注塑模温度调节系统

注塑模温度调节系统第一页，共六十五页，编辑于2023年，星期日概述模温设计原则冷却效率问题冷却系统设计原则冷却系统设计计算内容型芯冷却回路设计凹模冷却回路设计负压冷却热管冷却第二页，共六十五页，编辑于2023年，星期日3.9.1概念什么是模具的冷却系统?定义：为使模具的成型零部件达到某一温度以及使型腔中的高温塑料快速而均匀地冷却而在模具中设置的一些加热或冷却介质的通道及其附属机构。第三页，共六十五页，编辑于2023年，星期日3.9.1概述目的缩短成型周期，提高生产效率。使制品均匀冷却，防止制品翘曲变形，提高产品的质量。冷却开合模填充保压第四页，共六十五页，编辑于2023年，星期日概述以水为介质的模温调节机，其温度可调节到90℃以内。以油作介质的模温调节机可达到更高的模温，也可在模具上插入加热棒或用加热套来获得高于100℃的模温。如果模温低于室温，可用冷冻水进行冷却，即用有致冷功能的模温调节机，但应注意模具型腔表面的温度不可调节到该大气环境的露点温度以下，否则型腔内壁会有冷凝水凝结，会直接影响制品的质量。第五页，共六十五页，编辑于2023年，星期日概述模温设计原则冷却效率问题冷却系统设计原则冷却系统设计计算内容型芯冷却回路设计凹模冷却回路设计负压冷却热管冷却第六页，共六十五页，编辑于2023年，星期日模温设定原则模温高低视塑料品种不同而定，它对制品结晶度、力学性能、表面质量、制品的内应力和翘曲变形有很大影响。特别是结晶型塑料。流动性差的塑料如聚碳酸酯（PC）、聚苯醚（PPO）、聚甲醛（POM）等要求高模温。较低的模温会影响其流动性，增大内应力，甚至会出现冷流痕、银丝、注不满等缺陷。流动距离长（相对壁厚）及薄壁制品要求模温较高。第七页，共六十五页，编辑于2023年，星期日结晶型塑料的模温设定模温是结晶聚合物最重要的工艺参数，它决定了结晶条件。对于玻璃化温度低于室温的高聚物来说，若在成型时未达到足够的结晶度则在使用或储存过程中将发生后结晶现象，制品的形状和尺寸都将发生改变，因此应尽可能地使其结晶达到平衡状态。如PE、PP、POM都属于此类高聚物。对于玻璃化温度远高于室温的聚合物来说模温决定了制品的结晶度，从而影响制品的性能。高模温由于结晶度大可得到刚性、硬度和耐磨性都很高的制品。而低模温可获得韧性较好的制品。第八页，共六十五页，编辑于2023年，星期日设计模温例子例如尼龙的玻璃化温度较高，约为45℃，在室温下应该较为稳定，不易产生后结晶现象，可是尼龙制品仍发现有结晶度的微小变化，这是由于尼龙易从大气中吸收水分而诱发进一步结晶。尼龙6和尼龙66常采用70～120℃的模温，这时其结晶速度很快而又不致产生粗大晶粒，可获得较高的结晶度。聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)可采用140～190℃的高模温来制取结晶度高不透明的高强度制品，如果采用接近室温的低模温则可制取结晶度低的透明制品。例如PET注拉吹瓶的管坯就要求它有极高的透明度，而采用30℃左右的低模温。第九页，共六十五页，编辑于2023年，星期日模温与内应力和变形模具型腔内壁温度的差异将直接导致脱模时塑件各处温度的不均。由于脱模后塑件将继续冷却，最终降至室温，显然高温部位的收缩较低温部分为大，由于收缩的不均匀性会引起制品的内应力和翘曲变形，因此脱模时要力求塑件各部位的温度一致，但这并不等同于给型腔内各处相同的冷却，比如浇口附近和厚壁部位应加强冷却。型芯内的热量不易散发，故应加强对型芯的冷却。一般型芯的空间较小，还布置有顶出杆、拉料杆等，因此常被忽略。模温过高而导致脱模时定型不好也是脱模后制品发生形变的原因。第十页，共六十五页，编辑于2023年，星期日模温与制品外观模温过低：某些塑料制品表面不光，如聚甲醛塑料成型时模温在80℃以下会产生橘皮纹；制品轮廓不清晰，并出现明显的熔接痕。目标收缩率小变形小、尺寸稳定冲击强度高耐应力开裂性好表面光洁操作低模温模温均匀，注射速度大，对结晶性塑料，则要模温高，防止后结晶对PO类塑料，要求低模温对结晶性，要求结晶度低，故用低模温高模温模温过高：制品粘模具，透明制品的透明度降低。第十一页，共六十五页，编辑于2023年，星期日概述模温设计原则冷却效率问题冷却系统设计原则冷却系统设计计算内容型芯冷却回路设计凹模冷却回路设计负压冷却热管冷却第十二页，共六十五页，编辑于2023年，星期日冷却效率冷却效率对生产效率的影响冷却开合模填充保压冷却效率基本上决定了生产效率。第十三页，共六十五页，编辑于2023年，星期日冷却效率冷却介质对冷却效率的影响冷却效率基本上由冷却介质的温度和类型决定。第十四页，共六十五页，编辑于2023年，星期日冷却效率提高冷却效率的措施有哪些？提高模板对冷却介质的传热系数降低冷却介质温度增加传热推动力增大冷却传热面积第十五页，共六十五页，编辑于2023年，星期日提高冷却效率的措施提高模板对冷却介质的传热系数

