一、溫度調(diào)節(jié)的必要性二、冷卻管道的工藝計(jì)算三、冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)重點(diǎn)掌握

第一節(jié)溫度調(diào)節(jié)的必要性一、溫度調(diào)節(jié)對(duì)塑件質(zhì)量的影響1．變形模具溫度穩(wěn)定，冷卻速度均衡，可減小塑件的變形。對(duì)壁厚不一致和形狀復(fù)雜的塑件，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)因收縮不均勻而產(chǎn)生翹曲變形的情況。故須采用合適的冷卻系統(tǒng)，使模具凹模與型芯的各個(gè)部位的溫度基本保持一致，以便型腔內(nèi)的塑料熔體能同時(shí)凝固。2．尺寸精度保持模溫恒定，能減少制件成型收縮率的波動(dòng)，提高塑件尺寸精度的穩(wěn)定性。在可能的情況下采用較低的模溫有助于減小塑件的成型收縮率。例如，對(duì)于結(jié)晶形塑料，因?yàn)槟剌^低，制件的結(jié)晶度低，可以降低收縮率。但結(jié)晶度低不利于制件尺寸的穩(wěn)定性，從尺寸的穩(wěn)定性出發(fā)，又需要適當(dāng)提高模具溫度，使塑件結(jié)晶均勻。3．力學(xué)性能結(jié)晶形塑料，結(jié)晶度越高，塑件的應(yīng)力開(kāi)裂傾向越大，故從減小應(yīng)力開(kāi)裂的角度出發(fā)，降低模溫是有利的。但對(duì)于聚碳酸酯一類(lèi)高黏度無(wú)定形塑料，其應(yīng)力開(kāi)裂傾向與塑件中的內(nèi)應(yīng)力的大小有關(guān)，提高模溫有利于減小制件中的內(nèi)應(yīng)力，也就減小了其應(yīng)力開(kāi)裂傾向。為什么說(shuō)縮短注射循環(huán)周期的冷卻時(shí)間是提高生產(chǎn)效率的關(guān)鍵？因注射模中熔體從200℃左右降低到60℃左右，所釋放的熱量中約有5％以輻射、對(duì)流的方式散發(fā)到大氣中，其余95％由冷卻介質(zhì)(一般是水)帶走。模具的冷卻時(shí)間約占整個(gè)注射循環(huán)周期的2／3。4．表面質(zhì)量提高模溫能改善制件表面質(zhì)量，過(guò)低的模溫會(huì)使制件輪廓不清晰并產(chǎn)生明顯的熔接痕，導(dǎo)致制件表面粗糙度提高。二、溫度調(diào)節(jié)對(duì)生產(chǎn)效率的影響

注射成型中，模具的冷卻時(shí)間取決于冷卻效果，即冷卻水的流動(dòng)狀態(tài)。據(jù)資料表明，在湍流下的熱傳遞比層流下的高10～20倍。

冷卻水處于湍流狀態(tài)，水的雷諾數(shù)Re(動(dòng)量與黏度的比值)達(dá)到6000以上。

根據(jù)牛頓冷卻定律，冷卻系統(tǒng)從模具中帶走的熱量(kJ)為

式中Q——模具與冷卻系統(tǒng)之間所傳遞的熱量，KJ；

h——冷卻通道孔壁與冷卻介質(zhì)之間的傳熱膜系數(shù)，kJ／(m2·h．℃)；

A——冷卻介質(zhì)的傳熱面積，m2；

Δθ——模具溫度與冷卻介質(zhì)溫度之間的差值，℃；

t——冷卻時(shí)間，s。式(10—1)知，當(dāng)所需傳遞的熱量Q不變時(shí)，可通過(guò)如下三條途徑來(lái)縮短冷卻時(shí)間。（10-1）1．提高傳熱膜系數(shù)

冷卻介質(zhì)在圓管內(nèi)呈湍流流動(dòng)狀態(tài)時(shí)，冷卻管道孔壁與冷卻介質(zhì)之間的傳熱膜系數(shù)h[kJ／(m2·h．℃)]為

式中f——與冷卻介質(zhì)溫度有關(guān)的物理系數(shù)(具體計(jì)算方法見(jiàn)下節(jié))；ρ——冷卻介質(zhì)在一定溫度下的密度，kg／m3；υ——冷卻介質(zhì)在圓管中的流速，m／s；d——冷卻管道的直徑，m。即當(dāng)冷卻介質(zhì)溫度和冷卻管道直徑不變時(shí)，增加冷卻介質(zhì)的流速v，可提高傳熱膜系數(shù)。(10-2)

模溫一定，適當(dāng)降低冷卻介質(zhì)的溫度，利于縮短模具的冷卻時(shí)間t。一般注射模具所用的冷卻介質(zhì)是常溫水，若改用低溫水，便可提高模具與冷卻介質(zhì)之間的溫度差Δθ，提高注射成型的生產(chǎn)率。但采用低溫水冷卻模具時(shí)，大氣中的水分有可能在型腔表面凝聚而導(dǎo)致制件的質(zhì)量下降。

增大冷卻介質(zhì)的傳熱面積A，需在模具上開(kāi)設(shè)尺寸盡可能大和數(shù)量盡可能多的冷管道，但由于模具上有各種孔(如推桿孔、型芯孔)和縫隙(如鑲塊接縫)的限制，只能在滿(mǎn)足模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的情況下盡量多開(kāi)設(shè)冷卻水管通道。3．增大冷卻介質(zhì)的傳熱面積2．提高模具與冷卻介質(zhì)之間的溫度差衡量塑件已充分固化的準(zhǔn)則：

①塑件最大壁厚中心部分的溫度已冷卻到該種塑料的熱變形溫度以下。

②塑件截面內(nèi)的平均溫度已達(dá)到所規(guī)定的塑件的出模溫度。

③對(duì)于結(jié)晶形塑料，最大壁厚的中心層溫度達(dá)到固熔點(diǎn)，或結(jié)晶度達(dá)到某一百分比。第二節(jié)冷卻管道的工藝計(jì)算一、冷卻時(shí)間的計(jì)算什么是塑件在模具內(nèi)的冷卻時(shí)間？

