注塑成型工艺第十章注射模温度调节系统

一、温度调节的必要性二、冷却管道的工艺计算三、冷却系统的设计原则

第十章注射模温度调节系统重点掌握

第一节温度调节的必要性一、温度调节对塑件质量的影响1．变形模具温度稳定，冷却速度均衡，可减小塑件的变形。对壁厚不一致和形状复杂的塑件，经常会出现因收缩不均匀而产生翘曲变形的情况。故须采用合适的冷却系统，使模具凹模与型芯的各个部位的温度基本保持一致，以便型腔内的塑料熔体能同时凝固。2．尺寸精度保持模温恒定，能减少制件成型收缩率的波动，提高塑件尺寸精度的稳定性。在可能的情况下采用较低的模温有助于减小塑件的成型收缩率。例如，对于结晶形塑料，因为模温较低，制件的结晶度低，可以降低收缩率。但结晶度低不利于制件尺寸的稳定性，从尺寸的稳定性出发，又需要适当提高模具温度，使塑件结晶均匀。3．力学性能结晶形塑料，结晶度越高，塑件的应力开裂倾向越大，故从减小应力开裂的角度出发，降低模温是有利的。但对于聚碳酸酯一类高黏度无定形塑料，其应力开裂倾向与塑件中的内应力的大小有关，提高模温有利于减小制件中的内应力，也就减小了其应力开裂倾向。为什么说缩短注射循环周期的冷却时间是提高生产效率的关键？因注射模中熔体从200℃左右降低到60℃左右，所释放的热量中约有5％以辐射、对流的方式散发到大气中，其余95％由冷却介质(一般是水)带走。模具的冷却时间约占整个注射循环周期的2／3。4．表面质量提高模温能改善制件表面质量，过低的模温会使制件轮廓不清晰并产生明显的熔接痕，导致制件表面粗糙度提高。二、温度调节对生产效率的影响

注射成型中，模具的冷却时间取决于冷却效果，即冷却水的流动状态。据资料表明，在湍流下的热传递比层流下的高10～20倍。

冷却水处于湍流状态，水的雷诺数Re(动量与黏度的比值)达到6000以上。

根据牛顿冷却定律，冷却系统从模具中带走的热量(kJ)为

式中Q——模具与冷却系统之间所传递的热量，KJ；

h——冷却通道孔壁与冷却介质之间的传热膜系数，kJ／(m2·h．℃)；

A——冷却介质的传热面积，m2；

Δθ——模具温度与冷却介质温度之间的差值，℃；

t——冷却时间，s。式(10—1)知，当所需传递的热量Q不变时，可通过如下三条途径来缩短冷却时间。（10-1）1．提高传热膜系数

冷却介质在圆管内呈湍流流动状态时，冷却管道孔壁与冷却介质之间的传热膜系数h[kJ／(m2·h．℃)]为

式中f——与冷却介质温度有关的物理系数(具体计算方法见下节)；ρ——冷却介质在一定温度下的密度，kg／m3；υ——冷却介质在圆管中的流速，m／s；d——冷却管道的直径，m。即当冷却介质温度和冷却管道直径不变时，增加冷却介质的流速v，可提高传热膜系数。(10-2)

模温一定，适当降低冷却介质的温度，利于缩短模具的冷却时间t。一般注射模具所用的冷却介质是常温水，若改用低温水，便可提高模具与冷却介质之间的温度差Δθ，提高注射成型的生产率。但采用低温水冷却模具时，大气中的水分有可能在型腔表面凝聚而导致制件的质量下降。

增大冷却介质的传热面积A，需在模具上开设尺寸尽可能大和数量尽可能多的冷管道，但由于模具上有各种孔(如推杆孔、型芯孔)和缝隙(如镶块接缝)的限制，只能在满足模具结构设计的情况下尽量多开设冷却水管通道。3．增大冷却介质的传热面积2．提高模具与冷却介质之间的温度差衡量塑件已充分固化的准则：