关键：提高冷却介质在模具冷却通道内的流速，或采取其它方式增加扰动使流体从层流状态转变成湍流状态。湍流下的传热系数比层流提高10～20倍，这是因为湍流时管壁和芯部的流体发生无规则的快速对流，使传热效果明显加强，可以用表示流动状态的雷诺准数Re来校验冷却介质在流动通道中的流动状态。当Re=4000时流体的流动可视为湍流，要达到稳定的湍流要求Re=6000～10000.第十六页，共六十五页，编辑于2023年，星期日提高冷却效率的措施降低冷却介质温度增加传热推动力对于聚苯乙烯一类的非结晶型塑料，在塑料熔体能顺利充满型腔的前提下，可适当降低冷却介质的温度，以缩短冷却时间，对于尺寸和性能要求不高的结晶型塑料制品如聚烯烃类薄壁杯等民用塑件，都可采用较低的模温，而不必考虑后结晶等问题。一般注塑模所用冷却介质是常温水，低温水可提高注塑成型冷却效率，但需要能致冷的模温调节机，同时温度不宜低到露点温度以下，以免型腔表面产生凝结水。第十七页，共六十五页，编辑于2023年，星期日提高冷却效率的措施增大冷却传热面积

模具型腔一边的传热面积是不可更改的，仅可增加冷却介质道一边的传热面积。在模具上开设尺寸尽可能大和数量尽可能多的冷却介质通道，但由于模具上众多的推杆和型芯布置以及型腔型芯的组合拼接，使介质通道开设位置受到限制。因此在考虑模具总体结构时就应先考虑冷却介质通道的布置方案，而不能等到设计的最后才考虑冷却介质通道开设的问题。第十八页，共六十五页，编辑于2023年，星期日概述模温设计原则冷却效率问题冷却系统设计原则冷却系统设计计算内容型芯冷却回路设计凹模冷却回路设计负压冷却热管冷却第十九页，共六十五页，编辑于2023年，星期日设计原则均匀布置冷却介质通道问题：如果冷却不均匀，制品应向高温一侧弯曲还是向低温一侧弯曲？为什么？第二十页，共六十五页，编辑于2023年，星期日设计原则冷却通道间距尽量小，直径尽量大。理想情况下管壁间距不得超过5d。水管壁离型腔表面不得太近亦不能太远，一般不超过管径的3倍，以12～15mm为宜。第二十一页，共六十五页，编辑于2023年，星期日设计原则哪一些设计合理？合理合理水孔与相邻型腔表面距离尽量要相等。不合理第二十二页，共六十五页，编辑于2023年，星期日设计原则采用并流形式，加强浇口处的冷却；冷却介质的流向大致与熔体的充模方向一致。中心浇口双型腔侧浇口第二十三页，共六十五页，编辑于2023年，星期日设计原则中心浇口长型芯第二十四页，共六十五页，编辑于2023年，星期日设计原则哪一种设计的温差更大？降低入水与出水温度差，一般普通模具出入水温差应在5℃范围之内，精密模具在2℃左右。大小第二十五页，共六十五页，编辑于2023年，星期日概述模温设计原则冷却效率问题冷却系统设计原则冷却系统设计计算内容型芯冷却回路设计凹模冷却回路设计负压冷却热管冷却第二十六页，共六十五页，编辑于2023年，星期日设计计算制品所需冷却时间的计算注入模具内的塑料熔体所带入的热量通过模具模板进入冷却介质，少量散发到大气中，它们之间的热交换速度是决定制品冷却时间的决定因素。虽然塑料在充模阶段就开始冷却，但是塑件带入的热量主要是在保压阶段和保压之后的冷却时间内除去的，当制品冷却到热变形温度以下，即可开模取出制品。第二十七页，共六十五页，编辑于2023年，星期日设计计算由于大多数的塑件为薄壁制品，有二维特性，而热量只沿一维方向即塑件的厚度方向传递，因此当塑件的长度与壁厚之比L／S>10的场合，该塑件的冷却可以按一维传热模型计算，如图所示。假定在充模完成的瞬间型腔内各点塑料熔体的温度为注塑料温，而制品内外表面的温度立即降到了模壁温度，并维持恒定不变，热量不断地从内部向表面传递，在一维导热情况下傅立叶微分方程可简化为：第二十八页，共六十五页，编辑于2023年，星期日设计计算式中:第二十九页，共六十五页，编辑于2023年，星期日设计计算