通常指塑料熔體從充滿(mǎn)型腔時(shí)起到可以開(kāi)模取出制件的這一段時(shí)間。

可開(kāi)模的標(biāo)準(zhǔn)：塑件已充分固化，具有一定的強(qiáng)度和剛度，開(kāi)模推出時(shí)不致變形開(kāi)裂。b、塑料的注注射溫度不不變，且塑塑件內(nèi)、外外表面的溫溫度在充模模時(shí)降低到到模具的溫溫度并維持持恒定。由此建立一一維導(dǎo)熱微微分方程為為求解上式，，并簡(jiǎn)化，，得到冷卻卻時(shí)間t1的解析表達(dá)達(dá)式。同理理可得第二二條準(zhǔn)則的的冷卻時(shí)間間t2的簡(jiǎn)化公式式。第三條條準(zhǔn)則中的的冷卻時(shí)間間t3依靠經(jīng)驗(yàn)獲獲得。（10-3）上述的第一一條準(zhǔn)則，，假定：a、塑件的溫溫度只沿垂垂直于模壁壁的方向傳傳遞，即簡(jiǎn)簡(jiǎn)化成一維維導(dǎo)熱問(wèn)題題，圖10—l。。(1)塑件最大壁壁厚中心部部分溫度達(dá)達(dá)到熱變形形溫度時(shí)所所需的冷卻卻時(shí)間t1(s)為(10-4)式中S——塑件的壁厚厚，mm；α1——塑料熱擴(kuò)擴(kuò)散率，，mm2／s；某些常常用塑料料的α1值見(jiàn)表10-2；θc——塑料注射射溫度，，℃；θM——模具溫度度，℃；θ1——塑料的熱熱變形溫溫度，℃；附錄3給出了在在一定溫溫度下塑塑料試樣樣的熱變變形溫度度，但不不是生產(chǎn)產(chǎn)應(yīng)用時(shí)時(shí)的熱變變形溫度度，確定定θ1時(shí)還應(yīng)根根據(jù)經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)。(2)塑件截面面內(nèi)平均均溫度達(dá)達(dá)到規(guī)定定的塑件件出模溫溫度時(shí)所所需要的的冷卻時(shí)時(shí)間t2(s)為(10-5)式中θ2——截面內(nèi)平平均溫度度，℃。(3)結(jié)晶形塑塑料制件件的最大大壁厚中中心溫度度達(dá)到固固熔點(diǎn)時(shí)時(shí)所需的的冷卻時(shí)時(shí)間t3(s)①聚乙烯(棒類(lèi))（10-6）（板類(lèi)））（（10-7）以上兩式式的適用用范圍是是θc=193．3～248．9℃，θM=4．4～79．4℃。②聚丙烯(棒類(lèi))（10-8）（板類(lèi)））（（10-9）以上兩式式的適用用范圍是是θc=232．2～282．2℃，θM=4．4～79．4℃。③聚甲醛(棒類(lèi))（10-10）（板類(lèi)））（（10-11）以上兩式式的適用用范圍是是θc>190℃，θM<125℃。式(10-6~11)中，θc為棒類(lèi)或或板類(lèi)塑塑件的初初始成型型溫度(℃)；θM為模具溫溫度(℃)；R為棒類(lèi)塑塑件的半半徑(cm)；S為板類(lèi)塑塑件的厚厚度(cm)。二、冷卻卻管道傳傳熱面積積及管道道數(shù)目的的簡(jiǎn)易計(jì)計(jì)算忽略模具具因空氣氣對(duì)流、、熱輻射射以及與與注射機(jī)機(jī)接觸所所散發(fā)的的熱量，，則模具具冷卻時(shí)時(shí)所需冷冷卻介質(zhì)質(zhì)的體積積流量可可按下式式計(jì)算（10-12）式中qv——冷卻介質(zhì)質(zhì)的體積積流量，，m3／min；W——單位時(shí)間間(每分鐘)內(nèi)注入模模具中的的塑料質(zhì)質(zhì)量，kg／min；Q1——單位重量量的塑件件在凝固固時(shí)所放放出的熱熱量，kJ／kg；ρ——冷卻介質(zhì)質(zhì)的密度度，kg／m3；c1——冷卻介質(zhì)質(zhì)的比熱熱容，kJ／(kg··℃)；θ1——冷卻介質(zhì)質(zhì)出口溫溫度，℃；θ2——冷卻介質(zhì)質(zhì)進(jìn)口溫溫度，℃。Q1可表示為為（10-13）式中c2——塑料的比比熱容，，kJ／(kg··℃)；θ3、θ4——分別為塑塑料熔體體的溫度度和推出出前塑件件的溫度度，℃；u——結(jié)晶形塑塑料的熔熔化潛熱熱，kJ／kg。冷卻管道道總傳熱熱面積A(m2)可用如下下公式計(jì)計(jì)算（10-14）式中h——冷卻管道道孔壁與與冷卻介介質(zhì)之間間的傳熱熱膜系數(shù)數(shù)，kJ／(m2·h．℃)；Δθ——模溫與冷卻介介質(zhì)溫度之間間的平均溫差差，℃。h可由式(10-2)求得，其中(10-15)式中λ——冷卻介質(zhì)的熱熱導(dǎo)率，kJ／(m2·h．℃)；c1——冷卻介質(zhì)的比比熱容，kJ／(kg·℃)；μ——冷卻介質(zhì)的黏黏度，Pa·s；(10-16)v——冷卻介質(zhì)的流流速，m／s；qv——冷卻介質(zhì)的體體積流量，m3／s；d——冷卻管道的直直徑，m。f既可由式（10-15）計(jì)算得到，，也可由表10-5選取。模具應(yīng)開(kāi)設(shè)的的冷卻管道的的孔數(shù)為(10-17)式中L——冷卻管道開(kāi)設(shè)設(shè)方向上模具具長(zhǎng)度或?qū)挾榷?，m。例某某注射模成型型聚丙烯塑件件，產(chǎn)量為50kg／h，用20℃的水作為冷卻卻介質(zhì)，其出出口溫度為27℃，水呈湍流狀狀態(tài)，若模具具平均溫度為為40℃，模具寬度為為300mm，求冷卻管道道直徑及所需需冷卻管道孔孔數(shù)。