注射模温度调节系统,内容简介,模具温度及塑料成形温度 模具温度调节的重要性 模具温度与成形温度的关系 冷却回路的尺寸计算 冷却时间的计算 冷却管道的简易计算 冷却管道的详细计算 常见冷却回路的形式 冷却回路的布置 常见的冷却回路形式 冷却系统的设计原则 模具的加热系统,温度调节对制品质量的影响,变形，不均衡的冷却导致的热残余应力是制品产生翘曲的主要原因 尺寸精度，利用温度调节系统保持模具温度的恒定，能减少制品成形收缩率的波动，提高制品尺寸精度的稳定性 力学性能，减小制品中的内应力，能减小其应力开裂倾向 表面质量，提高模温能改善制品表面质量，过低的模温会使制品轮廓不清晰并产生明显的熔合纹,温度调节对生产效率的影响,模具的冷却时间约占整个注射循环周期的2/3，因此缩短冷却时间是提高生产效率的关键 根据牛顿冷却定律，冷却系统从模具中带走的热量为,缩短冷却时间的途径,提高传热膜系数h，增加冷却介质的流速v 提高模具与冷却介质之间的温度差 ，降低冷却介质的温度，有利于缩短模具的冷却时间 增大冷却介质的传热面积A，在模具上开设尺寸尽可能大和数量尽可能多的冷却管道,冷却系统的设计原则,冷却系统与推出机构的协调 冷却系统应先于推出机构，以便能得到较优的冷却效果 凸凹模热平衡 型芯散热困难，是冷却设计的重点 凸凹模采用各自的回路分别冷却 快冷与缓冷的关系 大批量生产的普通塑料制品，采用快冷以获得较短的注射周期 精密制品须采用缓冷 冷却回路入口和出口的温差尽量小 精密模具中出入口水温相差应在2以内，普通模具也不要超过5 回路的长度应在1.21.5m以下，回路的弯头数目不希望超过15个,冷却系统的设计原则,串联优于并联 各回路的流动阻力不同，采用并联连接很难形成相同的冷却条件 多而细优于少而粗 多而细的冷却管道扩大了模温调节的范围,冷却系统的设计原则,合理确定冷却管道的中心距以及冷却管道与型腔壁的距离 尽可能使所有冷却管道孔分别到各处型腔表面的距离相等,冷却系统的设计原则,加强浇口处的冷却，将冷却回路的入口设在浇口处 避免将冷却管道开设在制品熔合纹的部位 注意水管的密封问题，以免漏水，冷却管道应避免穿过镶块，否则应加设密封圈 进、出口水管接头的位置应尽可能设在模具的同一侧，通常应将进、出口水管接头设在注射机背面的模具一侧,冷却系统的设计原则,冷却系统出口、入口温差尽量小，通过改变冷却水路的排布方式可以消除这个问题,冷却系统的设计原则,冷却回路应沿着塑料收缩的方向设置，以减小冷却收缩 以冷却效果来选取模具材料，常用模具钢的导热系数均比较低，含碳量和含铬量越高的模具钢导热性愈差，不锈钢相比之下可视为绝热材料。铍铜合金的导热性和热稳定性较好，且可获得较高硬度,冷却回路的形式,普通水管 特殊结构：隔板、喷流管、螺旋管 铜棒、热管 气体冷却、负压冷却,隔板 喷流管 螺旋管,凹模冷却回路,直流冷却回路，它采用软管将直通的管道连接起来。结构简单，加工方便，但模具的冷却不均匀，这种单层的冷却回路通常用于成形面积较大且较浅的型腔,凹模冷却回路,冷却回路应尽可能按照型腔的形状布置，对于侧壁较厚的型腔，如圆筒形和矩形塑料制品的凹模塑腔，通常分层设置布局相同的矩形冷却回路，对型腔侧壁进行冷却,凹模镶块上的冷却回路,一般不宜在镶块上钻出冷却孔道，对于圆形镶块，此时可在圆形镶块的外圆上开设环形冷却水沟槽,型芯冷却回路,对于很浅的型芯，可将上述的单层冷却回路开设在型芯的下部,型芯冷却回路,对于中等高度的型芯，可在型芯上开出一排矩形冷却水槽构成冷却回路 对于较高的型芯，用单层冷却回路已不能使冷却水迅速地冷却型芯的表面，因此应设法使冷却水在型芯内循环流动,型芯冷却回路,台阶式管道冷却法 在型芯内靠近表面的部位开设出冷却管道，形成台阶式冷却回路 将影响型芯的表面粗糙度，这是台阶式冷却管道的缺点,型芯冷却回路,斜交叉管道冷却法 采用斜向交叉的冷却管道在型芯内形成冷却回路。