,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,1,3.8,注射模具温度调节系统,一、概述,注射模具的温度,是指模具型腔的表面温度，对于大型塑件是指模具型腔表面多点温度的平均值。,在注射成型过程中，模具温度直接影响到塑件的尺寸精度、表观及内在质量，并且对生产效率起到决定性的作用，因此必须采用温度调节系统对模具的温度进行控制。,塑料品种和成型工艺不同则对于模具的温度要求也不同。,模具温度调节系统,包括,冷却,和,加热,两个方面。对于大多数流动性好、要求较低模温,(,一般低于,80),的塑料，只需设置模具的冷却系统即可，因为通过调节水的流量就可达到调节模具温度的目的。为了缩短成型周期，还可以把常温的水降低温度后再通入模内。因为成型周期主要取决于冷却时间，用低温水冷却模具，可以提高成型效率。不过需要注意的是，用低温水冷却，大气中的水分可能在型腔表面凝聚，即会影响制品质量。,但对于流动性差、要求模温较高的塑料,(,如：聚碳酸脂、聚砜、聚苯醚等,),以及大型注射模具和热流道模具，需设置加热系统。若模具温度过低则会影响塑料的流动，增大流动剪切力，使塑件内应力较大，甚至还会出现冷流痕、银丝、注不满等缺陷。尤其是当冷模刚刚开始注射时，这种情况更为明显。但模具温度也不能过高，否则延长冷却时间，且制品脱模后易发生变形。,2,3.8,注射模具温度调节系统,(,一,),温度调节与生产效率的关系,根据塑料的特性和模具的构造，确定模温有两个可供选择的区间，一是使模具保持最低的温度，一是使模具的温度保持在比塑料热变形温度稍低的温度，对难于充满型腔的塑料和模具结构复杂的情况，一般采用后者。,现假设由塑料传给模具的热量为,Q,千卡,/,小时,即冷却时间,t,和,Q/,T,成比例，为了缩短冷却时间，可减小塑料传给模具的热量,Q,，或增大塑料和模具的温差,T,。还可以在型腔温度低处通温水，温度高处通冷水，调节塑料为均一的温度，使得,Q/,T,的值减小。,在塑件成型周期中，冷却时间一般可占成型周期的,3/4,。因此缩短成型周期中的冷却时间是提高生产率的关键。,式中：,A,传热面积,H,塑料对型腔的传热系数,T,型腔和塑料的平均温差,t,冷却时间,若型腔形状和塑料品种确定了，,A,和,H,为常数，则：,3,3.8,注射模具温度调节系统,影响冷却时间因素还包括冷却管道与型腔的距离、塑料种类和塑件厚度、开模温度、模具热传导率、冷却介质初始温度及流动状态等。,根据实验，塑料带给模具的热量约,5%,由辐射、对流传到大气中，其余,95%,由冷却介质带走，其中主要影响因素是冷却介质的流量，其次是冷却水管距型腔的距离。缩短冷却时间，可通过,增大冷却介质流速,、,增大传热面积,和,调节塑料与模具的温差,来实现。此外，冷却管道距型腔表面越近，则冷却效果越好。,特别要注意的是成型开始前,模具的预热问题,，现举例计算如下。,为了把重,1,吨的模具从室温,20,提高到,50,，假设型腔的比热为,0.1kcal/kg,，,假若这,3000,千卡的热量不是预热供给，而是由注射到型腔的塑料传给，并假设比热为,0.4,的塑料每小时成型塑件总重量,20kg,，塑料的温度从,200,冷却到,70,，放出的热量为,(,假设忽略熔解潜热,),如上所述，模具预热需要的热量，相当于成型时,3,小时所放出的热量，因此在间断操作，更换模具等情况下，模具的预热必须予以考虑。,4,3.8,注射模具温度调节系统,(,二,),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。但结晶度低又不利于制件尺寸的稳定性，引起力学性能变化，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。