解：(1)求塑料制件在在固化時(shí)每小小時(shí)釋放的熱熱量Q查表10-4得聚丙烯的單單位熱流量故(2)求冷卻水的體體積流量由式(10—12)得（3）求冷冷卻管道直徑徑d，查表10-1，為使冷卻卻水處于湍流流狀態(tài)，取取d=25mm(4)求冷卻水在管管道內(nèi)的流速速v由式(10—16)得(5)求冷卻管道孔孔壁與冷卻介介質(zhì)之間的傳傳熱膜系數(shù)h查表10—5，取f=7.22(水溫為30℃時(shí))，再由式(10-2)得(6)求冷卻管道道總傳熱面面積A由式(10—14)得(7)求模具上應(yīng)應(yīng)開(kāi)設(shè)的冷冷卻管道的的孔數(shù)n由式(10—17)得三、冷卻管管道的詳細(xì)細(xì)計(jì)算一般的注射射模冷卻管管道設(shè)計(jì)中中，采用上上節(jié)所介紹紹的簡(jiǎn)易計(jì)計(jì)算已足夠夠。但對(duì)于于精密和復(fù)復(fù)雜的大型型注射模，，有必要較較全面地考考察冷卻過(guò)過(guò)程的冷卻卻影響因素素，進(jìn)行較較為深入的的設(shè)計(jì)計(jì)算算。1．單位時(shí)間間里型腔內(nèi)內(nèi)的總熱量量Q總熱量Q(kJ/h)為(10-18)式中W——單位時(shí)間內(nèi)內(nèi)注入型腔腔中的塑料料質(zhì)量，kg／h；N——每小時(shí)注射射次數(shù)；G——每次塑料的的注射量，，kg；Q1——單位質(zhì)量的的塑料制件件從熔體進(jìn)進(jìn)入型腔開(kāi)開(kāi)始到冷卻卻結(jié)束時(shí)所所放出的熱熱量，kJ／kg；又稱(chēng)為單單位熱流量量之差或熱熱焓之差。?？偀崃縌(kJ/h)為(10-18)式中W——單位時(shí)間內(nèi)內(nèi)注入型腔腔中的塑料料質(zhì)量，kg／h；N——每小時(shí)注射射次數(shù)；G——每次塑料的的注射量，，kg；Q1——單位質(zhì)量的的塑料制件件從熔體進(jìn)進(jìn)入型腔開(kāi)開(kāi)始到冷卻卻結(jié)束時(shí)所所放出的熱熱量，kJ／kg；又稱(chēng)為單單位熱流量量之差或熱熱焓之差。。對(duì)于某些塑塑料，可從從圖10-2中得到不同同溫度下的的熱焓量，，也可以由由下式近似似求得(10-19)式中c2——塑料的比熱熱容，kJ／(kg·℃℃)；u——結(jié)晶形塑料料的熔化潛潛熱，KJ／kg；c2和u可查閱表10-3；θ1max、θ1min——分別為進(jìn)入入型腔的熔熔體溫度和和冷卻結(jié)束束時(shí)塑件的的溫度，℃。表10—4中也給出了了常用塑料料Ql的近似值。。2．通過(guò)自然然冷卻所散散發(fā)的熱量量Qc、QR、QL（1）由對(duì)流所散散發(fā)的熱量量Qc(kJ／h)（10-20）式中AM——模具表面積積，m2；θ2M———模具平均溫溫度，℃；θ0——室溫，℃；h1——傳熱系數(shù)，，kJ／(m2·h．℃)。當(dāng)0℃<θ2M<300℃時(shí)，由實(shí)驗(yàn)驗(yàn)得(10-21)將式(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氣氣中的四個(gè)個(gè)側(cè)表面積積外，還包包括動(dòng)模和和定模兩個(gè)個(gè)分型面的的表面積，，由于只有有開(kāi)模狀態(tài)態(tài)下，動(dòng)、、定模兩個(gè)個(gè)分型面才才會(huì)散發(fā)熱熱量，故有有（10-23）式中AMl———模具的四個(gè)個(gè)側(cè)表面積積，m2；AM2———模具兩個(gè)分分型面表面面積，m2；h1——開(kāi)模率，定定義為式中t——注射成型周周期，s；t1——注射時(shí)間，，s；可參見(jiàn)表表6—2；t2——制品冷卻時(shí)時(shí)間，s；可參見(jiàn)表表10-6。（2）由輻射所散散發(fā)的熱量量QR(kJ/h)(10-24)(10-25)式中ε——輻射率，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)向注射機(jī)工工作臺(tái)所傳傳遞的熱量量QL(kJ/h))(10-26)式中AM3———模具與工作作臺(tái)接觸面面積，m2；h2——傳熱系數(shù)，，可以使用用如下經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)值普通鋼h2=502kJ／(m2·h．℃)；合金鋼h2=377kJ／(m2·h．℃)；合金h2=586kJ／(m2·h．℃)。某些模具(如熱流道模模具等)在模具固定定板與工作作臺(tái)板之間間使用隔熱熱墊時(shí)，傳傳熱系數(shù)為為（10-27）式中h2s———采用隔熱墊墊后的傳熱熱系數(shù)，kJ／(m2·h·℃)；h2——不采用隔熱熱墊時(shí)的傳傳熱系數(shù)，，kJ／(m2·h．℃)；δs——隔熱墊厚度度，m；λs——隔熱材料的的熱導(dǎo)率，，石棉板約約為0．561kJ／(m.h．℃)；λM——模具材料的的熱導(dǎo)率，，kJ／(m·h．