对于宽度较大的型芯还可以采用几组斜交叉冷却管道并将它们串联在一起,型芯冷却回路,直孔隔板式管道冷却法 采用多个与型芯底面相垂直的管道与底部的横向管道形成冷却回路，同时为了使冷却水沿着冷却回路流动，在每一个直管道中均设置了隔板,型芯冷却回路,喷流式冷却法 在型芯中间装有一个喷水管，冷却水从喷水管中喷出，分流后向四周流动以冷却型芯壁。这种冷却方式适合于高度大而直径小的型芯冷却,型芯冷却回路,衬套式冷却法 冷却水从型芯衬套的中间水道喷出，首先就冷却温度比较高的型芯顶部，然后沿着侧壁的环形沟槽流动，冷却型芯的四周，最后沿型芯的底部流出 这种冷却方式冷却效果好，但模具结构比较复杂，故只适合于直径较大的圆筒形型芯的冷却,型芯冷却回路,铜棒冷却方式 细小型芯不可能在型芯内直接设置冷却水路,只能间接冷却 在型芯中心压入热传导性能好的软铜或铍铜芯棒 采用气体冷却,型芯冷却回路,热管冷却方式 其导热效率约为同样大小铜棒的1000倍，有“热的超导体”之称，热管最早用于美国的航天工业，80年代开始在塑料注射模中应用 将热管技术用于塑料注射模的冷却，至少可以缩短注射成形周期30%以上，并能使模温恒定,负压水路,普通冷却系统是将压力水送入模具冷却系统，当模具的水道通过镶拼结构时易发生漏水的问题，因此常不得不将冷却通道开在型芯固定板上，采用间接冷却方式，使冷却效率大为降低 美国Logic Devices公司研制了一种负压冷却水系统，通过特殊的容积泵来抽吸模具冷却水路中的冷却水，使冷却系统中形成负压，即使冷却水孔直接通过镶拼模块的镶拼缝时，而不采用特殊的密封装置，也不会发生漏水的问题,逻辑密封装置,图 (a)为在开模状态时动定模都同时进行吸水，图 (b)为在闭模的同时，电磁阀立即改变通路，在型芯和凹模之间形成冷却回路，图(c)为在开模前的一瞬间电磁阀交换到图(a)的状态，回路中容积泵开始吸水 无论是闭模还是开模状态，冷却回路都不会出现向外漏水的现象，注射时还可把型腔中的残余气体吸到水路中去,(a) (b) (c),模具温度与成形温度的关系,对于黏度低，流动性好的塑料，要求模温不能太高，常用常温水或者冷水进行冷却 对于黏度高，流动性差的塑料，要求模温较高，需要设置加热系统 模具温度必须进行控制 采用冷却水时，大气中的水分易凝结在模具型腔表面，影响塑件表面质量 采用加热措施，则模内一些间隙配合的零件可能因为热膨胀而导致间隙减小，造成卡死或无法工作,周期平均稳态传热分析,在注塑循环过程中，模具的温度围绕着某一平均值上、下波动，只要加工条件不变，该平均值就不再发生改变,冷却时间的计算,开模的标准：制品已经充分固化，并具有一定的强度和刚度，在开模推出时不致变形开裂 三种衡量制品已充分固化的准则 对于无定形塑料的厚壁制品，其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 对于无定形塑料的薄壁制品，制品截面内的平均温度已达到所规定的制品的出模温度 对于结晶型塑料，最大壁厚的中心层温度达到固熔点，或者结晶度达到某一百分比,制品一维导热微分方程,制品在型腔内的冷却简化为一维瞬态导热问题 由于塑料的热传导系数远远低于金属模具的热传导系数，可假定制品在型腔内冷却时，温度只沿着垂直于型腔壁的方向传递,冷却时间计算公式,制品最大壁厚中心部分温度达到热变形温度时所需的冷却时间为（准则一） 制品截面内平均温度达到规定的制品出模温度时所需的冷却时间为（准则二）,冷却时间计算公式,结晶形塑料制品的最大壁厚中心层温度达到固熔点时所需的冷却时间 聚乙烯（PE) 