,5,3.8,注射模具温度调节系统,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。,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。,上述几点要求有互相矛盾的地方，在选用时应根据使用情况偏重于满足塑件的主要要求。因此，必须合理控制模具温度，才能确保塑件的质量。,6,3.8,注射模具温度调节系统,(,三,),对温度调节系统的要求,模温不均：,型芯型腔温差过大，塑件收缩不均、内应力增大、塑件变形、尺寸不稳定,模温过高：,易造成溢料粘模，塑件脱模困难，变形大；热固性塑料则过熟,模温过低：,塑料流动性差，塑件轮廓不清晰，表面无光泽,在设计温度调节系统时希望能满足下面要求：,(1),根据塑料的品种，确定温度调节系统是采用加热方式还是冷却方式。,(2),希望模温均一，塑件各部同时冷却，以提高生产率和提高塑件质量。,(3),采用低的模温，快速、大流量通水冷却一般效果比较好。,(4),温度调节系统要尽量做到结构简单、加工容易、成本低廉。,常见热塑性塑料建议模温,7,3.8,注射模具温度调节系统,二、模具冷却系统的设计计算,1.,冷却时间的确定,冷却系统,是指模具中开设的水道系统，它与外界水源连通，根据需要组成一个或者多个回路的水道。,注射模具中冷却系统的作用是：,带走高温塑料熔体所放出的热量；,将模具温度控制在设定的范围内。,塑件在模具内的冷却时间，是指,塑料熔体从充满型腔时起到可以开模取出塑件时,为止这一段时间。,1,）利用简化公式进行计算,S,塑件壁厚,T,c,塑料注塑温度,T,m,模具型腔温度,T,塑件脱模时平均温度,塑料热扩散系数,塑料导热系数,塑料密度,C,p,塑料比热容,8,3.8,注射模具温度调节系统,2,）根据塑件厚度大致确定所需的冷却时间，见表,9,3.8,注射模具温度调节系统,目的：,为了设计冷却回路，求得恰当的冷却管道直径与长度，满足冷却要求。,模具上热传导的三种基本方式：热辐射、对流传热、热传导,(,向模板的传热、和喷嘴接触的传热等,),。,假设塑料熔体在模内释放的热量，经模具传导全部由冷却水带走，并忽略熔解潜热，则模具冷却时所需冷却水的体积流量,q,v,(m,3,/min),由下式计算：,2.,传热面积的计算,W,单位时间内注入模具中的塑料熔体质量，,kg/min,q,单位质量塑料熔体在成型过程中放出的热量，,kJ/kg,C,水,冷却水的比热容,T,1,冷却水的出口温度,T,2,冷却水的进口温度,塑料品种,q,塑料品种,q,ABS,3.110,2,4.010,2,低密度聚乙烯,5.910,2,6.910,2,聚甲醛,4.210,2,高密度聚乙烯,6.910,2,8.110,2,聚丙烯酸酯,2.910,2,聚丙烯,5.910,2,醋酸纤维素,3.910,2,聚碳酸酯,2.710,2,聚酰胺,6.510,2,7.510,2,聚氯乙烯,1.610,2,3.610,2,10,3.8,注射模具温度调节系统,当液体在圆形断面直管中流动时，为了使冷却水处于湍流状态，根据流速,v,与管道直径,d,和流量的关系,(,见下表,),，确定,冷却管道的直径,d,。,冷却管道总传热面积,A,的计算：,T,模具与冷却水之间的平均温差,h,冷却管道孔壁与冷却水之间的传热系数，对于长径比,L/d,50,的细长冷却管道,f,与冷却水温度有关的物理系数,11,3.8,注射模具温度调节系统,不同水温下的,f,值,3.,冷却水在圆管中的平均流速,4.,冷却水孔总长度,5.,冷却水孔数计算,l,因受模具尺寸限制，每一根水管的长度,A,冷却管道总传热面积,12,3.8,注射模具温度调节系统,6.,冷却水流动状态校核,7.,冷却水进口处与出口处温差校核,Re,雷诺数,冷却水的运动粘度,冷却水出入口温差小，有利于模具型腔表面温度分布，一般应控制在,5,以内，精密模具应控制在,2,左右。