℃)；參見(jiàn)表10-7；HM——模具總高度度的一半，，m。3．模板的熱熱傳導(dǎo)阻力力型腔內(nèi)塑件件的絕大部部分熱量Q2是通過(guò)模板板由型腔壁壁傳遞給冷冷卻水管壁壁的。在兩兩個(gè)平面間間流動(dòng)的熱熱量可用傅傅里葉方程程予以描述述(10-29)式中中λ————模板板的的熱熱導(dǎo)導(dǎo)率率，，KJ/(m.h.℃℃)；δ————模具具型型腔腔壁壁與與冷冷卻卻水水管管壁壁之之間間的的距距離離，，m；φ————型腔腔與與冷冷卻卻水水管管壁壁之之間間的的傳傳熱熱面面積積，，m2；θ3M————型腔腔壁壁的的平平均均溫溫度度，，℃；θ4M————冷卻卻水水管管壁壁的的平平均均溫溫度度，，℃；Δθθ————兩平平行行平平面面間間的的溫溫差差，，℃。Rv=值得得注注意意的的是是，，式式(10——29)僅適適用用于于具具有有相相同同進(jìn)進(jìn)口口及及出出口口截截面面的的兩兩平平行行平平面面的的傳傳熱熱情情況況，，在在注注射射模模中中型型腔腔壁壁并并不不一一定定與與冷冷卻卻水水管管壁壁的的面面積積相相等等。。為為此此，，以以型型腔腔壁壁(a××b)為熱熱表表面面，，冷冷卻卻水水管管壁壁(A××B)為冷冷表表面面，，圖圖10——3，建建立立熱熱阻阻數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)模模型型如如下下從式式（（10-29）知知，，當(dāng)當(dāng)Q2一定定時(shí)時(shí)，，的值值越越大大，，溫溫差差越越大，，將定義義為為熱熱傳傳導(dǎo)導(dǎo)力力，，以以Rv(h.℃℃/KJ)表示示，，即即（10-30）(10-31)則型型腔腔壁壁與與冷冷卻卻水水管管壁壁之之間間的的熱熱阻阻為為(10-32)求解解式式（（10-32），，得得(A/B≠≠a/b)（10-33）或者者（A/B=a/b時(shí)））對(duì)于于型型芯芯內(nèi)內(nèi)部部的的冷冷卻卻水水管管，，圖圖10—4，用類(lèi)似似方法可可得Rv為(10-35)式中c——型芯長(zhǎng)度，，m；d1、d2——分別為型芯芯內(nèi)、外外徑，m；型芯內(nèi)徑在在這時(shí)即為為冷卻水管管的直徑。。注射模中，，圍繞著型型腔往往有有多個(gè)冷卻卻水管，該該型腔與每每一個(gè)冷卻卻水管之間間熱阻單獨(dú)獨(dú)計(jì)算，則則相應(yīng)的總總熱阻為（10-36）式中Rv——總熱阻；Rvi———型腔與每個(gè)個(gè)水管之間間的熱阻；；n——型腔所對(duì)應(yīng)應(yīng)的冷卻管管道數(shù)。因此，此時(shí)時(shí)可將式(10-29)改寫(xiě)為(10-37)式中Q2——每小時(shí)冷卻卻水應(yīng)帶走走的熱量，，KJ/h；Rv——總熱阻，h·℃/KJ；θ3M———型腔壁的平平均溫度，，℃θ4M———冷卻水管壁壁的平均溫溫度，℃4．由冷卻管管道帶走的的熱量Q2單位時(shí)間內(nèi)內(nèi)制件中由由冷卻水管管帶走的熱熱量Q2應(yīng)為Q2=Q一(Qc+QR+QL)式中Q——型腔內(nèi)需傳傳遞的總熱熱量。模具工作過(guò)過(guò)程中，Q2應(yīng)分別由凹凹模和型芯芯的冷卻系系統(tǒng)帶走，，因此分解解為Q2G和Q2K兩部分，其其表達(dá)式分分別為(10-39)仿照式(10—18)有(10-40)式中QG和QK——凹模和型芯芯所要帶走走的熱量；；GG,和GK——凹模和型芯芯所要承擔(dān)擔(dān)的制件重重量，kg。GG,、GK的計(jì)算方法法：①以塑件壁厚厚的中性面面作為凹模模和型芯冷冷卻的交界界面來(lái)計(jì)算算。②圓筒形塑件件，實(shí)驗(yàn)表表明約Q2被凹模帶走走，Q2被型芯帶走走。③采用如下分分配方案（10-41）。④根據(jù)塑件形形狀，凹模模與型芯的的冷卻管道道設(shè)置的情情況，結(jié)合合自己的經(jīng)經(jīng)驗(yàn)和冷卻卻原則的指指導(dǎo)，來(lái)分分配Q2G和Q2K，以符合實(shí)實(shí)際情況。。5．冷卻過(guò)程程中塑件和和模壁的溫溫度設(shè)在冷卻過(guò)過(guò)程中塑件件的溫度為為θ1、模壁的溫溫度為θ3，它們之間間存在著溫溫度差，Q2才從模具中中通過(guò)冷卻卻系統(tǒng)散發(fā)發(fā)出去，Q1與(θ1—θθ3)的關(guān)系可由由下式確定定即（10-42）式中fz——塑件的表面面積(m2)；β——有效傳熱率率；，t1為注射時(shí)間間(s)；t2為冷卻時(shí)間間(s)，t3為注射周期期；h2——塑件與模具具間的傳熱熱系數(shù)，h2可取11549kJ／(m2·h．℃)；(θl—θθ3)M———塑件與型腔腔壁溫差的的平均值注意：式(10-42)用的是(θ1—θθ3)M，不是(θ1—θθ3)。原因：注注射過(guò)程中中，θ1從θlmax→θ1min，而θ3從θ3min→θ3max→θθ3min，呈周期性性變化，須須采用平均均溫度的概概念來(lái)表征征該冷卻過(guò)過(guò)程的溫度度水平。