①塑件最大壁厚中心部分的温度已冷却到该种塑料的热变形温度以下。

②塑件截面内的平均温度已达到所规定的塑件的出模温度。

③对于结晶形塑料，最大壁厚的中心层温度达到固熔点，或结晶度达到某一百分比。第二节冷却管道的工艺计算一、冷却时间的计算什么是塑件在模具内的冷却时间？

通常指塑料熔体从充满型腔时起到可以开模取出制件的这一段时间。

可开模的标准：塑件已充分固化，具有一定的强度和刚度，开模推出时不致变形开裂。b、塑料的注注射温度不不变，且塑塑件内、外外表面的温温度在充模模时降低到到模具的温温度并维持持恒定。由此建立一一维导热微微分方程为为求解上式，，并简化，，得到冷却却时间t1的解析表达达式。同理理可得第二二条准则的的冷却时间间t2的简化公式式。第三条条准则中的的冷却时间间t3依靠经验获获得。（10-3）上述的第一一条准则，，假定：a、塑件的温温度只沿垂垂直于模壁壁的方向传传递，即简简化成一维维导热问题题，图10—l。。(1)塑件最大壁壁厚中心部部分温度达达到热变形形温度时所所需的冷却却时间t1(s)为(10-4)式中S——塑件的壁厚厚，mm；α1——塑料热扩扩散率，，mm2／s；某些常常用塑料料的α1值见表10-2；θc——塑料注射射温度，，℃；θM——模具温度度，℃；θ1——塑料的热热变形温温度，℃；附录3给出了在在一定温温度下塑塑料试样样的热变变形温度度，但不不是生产产应用时时的热变变形温度度，确定定θ1时还应根根据经验验。(2)塑件截面面内平均均温度达达到规定定的塑件件出模温温度时所所需要的的冷却时时间t2(s)为(10-5)式中θ2——截面内平平均温度度，℃。(3)结晶形塑塑料制件件的最大大壁厚中中心温度度达到固固熔点时时所需的的冷却时时间t3(s)①聚乙烯(棒类)（10-6）（板类））（（10-7）以上两式式的适用用范围是是θc=193．3～248．9℃，θM=4．4～79．4℃。②聚丙烯(棒类)（10-8）（板类））（（10-9）以上两式式的适用用范围是是θc=232．2～282．2℃，θM=4．4～79．4℃。③聚甲醛(棒类)（10-10）（板类））（（10-11）以上两式式的适用用范围是是θc>190℃，θM<125℃。式(10-6~11)中，θc为棒类或或板类塑塑件的初初始成型型温度(℃)；θM为模具温温度(℃)；R为棒类塑塑件的半半径(cm)；S为板类塑塑件的厚厚度(cm)。二、冷却却管道传传热面积积及管道道数目的的简易计计算忽略模具具因空气气对流、、热辐射射以及与与注射机机接触所所散发的的热量，，则模具具冷却时时所需冷冷却介质质的体积积流量可可按下式式计算（10-12）式中qv——冷却介质质的体积积流量，，m3／min；W——单位时间间(每分钟)内注入模模具中的的塑料质质量，kg／min；Q1——单位重量量的塑件件在凝固固时所放放出的热热量，kJ／kg；ρ——冷却介质质的密度度，kg／m3；c1——冷却介质质的比热热容，kJ／(kg··℃)；θ1——冷却介质质出口温温度，℃；θ2——冷却介质质进口温温度，℃。Q1可表示为为（10-13）式中c2——塑料的比比热容，，kJ／(kg··℃)；θ3、θ4——分别为塑塑料熔体体的温度度和推出出前塑件件的温度度，℃；u——结晶形塑塑料的熔熔化潜热热，kJ／kg。冷却管道道总传热热面积A(m2)可用如下下公式计计算（10-14）式中h——冷却管道道孔壁与与冷却介介质之间间的传热热膜系数数，kJ／(m2·h．℃)；Δθ——模温与冷却介介质温度之间间的平均温差差，℃。h可由式(10-2)求得，其中(10-15)式中λ——冷却介质的热热导率，kJ／(m2·h．℃)；c1——冷却介质的比比热容，kJ／(kg·℃)；μ——冷却介质的黏黏度，Pa·s；(10-16)v——冷却介质的流流速，m／s；qv——冷却介质的体体积流量，m3／s；d——冷却管道的直直径，m。f既可由式（10-15）计算得到，，也可由表10-5选取。