制件的冷却时间加上开模取制件等辅助时间就是该塑件的成型周期，冷却时间通常占成型周期的75％左右，由此可估算出单位时间成型制件数和单位时间放出的总热量。每秒钟注塑次数大约为:N=0．75/t。若每次注塑塑料制件加上浇道的质量为m，则单位时间注入塑料量为

M’=N·m

式中m——每次注塑塑料质量，kg／次、第三十页，共六十五页，编辑于2023年，星期日设计计算冷却介质一边所需传热面积的设计计算冷却介质用量的计算注塑成型时高温塑料熔体带入模具的热量可计算如下，塑料制品每秒钟释放的热量为：Q1=N·m·q

式中：q–单位质量塑料熔体所放出的热量第三十一页，共六十五页，编辑于2023年，星期日设计计算

在一般情况下塑料熔体带入热量的90％～95％都是通过模具冷却通道由冷却介质(一般为冷却水)带走的，因此在设计冷却水通道时可粗略地按照熔体带入的热量全部由冷却水带走进行计算，即Q2≈Q1，这在工程计算中是合理的，所设计的冷却系统比较安全。第三十二页，共六十五页，编辑于2023年，星期日设计计算由于模具设计时动模和定模的冷却水道是分别设置并分别设计的，对于壳形制件来说模具的一边为型腔，另一边为型芯，因此应将Q2分解为凹模带走的热量Qo和凸模(型芯)带走热量Qi，对于平板状制品常以制品壁厚的中性面来计算动模边和定模边所需带走的热量，对于圆筒形制品根据实验可以按凹模带走总热量40％，而型芯带走其余60％进行设计，即：Qo=0.4Q2Q1=0.6Q2。第三十三页，共六十五页，编辑于2023年，星期日设计计算其它形状的制品可根据制品形状再结合经验来分配Q。和Qi，使尽量符合实际情况。根据热平衡，模具凹模和凸模两边每秒钟冷却介质的体积流量可按下式计算：第三十四页，共六十五页，编辑于2023年，星期日设计计算模板的热传导阻力与型腔内壁温度θ3m的确定注塑成型是一个间歇过程，型腔内模壁各点温度随时间而变化，是一个不稳定的热过程。为了简化运算，将温度一律取平均值，将它作为一个稳定传热过程进行计算，从制品经模板到冷却介质，其温度变化如图所示。第三十五页，共六十五页，编辑于2023年，星期日设计计算绝大多数塑料模具所采用的冷却介质都是冷却水，下面的计算都是针对冷却介质是水的情况。塑料熔体带入型腔的热量大部分通过模板由型腔壁传向冷却水管壁再由冷却水带走。在两平行平面间的传热可用傅立叶方程式予以描述，这里用它来近似计算由型腔壁向冷却水管壁的传热。第三十六页，共六十五页，编辑于2023年，星期日设计计算因为型腔壁面积与冷却水通道的面积不相等，故用对数平均传热面积：第三十七页，共六十五页，编辑于2023年，星期日设计计算

型腔壁面平均温度Q3m对制品质量有很大影响，它影响制品内应力大小，结晶聚合物结晶度高低，生产效率高低等，因此设定正确的Q3m是模具设计者和工艺控制者追求的目标。从顺利推出(脱模)的角度出发，模壁温度应低于该塑料的热变形温度10～