如果凹模和和型芯與塑塑件的接觸觸面積分別別為fG和fK，則有（10-43）由傳熱學(xué)可可知，當(dāng)兩兩種介質(zhì)進(jìn)進(jìn)行熱變換換時(shí)，一處處溫度升高高，另一處處溫度降低低，它們的的溫差平均均值應(yīng)采用用對(duì)數(shù)平均均值，即也即（10-44）式中θ1max——塑料熔體注注入溫度，，℃；θ1min——塑件脫模溫溫度，℃；θ3max——型腔壁溫度度波動(dòng)的上上限，℃；θ3min——型腔壁溫度度波動(dòng)的下下限，℃。從式(10-37)知，θ3M為型腔壁的的平均溫度度，設(shè)型腔腔壁溫度的的波動(dòng)值為為θ3a，則有(10-45)(10-46)式(10-44)中，塑料熔熔體注入溫溫度θlmax由注射工藝藝確定，每每一種塑料料的型腔壁壁最佳平均均溫度θ3M可以選定，，型腔壁中中實(shí)際溫度度波動(dòng)值θ3a(比如±10℃)也可以設(shè)定定，由式(10-45)和式(10-46)得到θ3min和θ3max(注意θ3min應(yīng)大于冷卻卻水人口溫溫度)，(θl—θθ3)M可由式(10-42)或式(10-43)求得，于是是用式(10-44)求出制件脫脫模溫度θlmin。因式(10-44)不便于計(jì)算算，圖10-5給出了基于于式(10-44)的曲線(xiàn)圖，，由橫坐標(biāo)標(biāo)(θ1—θθ3)M上與縱坐標(biāo)標(biāo)(θ1max—θ3min)上兩數(shù)值的的交點(diǎn)，就就可找到差差值(θlmin—θ3max)，從而也就就得到了θ1min。由上法獲得得的制件脫脫模溫度θ1min若過(guò)高(高于合理的的推出溫度度)，可改變?chǔ)?a的值，重新新計(jì)算，以以減小θ1min。6.所需冷卻水水量qv、管徑d和流速v由冷卻水管管帶走的熱熱量Q2將使冷卻水水溫度上升升，由傳熱熱公式有式中qv——所需冷卻水水的體積流流量，m3/h；θ5out——冷卻水出口口溫度，℃；θ5in———冷卻水人口口溫度，℃；ρ——冷卻水平均均溫度θ5M時(shí)水的密度度，kg／m3；，，c1——冷卻水平均均溫度θ5M時(shí)水的比熱熱容，kJ／kg·℃；‘‘Q2——單位時(shí)間冷冷卻水帶走走的熱量，，KJ/hθ5out、θ5in由經(jīng)驗(yàn)設(shè)定定，精密模模具中，冷冷卻水出入入口溫差冷冷卻水出人人口溫差(θ5out-θ5in)應(yīng)在2℃以?xún)?nèi)。根據(jù)qv值，可由表表10—1查找所需冷冷卻水管直直徑d和最低流速vmin。冷卻水的平均均流速(m／s)為（10-48）實(shí)際上，管徑徑d=0.008~0.025m，此時(shí)流速v=0.5~5m/s。7．冷卻水管壁壁與冷卻水交交界面?zhèn)鳠崮つは禂?shù)h3在雷諾數(shù)Re>6000時(shí)，冷卻水處處于穩(wěn)定湍流流狀態(tài)，這時(shí)時(shí)冷卻水管壁壁與冷卻水交交界面?zhèn)鳠崮つは禂?shù)h3[kJ／(m2·h．℃)]可用如下公式式計(jì)算(10-49)式中θ5M——冷卻水的平均均溫度，℃；v——冷卻水的平均均流速，m／s；d——冷卻水管直徑徑，m。d0.13與v0.87的值可從圖10—6和圖10—7中查到。對(duì)于于常用的d和v值，可認(rèn)為d0.13≈≈0.55，v0.87≈≈v，故式(10—49)可簡(jiǎn)化為(10-50)當(dāng)然，也可以以利用式(10-2)求h3，當(dāng)平均水溫溫在20℃以上，雷諾數(shù)數(shù)Re=6000～10000時(shí)，式(10-49)與式(10-2)之間的誤差在在±2％以?xún)?nèi)。8．所需冷卻水水管的表面積積Ф冷卻水是以對(duì)對(duì)流方式進(jìn)行行熱傳遞的，，故有將式(10-49)代人上式，并并求出Ф(m2)，則有(10-51)或采用簡(jiǎn)化公公式（10-52）式中Q2——單位時(shí)間內(nèi)冷冷卻水帶走的的熱量，kJ／h；θ4M——冷卻水管壁的的平均溫度，，℃；由式(10-37)所求；θ5M——冷卻水平均溫溫度，℃。由式(10-51)或式(10-52)計(jì)算得到的冷冷卻水管的表表面積Φ值，其大致標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)接近于于或大于制件件與型腔相接接觸的面積9．所需冷卻水水管的總長(zhǎng)度度L(m)由式Φ=πdL可得(10-53)式中，各符號(hào)號(hào)含義皆同式式(10-51)。10．冷卻水流動(dòng)動(dòng)狀態(tài)的校核核冷卻水的流動(dòng)動(dòng)狀態(tài)是處于于層流還是湍湍流，其冷卻卻效果會(huì)相差差10～20倍。因此，在在設(shè)計(jì)中，應(yīng)應(yīng)對(duì)凹模和型型芯的冷卻水水流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)進(jìn)行校核，其其校核公式為為(10-54)式中η——水的運(yùn)動(dòng)黏度度，m2／s；其數(shù)值可由由圖10-8查出。11．冷卻水壓降降的計(jì)算為使冷卻水處處于穩(wěn)定的湍湍流狀態(tài)，在在其他條件不不變時(shí)，提高高冷卻水的流流速v最為有效。但但當(dāng)流速v過(guò)大時(shí)，流動(dòng)動(dòng)阻力大增；；冷卻回路過(guò)過(guò)長(zhǎng)，也會(huì)增增大流動(dòng)阻力力。