模具应开设的的冷却管道的的孔数为(10-17)式中L——冷却管道开设设方向上模具具长度或宽度度，m。例某某注射模成型型聚丙烯塑件件，产量为50kg／h，用20℃的水作为冷却却介质，其出出口温度为27℃，水呈湍流状状态，若模具具平均温度为为40℃，模具宽度为为300mm，求冷却管道道直径及所需需冷却管道孔孔数。解：(1)求塑料制件在在固化时每小小时释放的热热量Q查表10-4得聚丙烯的单单位热流量故(2)求冷却水的体体积流量由式(10—12)得（3）求冷冷却管道直径径d，查表10-1，为使冷却却水处于湍流流状态，取取d=25mm(4)求冷却水在管管道内的流速速v由式(10—16)得(5)求冷却管道孔孔壁与冷却介介质之间的传传热膜系数h查表10—5，取f=7.22(水温为30℃时)，再由式(10-2)得(6)求冷却管道道总传热面面积A由式(10—14)得(7)求模具上应应开设的冷冷却管道的的孔数n由式(10—17)得三、冷却管管道的详细细计算一般的注射射模冷却管管道设计中中，采用上上节所介绍绍的简易计计算已足够够。但对于于精密和复复杂的大型型注射模，，有必要较较全面地考考察冷却过过程的冷却却影响因素素，进行较较为深入的的设计计算算。1．单位时间间里型腔内内的总热量量Q总热量Q(kJ/h)为(10-18)式中W——单位时间内内注入型腔腔中的塑料料质量，kg／h；N——每小时注射射次数；G——每次塑料的的注射量，，kg；Q1——单位质量的的塑料制件件从熔体进进入型腔开开始到冷却却结束时所所放出的热热量，kJ／kg；又称为单单位热流量量之差或热热焓之差。。总热量Q(kJ/h)为(10-18)式中W——单位时间内内注入型腔腔中的塑料料质量，kg／h；N——每小时注射射次数；G——每次塑料的的注射量，，kg；Q1——单位质量的的塑料制件件从熔体进进入型腔开开始到冷却却结束时所所放出的热热量，kJ／kg；又称为单单位热流量量之差或热热焓之差。。对于某些塑塑料，可从从图10-2中得到不同同温度下的的热焓量，，也可以由由下式近似似求得(10-19)式中c2——塑料的比热热容，kJ／(kg·℃℃)；u——结晶形塑料料的熔化潜潜热，KJ／kg；c2和u可查阅表10-3；θ1max、θ1min——分别为进入入型腔的熔熔体温度和和冷却结束束时塑件的的温度，℃。表10—4中也给出了了常用塑料料Ql的近似值。。2．通过自然然冷却所散散发的热量量Qc、QR、QL（1）由对流所散散发的热量量Qc(kJ／h)（10-20）式中AM——模具表面积积，m2；θ2M———模具平均温温度，℃；θ0——室温，℃；h1——传热系数，，kJ／(m2·h．℃)。当0℃<θ2M<300℃时，由实验验得(10-21)将式(10—21)代人式(10—20)中得到(10-22)注意：上式式中AM除了模具暴暴露在空气气中的四个个侧表面积积外，还包包括动模和和定模两个个分型面的的表面积，，由于只有有开模状态态下，动、、定模两个个分型面才才会散发热热量，故有有（10-23）式中AMl———模具的四个个侧表面积积，m2；AM2———模具两个分分型面表面面积，m2；h1——开模率，定定义为式中t——注射成型周周期，s；t1——注射时间，，s；可参见表表6—2；t2——制品冷却时时间，s；可参见表表10-6。（2）由辐射所散散发的热量量QR(kJ/h)(10-24)(10-25)式中ε——辐射率，磨磨光表面ε=0.04～0.05，一般加工工面ε=0.80~0.90，毛坯表面面ε=1.0。(3)向注射机工工作台所传传递的热量量QL(kJ/h))(10-26)式中AM3———模具与工作作台接触面面积，m2；h2——传热系数，，可以使用用如下经验验值普通钢h2=502kJ／(m2·h．℃)；合金钢h2=377kJ／(m2·h．℃)；合金h2=586kJ／(m2·h．℃)。某些模具(如热流道模模具等)在模具固定定板与工作作台板之间间使用隔热热垫时，传传热系数为为（10-27）式中h2s———采用隔热垫垫后的传热热系数，kJ／(m2·h·℃)；h2——不采用隔热热垫时的传传热系数，，kJ／(m2·h．