20oC，如无妨碍可取得更低一些，但应远高于冷却水温度，才能维持正常的热流。第三十八页，共六十五页，编辑于2023年，星期日设计计算上述各影响因素中有许多又是互相矛盾的，例如要提高生产效率就要设定较低的壁温，但过低的壁温会使产品内应力加大，使结晶不完全，造成制品在使用和储存的过程中产生后结晶，产品尺寸和性能因此发生变化，甚至由于低模温造成充模不满，制品报废。因此只能在众多因素中综合考虑，给出一合理值。第三十九页，共六十五页，编辑于2023年，星期日设计计算冷却水孔壁与冷却水界面的传热膜系数计算当雷诺准数Re≥10000时，冷却水处于稳定的湍流状态，这时水与管壁间的传热膜系数可按下式进行计算，该式由包含有传热膜系数的努塞尔特准数(Nu)，反应流体流动状态的雷诺准数(Re)和反应流体物理特性的普兰特准数(Pr)组成。第四十页，共六十五页，编辑于2023年，星期日设计计算第四十一页，共六十五页，编辑于2023年，星期日设计计算冷却介质边传热面和A4的确定当已知传热膜系数、传热量和管壁与冷却水间温差后即可求出冷却水通道一边的传热面积。刚计算时由于A4未知，需采用试差法，先假定一A4，算出Acp，再计算出θ4m，再进行验算。将算出的A4与前面假定的A4进行比较，若不相等则应重新假定A4，并再决定Acp，经过反复计算，直到A4算出值与假定值基本吻合为止。第四十二页，共六十五页，编辑于2023年，星期日设计计算冷却水管总长度计算及流动状态、流动阻力的校核冷却水孔总长度计算，按A4=·d·L可得：

式中d——水孔直径由于冷却水在冷却通道内应呈湍流，因此在设计中应对凹模和型芯的冷却水流动状态进行校核计算，使雷诺准数Re≥10000。设计时在已知冷却水体积流量后通过正确选择和变换冷却水管的直径，或改变冷却水管间联接方式(串联、并联等)即可改变管内的流动阻力和流速，使雷诺准数在稳定的湍流范围内。雷诺准数Re可按前面的公式进行计算。第四十三页，共六十五页，编辑于2023年，星期日设计计算当每组冷却水从入口到出口串联长度过长时，在有限的压强下是不能达到湍流速度的，因此设计时还必须对模具内每组冷却回路的流动阻力进行校核，保证稳定的湍流状态，为达到要求流速u，冷却水所必需的压力为：第四十四页，共六十五页，编辑于2023年，星期日概述模温设计原则冷却效率问题冷却系统设计原则冷却系统设计计算内容型芯冷却回路设计凹模冷却回路设计负压冷却热管冷却第四十五页，共六十五页，编辑于2023年，星期日型芯冷却结构设计型芯高度较小，开设单层冷却回路第四十六页，共六十五页，编辑于2023年，星期日型芯冷却结构设计型芯高度稍高，可开设一定深度沟槽作为冷却回路。第四十七页，共六十五页，编辑于2023年，星期日型芯冷却结构设计中等高度型芯，可用斜交叉管道冷却回路，但不易获得均匀的冷却效果。宽度较大的型芯，可钻多个孔，并在里面插入隔板。第四十八页，共六十五页，编辑于2023年，星期日型芯冷却结构设计高而细的型芯采用的喷流式冷却，在型芯中安置一喷水管，冷却介质从型芯下部进入流向型芯顶部，当制件的浇口开设在顶部中心时此处为温度最高区域，然后分流从四周流回、形成平行流动冷却。第四十九页，共六十五页，编辑于2023年，星期日型芯冷却结构设计高而粗的型芯可在型芯内开大圆孔，嵌入开有沟槽的衬套，冷却介质首先从衬套中间水道喷出冷却温度较高的型芯顶部，然后沿侧壁的环形沟槽流动，冷却型芯四周。沟槽既可开成圆环形然后两者间隔开通，也可形成螺旋形，这种方式对型芯四周冷却比较均匀。第五十页，共六十五页，编辑于2023年，星期日型芯冷却结构设计将大型芯内部挖空进行冷却的，为了避免冷却水短路安装一隔板使冷却水沿一定方向流动。当型芯中有菌形阀或推杆时，冷却水道可避开中心阀杆(或推杆)。第五十一页，共六十五页，编辑于2023年，星期日型芯冷却结构设计当型芯过于细长无法开设进出水通道时，则应采用导热性极佳的铜合金。第五十二页，共六十五页，编辑于2023年，星期日型芯冷却结构设计在钢型芯内嵌入紫铜或铍铜棒，而将铜棒另一端伸入到冷却水孔中冷却。第五十三页，共六十五页，编辑于2023年，星期日概述模温设计原则冷却效率问题冷却系统设计原则冷却系统设计计算内容型芯冷却回路设计凹模冷却回路设计负压冷却热管冷却第五十四页，共六十五页，编辑于2023年，星期日凹模冷却结构设计深度较浅的凹模可在模板内钻单层的冷却水孔，孔与孔间用软管连接或在模板内采用内部钻孔的办法互相沟通，使构成回路。第五十五页，共六十五页，编辑于2023年，星期日凹模冷却结构设计能使模板左右均匀冷却，可用于冷却一模两件扁平制品的凹模。第五十六页，共六十五页，编辑于2023年，星期日