設(shè)計(jì)時(shí)必必須對(duì)模具內(nèi)內(nèi)每組冷卻回回路中保證穩(wěn)穩(wěn)定湍流所需需的壓力降進(jìn)進(jìn)行計(jì)算，以以校核在實(shí)際際中能否提供供所必須的壓壓力降。計(jì)算算壓力降Δp(Pa)的公式為(10-55)式中ρ——水在θsM時(shí)的密度，kg／m3；Le——冷卻回路因孔孔徑變化或改改變方向引起起局部阻力的的當(dāng)量長(zhǎng)度，，m；其值由表10-8確定。例如圖10-9所示的注射模模，用以生產(chǎn)產(chǎn)HDPE筐簍，其結(jié)構(gòu)構(gòu)及尺寸在圖圖中已標(biāo)注。。已知制件厚厚度為1．5mm，且四側(cè)面均均有30％的網(wǎng)孔，試試設(shè)計(jì)該模具具的冷卻系統(tǒng)統(tǒng)，求出所需需冷卻水管直直徑d、傳熱面積Φ、冷卻回路長(zhǎng)長(zhǎng)度L，并校驗(yàn)該冷冷卻回路是否否處于穩(wěn)定湍湍流狀態(tài)？解:(1)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備塑件大側(cè)面積積為2×42．5×20=1700cm2，塑件職小側(cè)側(cè)面為2×27．5×20=1100cm2，底面積為40×25=1000cm2，由此得到塑塑件質(zhì)量為加上流道凝料料的消耗，故故一次注射量量G取為0．50kg。由表10-4查得HDPE的單位熱流量量Q1=755kJ/kg。設(shè)注射時(shí)間t1=5s，冷卻時(shí)間t2=8s，開(kāi)模取件時(shí)時(shí)間為7s，得注射周期期t=20s，由此得到每每小時(shí)注射次次數(shù)N=3600／20=180。將以上數(shù)據(jù)代代人式(10—18)得單位時(shí)間內(nèi)內(nèi)型腔總熱量量為Q=180××755×0．50=67950kJ/h由圖中尺寸可可知，模具四四側(cè)面積AMl=1．68m2，分型面面積積AM2=0．90m2，開(kāi)模率ηh為故散熱表面積積為設(shè)模具平均溫溫度θ2M=60℃，室溫θ0=20℃℃，根據(jù)式（10-22），對(duì)流散發(fā)發(fā)的熱量Qc為根據(jù)式(10-25)，輻射所散發(fā)發(fā)的熟量QR為根據(jù)式式(10-26)，注射射機(jī)工工作臺(tái)臺(tái)所傳傳遞的的熱量量QL為根據(jù)式式(10-38)，應(yīng)由由冷卻卻系統(tǒng)統(tǒng)從模模具中中帶走走的熱熱量Q2為Q2應(yīng)分別別由凹凹模和和型芯芯的冷冷卻回回路帶帶走，，采用用式(10-41)的分配配方案案，有有(2)計(jì)算凹凹模冷冷卻回回路的的有關(guān)關(guān)參數(shù)數(shù)1^制件與與型腔腔壁溫溫度差差的平平均值值根根據(jù)據(jù)式(10-43)，有設(shè)θlmax=230℃，θ3max=70℃℃，θ3min=50C，則θ3M=60℃℃，由(θ1--θ3)M=51℃℃，(θlmax--θθ3min)=180℃℃，查查圖圖10——5所示示曲曲線(xiàn)線(xiàn)，，得得θ1min--θθ3max=6℃℃，即即得得θ1min=76℃℃。2^凹模模所所需需冷冷卻卻水水管管直直徑徑設(shè)設(shè)θ5in=18℃℃，θ50ut=23℃℃，則則θ5M=20．5℃℃，據(jù)據(jù)式式(10——47)有由qv查表表10-1得水水管管直直徑徑d=25mm，冷冷卻卻水水最最低低流流速速v=0.53m/s。據(jù)據(jù)式式（（10-48），，同同樣樣可可算算得得3^熱阻阻計(jì)計(jì)算算用用式式(10-33)分別別計(jì)計(jì)算算型型腔腔壁壁與與每每一一個(gè)個(gè)冷冷卻卻水水管管之之間間的的模模具具熱熱阻阻，，這這里里對(duì)對(duì)計(jì)計(jì)算算過(guò)過(guò)程程不不作作詳詳細(xì)細(xì)討討論論，，結(jié)結(jié)果果有有取鋼鋼材材的的熱熱導(dǎo)導(dǎo)率率入入=176kJ／(m··h··℃℃)，則則即Rv=0.00072h.℃℃/KJ4^冷卻卻水水管管壁壁的的平平均均溫溫度度據(jù)據(jù)式式(10-37)，有有5^凹模模冷冷卻卻水水管管回回路路的的總總傳傳熱熱面面積積據(jù)據(jù)式式(10-51)6^凹模模所所需需冷冷卻卻水水管管長(zhǎng)長(zhǎng)度度據(jù)據(jù)式式(10-53)，有有據(jù)圖圖10-9中冷冷卻卻水水管管的的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)，，凹凹模模中中水水管管實(shí)實(shí)際際總總長(zhǎng)長(zhǎng)約約5m，故故完完全全能能滿(mǎn)滿(mǎn)足足冷冷卻卻要要求求。。7^雷諾諾數(shù)數(shù)Re值的的校校核核當(dāng)當(dāng)θ5M=20．