℃)；δs——隔热垫厚度度，m；λs——隔热材料的的热导率，，石棉板约约为0．561kJ／(m.h．℃)；λM——模具材料的的热导率，，kJ／(m·h．℃)；参见表10-7；HM——模具总高度度的一半，，m。3．模板的热热传导阻力力型腔内塑件件的绝大部部分热量Q2是通过模板板由型腔壁壁传递给冷冷却水管壁壁的。在两两个平面间间流动的热热量可用傅傅里叶方程程予以描述述(10-29)式中中λ————模板板的的热热导导率率，，KJ/(m.h.℃℃)；δ————模具具型型腔腔壁壁与与冷冷却却水水管管壁壁之之间间的的距距离离，，m；φ————型腔腔与与冷冷却却水水管管壁壁之之间间的的传传热热面面积积，，m2；θ3M————型腔腔壁壁的的平平均均温温度度，，℃；θ4M————冷却却水水管管壁壁的的平平均均温温度度，，℃；Δθθ————两平平行行平平面面间间的的温温差差，，℃。Rv=值得得注注意意的的是是，，式式(10——29)仅适适用用于于具具有有相相同同进进口口及及出出口口截截面面的的两两平平行行平平面面的的传传热热情情况况，，在在注注射射模模中中型型腔腔壁壁并并不不一一定定与与冷冷却却水水管管壁壁的的面面积积相相等等。。为为此此，，以以型型腔腔壁壁(a××b)为热热表表面面，，冷冷却却水水管管壁壁(A××B)为冷冷表表面面，，图图10——3，建建立立热热阻阻数数学学模模型型如如下下从式式（（10-29）知知，，当当Q2一定定时时，，的值值越越大大，，温温差差越越大，，将定义义为为热热传传导导力力，，以以Rv(h.℃℃/KJ)表示示，，即即（10-30）(10-31)则型型腔腔壁壁与与冷冷却却水水管管壁壁之之间间的的热热阻阻为为(10-32)求解解式式（（10-32），，得得(A/B≠≠a/b)（10-33）或者者（A/B=a/b时））对于于型型芯芯内内部部的的冷冷却却水水管管，，图图10—4，用类似似方法可可得Rv为(10-35)式中c——型芯长度，，m；d1、d2——分别为型芯芯内、外外径，m；型芯内径在在这时即为为冷却水管管的直径。。注射模中，，围绕着型型腔往往有有多个冷却却水管，该该型腔与每每一个冷却却水管之间间热阻单独独计算，则则相应的总总热阻为（10-36）式中Rv——总热阻；Rvi———型腔与每个个水管之间间的热阻；；n——型腔所对应应的冷却管管道数。因此，此时时可将式(10-29)改写为(10-37)式中Q2——每小时冷却却水应带走走的热量，，KJ/h；Rv——总热阻，h·℃/KJ；θ3M———型腔壁的平平均温度，，℃θ4M———冷却水管壁壁的平均温温度，℃4．由冷却管管道带走的的热量Q2单位时间内内制件中由由冷却水管管带走的热热量Q2应为Q2=Q一(Qc+QR+QL)式中Q——型腔内需传传递的总热热量。模具工作过过程中，Q2应分别由凹凹模和型芯芯的冷却系系统带走，，因此分解解为Q2G和Q2K两部分，其其表达式分分别为(10-39)仿照式(10—18)有(10-40)式中QG和QK——凹模和型芯芯所要带走走的热量；；GG,和GK——凹模和型芯芯所要承担担的制件重重量，kg。GG,、GK的计算方法法：①以塑件壁厚厚的中性面面作为凹模模和型芯冷冷却的交界界面来计算算。②圆筒形塑件件，实验表表明约Q2被凹模带走走，Q2被型芯带走走。③采用如下分分配方案（10-41）。④根据塑件形形状，凹模模与型芯的的冷却管道道设置的情情况，结合合自己的经经验和冷却却原则的指指导，来分分配Q2G和Q2K，以符合实实际情况。。5．冷却过程程中塑件和和模壁的温温度设在冷却过过程中塑件件的温度为为θ1、模壁的温温度为θ3，它们之间间存在着温温度差，Q2才从模具中中通过冷却却系统散发发出去，Q1与(θ1—θθ3)的关系可由由下式确定定即（10-42）式中fz——塑件的表面面积(m2)；β——有效传热率率；，t1为注射时间间(s)；t2为冷却时间间(s)，t3为注射周期期；h2——塑件与模具具间的传热热系数，h2可取11549kJ／(m2·h．