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

注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁(yè)!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。注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁(yè)!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)力開裂傾向越大，故從減小應(yīng)力開裂的角度出發(fā)，降低模溫是有利的。但對(duì)于聚碳酸酯一類高黏度無(wú)定形塑料，其應(yīng)力開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)力開裂傾向。注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁(yè)!

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。

注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁(yè)!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)注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁(yè)!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型腔時(shí)起到可以開模取出制件的這一段時(shí)間。

可開模的標(biāo)準(zhǔn)：塑件已充分固化，具有一定的強(qiáng)度和剛度，開模推出時(shí)不致變形開裂。注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁(yè)!(1)塑件最大壁厚中心部分溫度達(dá)到熱變形溫度時(shí)所需的冷卻時(shí)間t1(s)為(10-4)式中S——塑件的壁厚，mm；

α1——塑料熱擴(kuò)散率，mm2／s；某些常用塑料的α1值見表10-2；

θc——塑料注射溫度，℃；θM——模具溫度，℃；θ1——塑料的熱變形溫度，℃；附錄3給出了在一定溫度下塑料試樣的熱變形溫度，但不是生產(chǎn)應(yīng)用時(shí)的熱變形溫度，確定θ1時(shí)還應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)。注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁(yè)!①聚乙烯(棒類)（10-6）

（板類）（10-7）

以上兩式的適用范圍是θc=193．3～248．9℃，θM=4．4～79．4℃。②聚丙烯(棒類)（10-8）

（板類）（10-9）

注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁(yè)!二、冷卻管道傳熱面積及管道數(shù)目的簡(jiǎn)易計(jì)算

忽略模具因空氣對(duì)流、熱輻射以及與注射機(jī)接觸所散發(fā)的熱量，則模具冷卻時(shí)所需冷卻介質(zhì)的體積流量可按下式計(jì)算（10-12）式中qv——冷卻介質(zhì)的體積流量，m3／min；W——單位時(shí)間(每分鐘)內(nèi)注入模具中的塑料質(zhì)量，kg／min；Q1——單位重量的塑件在凝固時(shí)所放出的熱量，kJ／kg；ρ——冷卻介質(zhì)的密度，kg／m3；c1——冷卻介質(zhì)的比熱容，kJ／(kg·℃)；θ1——冷卻介質(zhì)出口溫度，℃；θ2——冷卻介質(zhì)進(jìn)口溫度，℃。注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁(yè)!式中h——冷卻管道孔壁與冷卻介質(zhì)之間的傳熱膜系數(shù)，kJ／(m2·h．℃)；Δθ——模溫與冷卻介質(zhì)溫度之間的平均溫差，℃。h可由式(10-2)求得，其中

(10-15)式中λ——冷卻介質(zhì)的熱導(dǎo)率，kJ／(m2·h．℃)；c1——冷卻介質(zhì)的比熱容，kJ／(kg·℃)；μ——冷卻介質(zhì)的黏度，Pa·s；注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁(yè)!例某注射模成型聚丙烯塑件，產(chǎn)量為50kg／h，用20℃的水作為冷卻介質(zhì)，其出口溫度為27℃，水呈湍流狀態(tài)，若模具平均溫度為40℃，模具寬度為300mm，求冷卻管道直徑及所需冷卻管道孔數(shù)。

解：(1)求塑料制件在固化時(shí)每小時(shí)釋放的熱量Q

查表10-4得聚丙烯的單位熱流量故

注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁(yè)!(5)求冷卻管道孔壁與冷卻介質(zhì)之間的傳熱膜系數(shù)h查表10—5，取f=7.22(水溫為30℃時(shí))，再由式(10-2)得(6)求冷卻管道總傳熱面積A由式(10—14)得注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁(yè)!三、冷卻管道的詳細(xì)計(jì)算

一般的注射模冷卻管道設(shè)計(jì)中，采用上節(jié)所介紹的簡(jiǎn)易計(jì)算已足夠。但對(duì)于精密和復(fù)雜的大型注射模，有必要較全面地考察冷卻過(guò)程的冷卻影響因素，進(jìn)行較為深入的設(shè)計(jì)計(jì)算。1．單位時(shí)間里型腔內(nèi)的總熱量Q總熱量Q(kJ/h)為(10-18)

式中W——單位時(shí)間內(nèi)注入型腔中的塑料質(zhì)量，kg／h；

N——每小時(shí)注射次數(shù)；

G——每次塑料的注射量，kg；

Q1——單位質(zhì)量的塑料制件從熔體進(jìn)入型腔開始到冷卻結(jié)束時(shí)所放出的熱量，kJ／kg；又稱為單位熱流量之差或熱焓之差。注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁(yè)!2．通過(guò)自然冷卻所散發(fā)的熱量Qc、QR、QL（1）由對(duì)流所散發(fā)的熱量Qc(kJ／h)（10-20）

式中AM——模具表面積，m2；θ2M——模具平均溫度，℃；θ0——室溫，℃；h1——傳熱系數(shù)，kJ／(m2·h．℃)。當(dāng)0℃<θ2M<300℃時(shí)，由實(shí)驗(yàn)得

