解析结果。和传统水路相比, 串联随形水路改善了约63%,而并联随形水路则改善 了70%。

图 6: 变形比较(传统水路、串联随形水路、并联随形水路)*产品长方向

图 7: 变形比较(传统水路、串联随形水路、并联随形水路)*产品短方向

积极的采用并联方式设计,可以最大的提升我们的冷 却效率,不过并联随形水路在设计时也需要考虑容易 堵塞,后期保养困难这样的问题。我司OPM研究所 目前也在联合某知名CAD软件公司开发随形水路自 动设计的软件,开发完成后相信大家可以简单快捷的 设计合理的随形水路。然后,在随形水路的后期保养 方面,水路内部的光洁度提升、防止堵塞等工艺方面 我们也在集成周边设备的资源去完善随形水路的后期 保养。
最后,感谢各位在这半年来对本稿的支持与厚爱,也 衷心希望本稿能对大家有一些启发和帮助。■

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