℃)；(θl—θθ3)M———塑件与型腔腔壁温差的的平均值注意：式(10-42)用的是(θ1—θθ3)M，不是(θ1—θθ3)。原因：注注射过程中中，θ1从θlmax→θ1min，而θ3从θ3min→θ3max→θθ3min，呈周期性性变化，须须采用平均均温度的概概念来表征征该冷却过过程的温度度水平。如果凹模和和型芯与塑塑件的接触触面积分别别为fG和fK，则有（10-43）由传热学可可知，当两两种介质进进行热变换换时，一处处温度升高高，另一处处温度降低低，它们的的温差平均均值应采用用对数平均均值，即也即（10-44）式中θ1max——塑料熔体注注入温度，，℃；θ1min——塑件脱模温温度，℃；θ3max——型腔壁温度度波动的上上限，℃；θ3min——型腔壁温度度波动的下下限，℃。从式(10-37)知，θ3M为型腔壁的的平均温度度，设型腔腔壁温度的的波动值为为θ3a，则有(10-45)(10-46)式(10-44)中，塑料熔熔体注入温温度θlmax由注射工艺艺确定，每每一种塑料料的型腔壁壁最佳平均均温度θ3M可以选定，，型腔壁中中实际温度度波动值θ3a(比如±10℃)也可以设定定，由式(10-45)和式(10-46)得到θ3min和θ3max(注意θ3min应大于冷却却水人口温温度)，(θl—θθ3)M可由式(10-42)或式(10-43)求得，于是是用式(10-44)求出制件脱脱模温度θlmin。因式(10-44)不便于计算算，图10-5给出了基于于式(10-44)的曲线图，，由横坐标标(θ1—θθ3)M上与纵坐标标(θ1max—θ3min)上两数值的的交点，就就可找到差差值(θlmin—θ3max)，从而也就就得到了θ1min。由上法获得得的制件脱脱模温度θ1min若过高(高于合理的的推出温度度)，可改变θ3a的值，重新新计算，以以减小θ1min。6.所需冷却水水量qv、管径d和流速v由冷却水管管带走的热热量Q2将使冷却水水温度上升升，由传热热公式有式中qv——所需冷却水水的体积流流量，m3/h；θ5out——冷却水出口口温度，℃；θ5in———冷却水人口口温度，℃；ρ——冷却水平均均温度θ5M时水的密度度，kg／m3；，，c1——冷却水平均均温度θ5M时水的比热热容，kJ／kg·℃；‘‘Q2——单位时间冷冷却水带走走的热量，，KJ/hθ5out、θ5in由经验设定定，精密模模具中，冷冷却水出入入口温差冷冷却水出人人口温差(θ5out-θ5in)应在2℃以内。根据qv值，可由表表10—1查找所需冷冷却水管直直径d和最低流速vmin。冷却水的平均均流速(m／s)为（10-48）实际上，管径径d=0.008~0.025m，此时流速v=0.5~5m/s。7．冷却水管壁壁与冷却水交交界面传热膜膜系数h3在雷诺数Re>6000时，冷却水处处于稳定湍流流状态，这时时冷却水管壁壁与冷却水交交界面传热膜膜系数h3[kJ／(m2·h．℃)]可用如下公式式计算(10-49)式中θ5M——冷却水的平均均温度，℃；v——冷却水的平均均流速，m／s；d——冷却水管直径径，m。d0.13与v0.87的值可从图10—6和图10—7中查到。对于于常用的d和v值，可认为d0.13≈≈0.55，v0.87≈≈v，故式(10—49)可简化为(10-50)当然，也可以以利用式(10-2)求h3，当平均水温温在20℃以上，雷诺数数Re=6000～10000时，式(10-49)与式(10-2)之间的误差在在±2％以内。8．所需冷却水水管的表面积积Ф冷却水是以对对流方式进行行热传递的，，故有将式(10-49)代人上式，并并求出Ф(m2)，则有(10-51)或采用简化公公式（10-52）式中Q2——单位时间内冷冷却水带走的的热量，kJ／h；θ4M——冷却水管壁的的平均温度，，℃；由式(10-37)所求；θ5M——冷却水平均温温度，℃。