(10-21)將式(10—21)代人式(10—20)中得到(10-22)注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁(yè)!式中ε——輻射率，磨光表面ε=0.04～0.05，一般加工面ε=0.80~0.90，毛坯表面ε=1.0。(3)向注射機(jī)工作臺(tái)所傳遞的熱量QL(kJ/h))

(10-26)

式中AM3——模具與工作臺(tái)接觸面積，m2；

h2——傳熱系數(shù)，可以使用如下經(jīng)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(如熱流道模具等)在模具固定板與工作臺(tái)板之間使用隔熱墊時(shí)，傳熱系數(shù)為（10-27）

注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁(yè)!Rv=值得注意的是，式(10—29)僅適用于具有相同進(jìn)口及出口截面的兩平行平面的傳熱情況，在注射模中型腔壁并不一定與冷卻水管壁的面積相等。為此，以型腔壁(a×b)為熱表面，冷卻水管壁(A×B)為冷表面，圖10—3，建立熱阻數(shù)學(xué)模型如下從式（10-29）知，當(dāng)Q2一定時(shí)，的值越大，溫差越大，將定義為熱傳導(dǎo)力，以Rv(h.℃/KJ)表示，即（10-30）注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁(yè)!對(duì)于型芯內(nèi)部的冷卻水管，圖10—4，用類似方法可得Rv為(10-35)式中c——型芯長(zhǎng)度，m；d1、d2——分別為型芯內(nèi)、外徑，m；型芯內(nèi)徑在這時(shí)即為冷卻水管的直徑。注射模中，圍繞著型腔往往有多個(gè)冷卻水管，該型腔與每一個(gè)冷卻水管之間熱阻單獨(dú)計(jì)算，則相應(yīng)的總熱阻為（10-36）注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁(yè)!

(10-39)仿照式(10—18)有

(10-40)式中QG和QK——凹模和型芯所要帶走的熱量；

GG,和GK——凹模和型芯所要承擔(dān)的制件重量，kg。GG,、GK的計(jì)算方法：①以塑件壁厚的中性面作為凹模和型芯冷卻的交界面來(lái)計(jì)算。②圓筒形塑件，實(shí)驗(yàn)表明約Q2被凹模帶走，Q2被型芯帶走。③采用如下分配方案

（10-41）。

注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁(yè)!注意：式(10-42)用的是(θ1—θ3)M，不是(θ1—θ3)。原因：注射過(guò)程中，θ1從θlmax→θ1min，而θ3從θ3min→θ3max→θ3min，呈周期性變化，須采用平均溫度的概念來(lái)表征該冷卻過(guò)程的溫度水平。

如果凹模和型芯與塑件的接觸面積分別為fG和fK，則有（10-43）

由傳熱學(xué)可知，當(dāng)兩種介質(zhì)進(jìn)行熱變換時(shí)，一處溫度升高，另一處溫度降低，它們的溫差平均值應(yīng)采用對(duì)數(shù)平均值，即注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁(yè)!式(10-44)中，塑料熔體注入溫度θlmax由注射工藝確定，每一種塑料的型腔壁最佳平均溫度θ3M可以選定，型腔壁中實(shí)際溫度波動(dòng)值θ3a(比如±10℃)也可以設(shè)定，由式(10-45)和式(10-46)得到θ3min和θ3max(注意θ3min應(yīng)大于冷卻水人口溫度)，(θl—θ3)M可由式(10-42)或式(10-43)求得，于是用式(10-44)求出制件脫模溫度θlmin。因式(10-44)不便于計(jì)算，圖10-5給出了基于式(10-44)的曲線圖，由橫坐標(biāo)(θ1—θ3)M上與縱坐標(biāo)(θ1max—θ3min)上兩數(shù)值的交點(diǎn)，就可找到差值(θlmin—θ3max)，從而也就得到了θ1min。由上法獲得的制件脫模溫度θ1min若過(guò)高(高于合理的推出溫度)，可改變?chǔ)?a的值，重新計(jì)算，以減小θ1min。注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁(yè)!根據(jù)qv值，可由表10—1查找所需冷卻水管直徑d和最低流速vmin。冷卻水的平均流速(m／s)為（10-48）實(shí)際上，管徑d=0.008~0.025m，此時(shí)流速v=0.5~5m/s。7．冷卻水管壁與冷卻水交界面?zhèn)鳠崮は禂?shù)h3在雷諾數(shù)Re>6000時(shí)，冷卻水處于穩(wěn)定湍流狀態(tài)，這時(shí)冷卻水管壁與冷卻水交界面?zhèn)鳠崮は禂?shù)h3[kJ／(m2·h．℃)]可用如下公式計(jì)算(10-49)