5℃℃時(shí)，，由由圖圖10-8查得得水水的的運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)黏黏度度η=1.0××10——6m2／s，由計(jì)算已已知v=0.53m／s，d=0.025m，據(jù)式(10-54)有故水的流動(dòng)動(dòng)屬于穩(wěn)定定湍流，有有良好的冷冷卻效果。。8^冷卻回路壓壓降計(jì)算由由圖10-9可知，凹模模的冷卻回回路有12次90o的轉(zhuǎn)彎，得得Le=12×30d=9.0m，再將其他他已知數(shù)據(jù)據(jù)代人式(10—55)得該壓力遠(yuǎn)小小于一般自自來(lái)水壓力力（建設(shè)部部規(guī)定：表表前壓力為為0.14MPa），故該方方案可靠。。（3)計(jì)算型芯冷冷卻回路的的有關(guān)參數(shù)數(shù)(略)第三節(jié)冷冷卻系統(tǒng)統(tǒng)的設(shè)計(jì)原原則2、注意凹凹模和型芯芯的熱平衡衡。有些塑塑件的形狀狀能使塑料料散發(fā)的熱熱量等量地地被凹模和和型芯所吸吸收。但是是極大多數(shù)數(shù)塑件的模模具都有一一定高度的的型芯以及及包圍型芯芯的凹模，，對(duì)于這類(lèi)類(lèi)模具，凹凹模和型芯芯所吸收的的熱量是不不同的。這這是因?yàn)樗芩芗诠袒瘯r(shí)因收縮縮包緊在型型芯上，塑塑件與凹模模之間會(huì)形形成空隙，，這時(shí)絕大大部分的熱熱量將依靠靠型芯的冷冷卻回路傳傳遞，加上上型芯布置置冷卻回路路的空間小小，還有推推出系統(tǒng)的的干擾，使使型芯的傳傳熱變得更更加困難。。因此，在在冷卻系統(tǒng)統(tǒng)設(shè)計(jì)中，，要把主要要注意力放放在型芯的的冷卻上。。1、冷卻系系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)應(yīng)先于推出出機(jī)構(gòu)，這這樣才能得得到較好的的冷效果。。3、簡(jiǎn)單模模具，可先先設(shè)定冷卻卻水出入口口的溫度，，然后計(jì)算算冷卻水的的流量、冷冷卻管道直直徑、保證證湍流的流流速及維持持這一流速速所需的壓壓力降便已已足夠。復(fù)復(fù)雜而又精精密的模具具，則應(yīng)做做詳細(xì)計(jì)算算。4、生產(chǎn)批批量大的普普通模具和和精密模具具在冷卻方方式上應(yīng)有有差異，對(duì)對(duì)于大批量量生產(chǎn)的普普通塑件，，可采用快快冷以獲得得較短的循循環(huán)注射周周期?？炖淅洌菏估鋮s卻管道靠近近型腔布置置，采用較較低的模具具溫度。精精密塑件需需要有精確確的尺寸公公差和良好好的力學(xué)性性能，須采采用緩冷，，即模具溫溫度較高，，冷卻管道道的尺寸和和位置也應(yīng)應(yīng)適應(yīng)緩冷冷的要求。。5、模具中冷冷卻水溫度升升高會(huì)使熱傳傳遞減小，精精密模具出入入口水溫相差差應(yīng)在2℃以?xún)?nèi)，普通模模具也不要超超過(guò)5℃。從壓力損失失觀(guān)點(diǎn)出發(fā)，，冷卻回路的的長(zhǎng)度應(yīng)在1.2—1.5m以下，回路的的彎頭數(shù)目不不希望超過(guò)5個(gè)。圖10-10。6、凹模與型型芯的冷卻情情況不同，一一般應(yīng)采用兩兩條冷卻回路路分別冷卻凹凹模與型芯。。7、當(dāng)模具僅設(shè)一一個(gè)入水接口口和一個(gè)出水水接口時(shí)，應(yīng)應(yīng)將冷卻管道道進(jìn)行串聯(lián)連連接，若采用用并聯(lián)連接，，由于各回路路的流動(dòng)阻力力不同，很難難形成相同的的冷卻條件。。當(dāng)需要并聯(lián)聯(lián)連接時(shí)，則則需在每個(gè)回回路中設(shè)置水水量調(diào)節(jié)泵及及流量計(jì)。8、采用多而而細(xì)的冷卻管管道，比采用用獨(dú)根大冷卻卻管道好。因因?yàn)槎喽?xì)的的冷卻管道擴(kuò)擴(kuò)大了模溫調(diào)調(diào)節(jié)的范圍，，但管道不可可太細(xì)，以免免堵塞，一般般管道的直徑徑為8～25mm。9、收縮率大大的塑件模具具中，應(yīng)沿其其收縮方向設(shè)設(shè)置冷卻回路路。圖10—11方形PE塑件，采用中中心直接澆口口，從澆口的的放射線(xiàn)及與與其垂直的方方向上均會(huì)引引起收縮。此此時(shí)應(yīng)在和收收縮相對(duì)應(yīng)的的中心部通冷冷卻水，外側(cè)側(cè)通經(jīng)漩渦狀狀冷卻回路熱熱交換過(guò)的溫溫水。10、普通模模具的冷卻水水應(yīng)采用常溫溫下的水，通通過(guò)調(diào)節(jié)水流流量來(lái)調(diào)節(jié)模模具溫度。小小型塑件，由由于其注射時(shí)時(shí)間和保壓時(shí)時(shí)間都較短，，成型周期主主要由冷卻時(shí)時(shí)間決定，為為了提高成型型效率，可以以采用經(jīng)過(guò)冷冷卻的水進(jìn)行行冷卻，目前前常用經(jīng)冷凍凍機(jī)冷卻過(guò)的的5～10℃水。用冷水進(jìn)進(jìn)行冷卻時(shí)，，大氣中的水水分會(huì)凝聚在在型腔表面易易引起塑件的的缺陷，對(duì)此此要加以注意意。對(duì)流動(dòng)距距離長(zhǎng)、成型型面積大的塑塑件，為了防防止填充不足足或者變形，，有時(shí)還得通通熱水?？