聚丙烯（PP）,棒类,板类,棒类,板类,适用范围是 ， ,适用范围是 ， ,冷却时间计算公式,结晶形塑料制品的最大壁厚中心层温度达到固熔点时所需的冷却时间 聚甲醛（POM）,棒类,板类,适用范围是 ， ,冷却管道的简易计算,忽略模具因空气对流、热辐射以及与注射机接触所散发的热量,为冷却介质的体积流量；W为单位时间（每分钟）内注入模具的塑料重量（ ）； 为单位重量的塑料制品在凝固时所放出的热量（ ）； 为冷却介质的密度； 为 冷却介质的比热容（ ）； 为冷却介质出口温度（）； 为冷却介质进口温度（）,可表示为,为塑料的比热容（ ）； 与 分别为塑料熔体的温度和推出前制品的温度； u为结晶形塑料的熔化潜热（ ）,冷却管道的简易计算,计算结果：传热面积及管道数目 冷却管道总传热面积 模具应开设的冷却管道的孔数为： 计算实例 某注射模成形聚丙烯制品，产量为50kg/h，用20的水作为冷却介质，其出口温度为27，水呈湍流状态，若模具平均温度为 40，模具宽度为 300mm，求冷却管道直径及所需冷却管道孔数,h为冷却管道孔壁与冷却介质之间的传热系数（ ）； 为模 温与冷却介质温度之间的平均温差（）,L为冷却管道开设方向上模具长度或宽度（m）,简易计算：第1步,求塑料制品在固化时每小时释放的热量Q 查表得聚丙烯的单位热流量 所以,简易计算：第2步,求冷却水的体积流量 计算冷却管道的直径d，为了使冷却水处于稳定的湍流状态，查表取 d = 25mm,简易计算：第3步,求冷却水在管道内的的流速,简易计算：第4步,求冷却管道孔壁与冷却介质之间的传热膜系数h,简易计算：第5步,求冷却管道总传热面积A,简易计算：第6步,模具上应开设的冷却管道的孔数n,冷却管道的详细计算步骤,单位时间里型腔内的总热量 Q 通过自然冷却所散发的热量 QC、QR、QL 模板的热传导阻力 由冷却管道带走的热量 Q2 冷却过程中制品和模壁的温度 所需冷却水流量 qV、管径 d 和流速 v 冷却水管壁与冷却水交界面的传热膜系数 h 所需冷却水管的表面积 所需冷却水管的总长度 L 冷却水流动状态的校核 冷却水压降的计算,单位时间里型腔内的总热量Q,总热量Q（kJ/h）为 对于某些塑料，可从图9-23中得到不同温度下的热焓量，也可以由下式近似求得,W为单位时间内注入型腔中的塑料重量（kg/h）；N为每小时注射次数； G为每次塑料的注射量（kg）；Q1为单位重量的塑料制品从熔体进入型 腔开始到冷却结束时所放出的热量（kJ/kg），Q1又称为单位热流量之 差或热焓之差,c2为塑料的比热容；u为结晶形塑料的熔化潜热（kJ/kg）， 和 分别为进入型腔的熔体温度以及冷却结束时制品的温度（）,通过自然冷却所散发的热量QC、QR、QL,由对流所散发的热量QC（kJ/h）,为模具表面积（m2）； 为模具平均温度（）； 为室温（）； h1为传热系数（ ）,当 时，由实验得,通过自然冷却所散发的热量QC、QR、QL,由辐射所散发的热量QR（kJ/h） 向注射机工作台所传递的热量QL（kJ/h）,为模具四侧面面积（m2）； 为辐射率，磨光表面 =0.040.05， 一般加工面 =0.800.90，毛坯表面 =1.0,为模具与工作台接触面积（m2）；h2 为传热系数,模板的热传导阻力,在两个平行平面间流动的热量（kJ/h），可用副傅里叶方程予以描述：,为模板的热传导率( )、为型腔壁与冷却水管壁之间的距离（m）； 为型腔与冷却水管壁之间的传热面积（m2）； 为型腔壁的平均温度（）； 为冷却水管壁的平均温度（）、 为两平行平面间的温差（）,热传导阻力,上式仅适应于具有相同进口及出口截面的两平行平面的传热情况,模板的热传导阻力,如图所示， 以型腔壁为热表面， 冷却水管壁为冷表面，建立热阻数学模型如下,