由式(10-51)或式(10-52)计算得到的冷冷却水管的表表面积Φ值，其大致标标准应接近于于或大于制件件与型腔相接接触的面积9．所需冷却水水管的总长度度L(m)由式Φ=πdL可得(10-53)式中，各符号号含义皆同式式(10-51)。10．冷却水流动动状态的校核核冷却水的流动动状态是处于于层流还是湍湍流，其冷却却效果会相差差10～20倍。因此，在在设计中，应应对凹模和型型芯的冷却水水流动状态进进行校核，其其校核公式为为(10-54)式中η——水的运动黏度度，m2／s；其数值可由由图10-8查出。11．冷却水压降降的计算为使冷却水处处于稳定的湍湍流状态，在在其他条件不不变时，提高高冷却水的流流速v最为有效。但但当流速v过大时，流动动阻力大增；；冷却回路过过长，也会增增大流动阻力力。设计时必必须对模具内内每组冷却回回路中保证稳稳定湍流所需需的压力降进进行计算，以以校核在实际际中能否提供供所必须的压压力降。计算算压力降Δp(Pa)的公式为(10-55)式中ρ——水在θsM时的密度，kg／m3；Le——冷却回路因孔孔径变化或改改变方向引起起局部阻力的的当量长度，，m；其值由表10-8确定。例如图10-9所示的注射模模，用以生产产HDPE筐篓，其结构构及尺寸在图图中已标注。。已知制件厚厚度为1．5mm，且四侧面均均有30％的网孔，试试设计该模具具的冷却系统统，求出所需需冷却水管直直径d、传热面积Φ、冷却回路长长度L，并校验该冷冷却回路是否否处于稳定湍湍流状态？解:(1)数据准备塑件大侧面积积为2×42．5×20=1700cm2，塑件职小侧侧面为2×27．5×20=1100cm2，底面积为40×25=1000cm2，由此得到塑塑件质量为加上流道凝料料的消耗，故故一次注射量量G取为0．50kg。由表10-4查得HDPE的单位热流量量Q1=755kJ/kg。设注射时间t1=5s，冷却时间t2=8s，开模取件时时间为7s，得注射周期期t=20s，由此得到每每小时注射次次数N=3600／20=180。将以上数据代代人式(10—18)得单位时间内内型腔总热量量为Q=180××755×0．50=67950kJ/h由图中尺寸可可知，模具四四侧面积AMl=1．68m2，分型面面积积AM2=0．90m2，开模率ηh为故散热表面积积为设模具平均温温度θ2M=60℃，室温θ0=20℃℃，根据式（10-22），对流散发发的热量Qc为根据式(10-25)，辐射所散发发的熟量QR为根据式式(10-26)，注射射机工工作台台所传传递的的热量量QL为根据式式(10-38)，应由由冷却却系统统从模模具中中带走走的热热量Q2为Q2应分别别由凹凹模和和型芯芯的冷冷却回回路带带走，，采用用式(10-41)的分配配方案案，有有(2)计算凹凹模冷冷却回回路的的有关关参数数1^制件与与型腔腔壁温温度差差的平平均值值根根据据式(10-43)，有设θlmax=230℃，θ3max=70℃℃，θ3min=50C，则θ3M=60℃℃，由(θ1--θ3)M=51℃℃，(θlmax--θθ3min)=180℃℃，查查图图10——5所示示曲曲线线，，得得θ1min--θθ3max=6℃℃，即即得得θ1min=76℃℃。2^凹模模所所需需冷冷却却水水管管直直径径设设θ5in=18℃℃，θ50ut=23℃℃，则则θ5M=20．5℃℃，据据式式(10——47)有由qv查表表10-1得水水管管直直径径d=25mm，冷冷却却水水最最低低流流速速v=0.53m/s。据据式式（（10-48），，同同样样可可算算得得3^热阻阻计计算算用用式式(10-33)分别别计计算算型型腔腔壁壁与与每每一一个个冷冷却却水水管管之之间间的的模模具具热热阻阻，，这这里里对对计计算算过过程程不不作作详详细细讨讨论论，，结结果果有有取钢钢材材的的热热导导率率入入=176kJ／(m··h··℃℃)，则则即Rv=0.00072h.