,应使冷却水道中的水呈湍流状态流动,13,3.8,注射模具温度调节系统,液体层流,液体湍流,14,3.8,注射模具温度调节系统,三、模具冷却系统设计原则,1.,模具结构允许，冷却水孔数量尽量多，尺寸尽量大,设计冷却系统需要考虑模具的具体结构、塑件的尺寸和壁厚、镶块的位置、熔接痕的产生位置等。,不均匀的冷却会使制品表面光泽不一，出模后产生热变形。由于模具上各种孔,(,顶杆孔、型芯孔、镶块接缝等,),的限制，只能在满足结构设计的情况下开设冷却水通道。,15,3.8,注射模具温度调节系统,2.,冷却水孔至型腔表面距离相等,当塑件壁厚均匀时，冷却水孔与型腔表面各处最好有相同的距离，如图,3-8-3a,所示，冷却通道的排列与型腔的形状相吻合；当塑件厚度不均匀时，图,3-8-3b,所示，塑件壁厚处冷却通道应靠近型腔，间距要小，以加强冷却。一般冷却通道与型腔表面的距离大于,10mm,，常用,12,15mm,。,16,3.8,注射模具温度调节系统,3.,浇口处加强冷却,普通熔融的塑料充填型腔的时候，浇口附近温度最高，距浇口越远温度越低，因此浇口附近要加强冷却，通入冷水，而在温度低的外侧使用经过热交换了的温水通过即可。一般将冷却回路的入口设在浇口处。图,a,所示为两型腔侧浇口冷却回路布置，图,b,为薄膜浇口冷却回路布置，图,c,为多点浇口的冷却水管分布图。,17,3.8,注射模具温度调节系统,对于收缩大的塑料,(,如聚乙烯,),应沿其收缩方向设冷却水通道，如图所示是四方形塑件中心浇口的情况，从浇口的放射线及与其垂直的方向上均会引起收缩。此时应在和收缩相对应的中心部通冷却水，外侧通经漩涡状冷却回路热交换过的温水。,4.,冷却水道应沿着塑料收缩方向设置,18,3.8,注射模具温度调节系统,5.,降低入水与出水的温度差,如果入水温度和出水温度差别太大时，使模具的温度分布不均，特别是对流动距离很长的大型制品，料温愈流愈低。设计时应根据塑件的结构特点、塑料特性及塑件壁厚合理确定水道的排列形式，使得塑件的冷却速度大致相同。如图,3-8-7,所示，对于大型塑件，型腔比较长时，图中,b,的形式会使入水与出水的温差大，塑件冷却不均匀；图中,a,的形式可使入水与出水温差小，冷却效果好。,6.,冷却系统设计应先于推出机构，这样才能得到较好的冷却效果,19,3.8,注射模具温度调节系统,7.,凹模与型芯要分别冷却，保证冷却平衡,一般应采用两条冷却回路分别冷却凹模与型芯。有些塑件的形状能使塑料散发的热量等量地被凹模和型芯所吸收。但是极大多数塑件的模具都有一定高度的型芯以及包围型芯的凹模，对于这类模具，凹模和型芯所吸收的热量是不同的。这是因为塑件在固化时因收缩包紧在型芯上，塑件与凹模之间会形成空隙，这时绝大部分的热量将依靠型芯的冷却回路传递，加上型芯布置冷却回路的空间小，还有推出系统的干扰，使型芯的传热变得更加困难。因此，在冷却系统设计中，要把主要注意力放在型芯的冷却上。,9.,注意水管的密封，以免漏水,为防止漏水，镶块与镶块的拼接处不应设置冷却管道，否则在接缝处漏水，必须设置时，应加设套管密封。此外，应注意水道穿过型芯、型腔与模板接缝处时的密封以及水管与水嘴连接处的密封，同时水管接头部位设置在不影响操作的方向，通常在注射机的背面。,8.,便于加工和清理：,一般孔径设计为,8,12mm,20,3.8,注射模具温度调节系统,四、常见的各种冷却系统结构,由于塑件的形状多样，必须根据型腔内的温度分布、浇口位置等设计不同的冷却系统。,(,一,),凹模冷却系统结构,如图所示为最简单的外接直流循环式冷却回路，其方法是在型腔附近