傊?，模溫最好好通過(guò)冷卻系系統(tǒng)或者專(zhuān)門(mén)門(mén)的裝置能任任意調(diào)節(jié)。11、合理地確定冷冷卻管道的中中心距及冷卻卻管道與型腔腔壁的距離。。圖10—12，(a)布置的冷卻管管道間距合理理，保證了型型腔表面溫度度均勻分布，，(b)開(kāi)設(shè)的冷卻管管道直徑太小小、間距太大大，型腔表面面的溫度變化化很大(53．33~61．65℃)。冷卻管道與與型腔壁的距距離太大會(huì)使使冷卻效率下下降，而距離離太小又會(huì)造造成冷卻不均均勻。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)：一一般冷卻管道道中心線(xiàn)與型型腔壁的距離離應(yīng)為冷卻管管道直徑的1～2倍，冷卻管道道的中心距約約為管道直徑徑的3—5倍。12、當(dāng)制件壁厚均均勻時(shí)，應(yīng)盡盡可能使所有有的冷卻管道道孔到各處型型腔表面的距距離相等，圖圖10—13。當(dāng)塑件壁厚厚不均勻時(shí)，，在厚壁處應(yīng)應(yīng)開(kāi)設(shè)距離較較小的冷卻管管道，圖10—14。13、應(yīng)加強(qiáng)澆口處處的冷卻。熔熔體充模時(shí)，，澆口附近的的溫度最高。。一般來(lái)說(shuō)，，距澆口越遠(yuǎn)遠(yuǎn)，溫度越低低。澆口附近近應(yīng)加強(qiáng)冷卻卻，將冷卻回回路的入口設(shè)設(shè)在澆口處，，冷卻水首先先通過(guò)澆口附附近，圖10—15。(a)側(cè)澆口冷卻回回路的布置，，(b)多個(gè)點(diǎn)澆口冷冷卻回路的布布置。14、應(yīng)避免將冷卻卻管道開(kāi)設(shè)在在塑件熔合的的部位。當(dāng)采采用多澆口進(jìn)進(jìn)料或者型腔腔形狀復(fù)雜時(shí)時(shí)，多股熔體體在匯合處將將產(chǎn)生熔合紋紋。在熔合紋紋處的溫度一一般較其他部部位的低，為為了不致使溫溫度進(jìn)一步下下降，保證熔熔合質(zhì)量，應(yīng)應(yīng)盡可能不在在熔合紋部位位開(kāi)設(shè)冷卻管管道。16、進(jìn)口、出口水水管接頭的位位置應(yīng)盡可能能設(shè)在模具的的同一側(cè)。為為了不影響操操作，通常將將進(jìn)口、出口口水管接頭設(shè)設(shè)在注射機(jī)背背面的模具一一側(cè)。15、注意水管的密密封問(wèn)題，以以免漏水。冷冷卻管道應(yīng)避避免穿過(guò)鑲塊塊，否則在接接縫處漏水，，若必須通過(guò)過(guò)鑲塊時(shí)，應(yīng)應(yīng)加設(shè)套管密密封。第四節(jié)冷冷卻回路的形形式一、凹模冷卻卻回路①圖10—16最簡(jiǎn)單的直流流冷卻回路，，采用軟管將將直通的管道道連接起來(lái)。。這種單層的的冷卻回路通通常用于較淺淺的型腔。②為了避免設(shè)置置外部接頭，，冷卻管道之之間可以采用用內(nèi)部鉆孔的的方法溝通，，非進(jìn)出口均均用螺塞堵住住，并用堵頭頭或隔板使冷冷卻水沿所規(guī)規(guī)定的回路流流動(dòng)，圖10—17。(a)用堵頭來(lái)控制制冷卻水流向向，(b)采用隔板來(lái)控控制冷卻水流流向。(b)大面積的淺型型腔，若采用用單一的冷卻卻回路，則型型腔左右兩側(cè)側(cè)會(huì)產(chǎn)生明顯顯的溫差，因因冷卻水從型型腔一側(cè)流向向另一側(cè)時(shí)溫溫度會(huì)逐漸增增加。改進(jìn)方方法：采用兩兩條左右對(duì)稱(chēng)的冷卻卻回路，且兩兩條冷卻回路路的入口均靠靠近澆口處，，保證型腔表表面的溫度分分布均勻。③冷卻回路應(yīng)盡盡可能按照型型腔的形狀布布置，對(duì)于側(cè)側(cè)壁較厚的型型腔，如圓筒筒形和矩形塑塑料制件凹模模型腔，通常常分層設(shè)置布布局相同的矩矩形冷卻回路路，對(duì)型腔側(cè)側(cè)壁進(jìn)行冷卻卻，圖10-18。④凹模通常是以以鑲塊的形式式鑲?cè)肽０逯兄械摹?duì)于矩矩形鑲塊，仍仍可像上述的的例子在模板板上或者在鑲鑲塊上用鉆孔孔的方法得到到矩形冷卻回回路。對(duì)于圓圓形鑲塊，一一般不宜在鑲鑲塊上鉆出冷冷卻孔道，此此時(shí)可在圓形形鑲塊的外圓圓上開(kāi)設(shè)環(huán)形形冷卻水溝槽槽，圖10—19。(a)結(jié)構(gòu)比(b)好，(a)中冷卻水與三三個(gè)傳熱表面面相接觸，而而(b)中冷卻水只與與一個(gè)傳熱表表面接觸。二、型芯冷卻卻回路很淺的型芯，，型芯的下部部開(kāi)設(shè)單層冷冷卻回路，圖圖10-20；中等高度的的型芯，可在在型芯上開(kāi)出出一排矩形冷冷卻溝槽構(gòu)成成冷卻回路，，圖10-21；較高的型芯芯，用單層冷冷卻回路已不不能使冷卻水水迅速地冷卻卻型芯的表面面，應(yīng)設(shè)法使使冷卻水在型型芯內(nèi)循環(huán)流流動(dòng)。1．臺(tái)階式管道道冷卻法圖10—18，型芯內(nèi)靠近近表面的部位位開(kāi)設(shè)出冷卻卻管道，形成成臺(tái)階式冷卻卻回路。由于于需要在型芯芯的側(cè)壁開(kāi)設(shè)設(shè)平行于型芯芯上表面的管管道以溝