℃℃/KJ4^冷却却水水管管壁壁的的平平均均温温度度据据式式(10-37)，有有5^凹模模冷冷却却水水管管回回路路的的总总传传热热面面积积据据式式(10-51)6^凹模模所所需需冷冷却却水水管管长长度度据据式式(10-53)，有有据图图10-9中冷冷却却水水管管的的设设计计，，凹凹模模中中水水管管实实际际总总长长约约5m，故故完完全全能能满满足足冷冷却却要要求求。。7^雷诺诺数数Re值的的校校核核当当θ5M=20．5℃℃时，，由由图图10-8查得得水水的的运运动动黏黏度度η=1.0××10——6m2／s，由计算已已知v=0.53m／s，d=0.025m，据式(10-54)有故水的流动动属于稳定定湍流，有有良好的冷冷却效果。。8^冷却回路压压降计算由由图10-9可知，凹模模的冷却回回路有12次90º的转弯，得得Le=12×30d=9.0m，再将其他他已知数据据代人式(10—55)得该压力远小小于一般自自来水压力力（建设部部规定：表表前压力为为0.14MPa），故该方方案可靠。。（3)计算型芯冷冷却回路的的有关参数数(略)第三节冷冷却系统统的设计原原则2、注意凹凹模和型芯芯的热平衡衡。有些塑塑件的形状状能使塑料料散发的热热量等量地地被凹模和和型芯所吸吸收。但是是极大多数数塑件的模模具都有一一定高度的的型芯以及及包围型芯芯的凹模，，对于这类类模具，凹凹模和型芯芯所吸收的的热量是不不同的。这这是因为塑塑件在固化化时因收缩缩包紧在型型芯上，塑塑件与凹模模之间会形形成空隙，，这时绝大大部分的热热量将依靠靠型芯的冷冷却回路传传递，加上上型芯布置置冷却回路路的空间小小，还有推推出系统的的干扰，使使型芯的传传热变得更更加困难。。因此，在在冷却系统统设计中，，要把主要要注意力放放在型芯的的冷却上。。1、冷却系系统设计应应先于推出出机构，这这样才能得得到较好的的冷效果。。3、简单模模具，可先先设定冷却却水出入口口的温度，，然后计算算冷却水的的流量、冷冷却管道直直径、保证证湍流的流流速及维持持这一流速速所需的压压力降便已已足够。复复杂而又精精密的模具具，则应做做详细计算算。4、生产批批量大的普普通模具和和精密模具具在冷却方方式上应有有差异，对对于大批量量生产的普普通塑件，，可采用快快冷以获得得较短的循循环注射周周期。快冷冷：使冷却却管道靠近近型腔布置置，采用较较低的模具具温度。精精密塑件需需要有精确确的尺寸公公差和良好好的力学性性能，须采采用缓冷，，即模具温温度较高，，冷却管道道的尺寸和和位置也应应适应缓冷冷的要求。。5、模具中冷冷却水温度升升高会使热传传递减小，精精密模具出入入口水温相差差应在2℃以内，普通模模具也不要超超过5℃。从压力损失失观点出发，，冷却回路的的长度应在1.2—1.5m以下，回路的的弯头数目不不希望超过5个。图10-10。6、凹模与型型芯的冷却情情况不同，一一般应采用两两条冷却回路路分别冷却凹凹模与型芯。。7、当模具仅设一一个入水接口口和一个出水水接口时，应应将冷却管道道进行串联连连接，若采用用并联连接，，由于各回路路的流动阻力力不同，很难难形成相同的的冷却条件。。当需要并联联连接时，则则需在每个回回路中设置水水量调节泵及及流量计。8、采用多而而细的冷却管管道，比采用用独根大冷却却管道好。因因为多而细的的冷却管道扩扩大了模温调调节的范围，，但管道不可可太细，以免免堵塞，一般般管道的直径径为8～25mm。9、收缩率大大的塑件模具具中，应沿其其收缩方向设设置冷却回路路。图10—11方形PE塑件，采用中中心直接浇口口，从浇口的的放射线及与与其垂直的方方向上均会引引起收缩。此此时应在和收收缩相对应的的中心部通冷冷却水，外侧侧通经漩涡状状冷却回路热热交换过的温温水。10、普通模模具的冷却水水应采用常温温下的水，通通过调节水流流量来调节模模具温度。小小型塑件，由由于其注射时时间和保压时时间都较短，，成型周期主主要由冷却时时间决定，为为了提高成型型效率，可以以采用经过冷冷却的水进行行冷却，目前前常用经冷冻冻机冷却过的的5～10℃水。用冷水进进行冷却时，，大气中的水水分会凝聚在在型腔表面易易引起塑件的的缺陷，对此此要加以注意意。对流动距距离长、成型型面积大的塑塑件，为了防防止填充不足足或者变形，，有时还得通通热水。总之之，模温最好好通过冷却系系统或者专门门的装置能任任意调节。11、合理地确定冷冷却管道的中中心距及冷却却管道与型腔腔壁的距离。。图10—12，(a)布置的冷却管管道间距合理理，保证了型型腔表面温度度均匀分布，，(b)开设的冷却管管道直径太小小、间距太大大，型腔表面面的温度变化化很大(53．33~61．65℃)。冷却管道与与型腔壁的距距离太大会使使冷却效率下下降，而距离离太小又会造造成冷却不均均匀。根据经验：一一般冷却管道道中心线与型型腔壁的距离离应为冷却管管道直径的1～2倍，冷却管道道的中心距约约为管道直径径的3—5倍。12、当制件壁厚均均匀时，应尽尽可能使所有有的冷却管道道孔到各处型型腔表面的距距离相等，图图10—13。当塑件壁厚厚不均匀时，，在厚壁处应应开设距离较较小的冷却管管道，图10—14。13、应加强浇口处处的冷却。熔熔体充模时，，浇口附近的的温度最高。。一般来说，，距浇口越远远，温度越低低。浇口附近近应加强冷却却，将冷却回回路的入口设设在浇口处，，冷却水首先先通过浇口附附近，图10—15。(a)侧浇口冷却回回路的布置，，(b)多个点浇口冷冷却回路的布布置。14、应避免将冷却却管道开设在在塑件熔合的的部位。当采采用多浇口进进料或者型腔腔形状复杂时时，多股熔体体在汇合处将将产生熔合纹纹。在熔合纹纹处的温度一一般较其他部部位的低，为为了不致使温温度进一步下下降，保证熔熔合质量，应应尽可能不在在熔合纹部位位开设冷却管管道。16、进口、出口水水管接头的位位置应尽可能能设在模具的的同一侧。为为了不影响操操作，通常将将进口、出口口水管接头设设在注射机背背面的模具一一侧。15、注意水管的密密封问题，以以免漏水。冷冷却管道应避避免穿过镶块块，否则在接接缝处漏水，，若必须通过过镶块时，应应加设套管密密封。第四节冷冷却回路的形形式一、凹模冷却却回路①图10—16最简单的直流流冷却回路，，采用软管将将直通的管道道连接起来。。这种单层的的冷却回路通通常用于较浅浅的型腔。②为了避免设置置外部接头，，冷却管道之之间可以采用用内部钻孔的的方法沟通，，非进出口均均用螺塞堵住住，并用堵头头或隔板使冷冷却水沿所规规定的回路流流动，图10—17。(a)用堵头来控制制冷却水流向向，(b)采用隔板来控控制冷却水流流向。(b)大面积的浅型型腔，若采用用单一的冷却却回路，则型型腔左右两侧侧会产生明显显的温差，因因冷却水从型型腔一侧流向向另一侧时温温度会逐渐增增加。改进方方法：采用两两条左右对称的冷却却回路，且两两条冷却回路路的入口均靠靠近浇口处，，保证型腔表表面的温度分分布均匀。③冷却回路应尽尽可能按照型型腔的形状布布置，对于侧侧壁较厚的型型腔，如圆筒筒形和矩形塑塑料制件凹模模型腔，通常常分层设置布布局相同的矩矩形冷却回路路，对型腔侧侧壁进行冷却却，图10-18。④凹模通常是以以镶块的形式式镶入模板中中的。对于矩矩形镶块，仍仍可像上述的的例子在模板板上或者在镶镶块上用钻孔孔的方法得到到矩形冷却回回路。对于圆圆形镶块，一一般不宜在镶镶块上钻出冷冷却孔道，此此时可在圆形形镶块的外圆圆上开设环形形冷却水沟槽槽，图10—19。(a)结构比(b)好，(a)中冷却水与三三个传热表面面相接触，而而(b)中冷却水只与与一个传热表表面接触。二、型芯冷却却回路很浅的型芯，，型芯的下部部开设单层冷冷却回路，图图10-20；中等高度的的型芯，可在在型芯上开出出一排矩形冷冷却沟槽构成成冷却回路，，图10-21；较高的型芯芯，用单层冷冷却回路已不不能使冷却水水迅速地冷却却型芯的表面面，应设法使使冷却水在型型芯内循环流流动。1．台阶式管道道冷却法图10—18，型芯内靠近近表面的部位位开设出冷却却管道，形成成台阶式冷却却回路。由于于需要在型芯芯的侧壁开设设平行于型芯芯上表面的管管道以沟