注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁(yè)!8．所需冷卻水管的表面積Ф冷卻水是以對(duì)流方式進(jìn)行熱傳遞的，故有將式(10-49)代人上式，并求出Ф(m2)，則有(10-51)或采用簡(jiǎn)化公式注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁(yè)!10．冷卻水流動(dòng)狀態(tài)的校核冷卻水的流動(dòng)狀態(tài)是處于層流還是湍流，其冷卻效果會(huì)相差10～20倍。因此，在設(shè)計(jì)中，應(yīng)對(duì)凹模和型芯的冷卻水流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行校核，其校核公式為(10-54)式中η——水的運(yùn)動(dòng)黏度，m2／s；其數(shù)值可由圖10-8查出。注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁(yè)!解:(1)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備塑件大側(cè)面積為2×42．5×20=1700cm2，塑件職小側(cè)面為2×27．5×20=1100cm2，底面積為40×25=1000cm2，由此得到塑件質(zhì)量為

加上流道凝料的消耗，故一次注射量G取為0．50kg。

由表10-4查得HDPE的單位熱流量Q1=755kJ/kg。注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁(yè)!根據(jù)式(10-25)，輻射所散發(fā)的熟量QR為根據(jù)式(10-26)，注射機(jī)工作臺(tái)所傳遞的熱量QL為根據(jù)式(10-38)，應(yīng)由冷卻系統(tǒng)從模具中帶走的熱量Q2為注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁(yè)!設(shè)θlmax=230℃，θ3max=70℃，θ3min=50C，則θ3M=60℃，由(θ1--θ3)M=51℃，(θlmax--θ3min)=180℃，查圖10—5所示曲線，得θ1min--θ3max=6℃，即得θ1min=76℃。2^凹模所需冷卻水管直徑設(shè)θ5in=18℃，θ50ut=23℃，則θ5M=20．5℃，據(jù)式(10—47)有由qv查表10-1得水管直徑d=25mm，冷卻水最低流速v=0.53m/s。據(jù)式（10-48），同樣可算得注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁(yè)!5^凹模冷卻水管回路的總傳熱面積據(jù)式(10-51)6^凹模所需冷卻水管長(zhǎng)度據(jù)式(10-53)，有據(jù)圖10-9中冷卻水管的設(shè)計(jì)，凹模中水管實(shí)際總長(zhǎng)約5m，故完全能滿足冷卻要求。7^雷諾數(shù)Re值的校核當(dāng)θ5M=20．5℃時(shí)，由圖10-8查得水的運(yùn)動(dòng)黏度η=1.0×10—6m2／s，由計(jì)算已知v=0.53m／s，d=0.025m，據(jù)式(10-54)有注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁(yè)!第三節(jié)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則2、注意凹模和型芯的熱平衡。有些塑件的形狀能使塑料散發(fā)的熱量等量地被凹模和型芯所吸收。但是極大多數(shù)塑件的模具都有一定高度的型芯以及包圍型芯的凹模，對(duì)于這類模具，凹模和型芯所吸收的熱量是不同的。這是因?yàn)樗芗诠袒瘯r(shí)因收縮包緊在型芯上，塑件與凹模之間會(huì)形成空隙，這時(shí)絕大部分的熱量將依靠型芯的冷卻回路傳遞，加上型芯布置冷卻回路的空間小，還有推出系統(tǒng)的干擾，使型芯的傳熱變得更加困難。因此，在冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，要把主要注意力放在型芯的冷卻上。1、冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)先于推出機(jī)構(gòu)，這樣才能得到較好的冷效果。注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁(yè)!5、模具中冷卻水溫度升高會(huì)使熱傳遞減小，精密模具出入口水溫相差應(yīng)在2℃以內(nèi)，普通模具也不要超過(guò)5℃。從壓力損失觀點(diǎn)出發(fā)，冷卻回路的長(zhǎng)度應(yīng)在1.2—1.5m以下，回路的彎頭數(shù)目不希望超過(guò)5個(gè)。圖10-10。6、凹模與型芯的冷卻情況不同，一般應(yīng)采用兩條冷卻回路分別冷卻凹模與型芯。注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁(yè)!9、收縮率大的塑件模具中，應(yīng)沿其收縮方向設(shè)置冷卻回路。圖10—11方形PE塑件，采用中心直接澆口，從澆口的放射線及與其垂直的方向上均會(huì)引起收縮。此時(shí)應(yīng)在和收縮相對(duì)應(yīng)的中心部通冷卻水，外側(cè)通經(jīng)漩渦狀冷卻回路熱交換過(guò)的溫水。注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁(yè)!11、合理地確定冷卻管道的中心距及冷卻管道與型腔壁的距離。圖10—12，(a)布置的冷卻管道間距合理，保證了型腔表面溫度均勻分布，(b)開設(shè)的冷卻管道直徑太小、間距太大，型腔表面的溫度變化很大(53．33~61．65℃)。冷卻管道與型腔壁的距離太大會(huì)使冷卻效率下降，而距離太小又會(huì)造成冷卻不均勻。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)：一般冷卻管道中心線與型腔壁的距離應(yīng)為冷卻管道直徑的1～2倍，冷卻管道的中心距約為管道直徑的3—5倍。注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁(yè)!13、應(yīng)加強(qiáng)澆口處的冷卻。熔體充模時(shí)，澆口附近的溫度最高。一般來(lái)說(shuō)，距澆口越遠(yuǎn)，溫度越低。澆口附近應(yīng)加強(qiáng)冷卻，將冷卻回路的入口設(shè)在澆口處，冷卻水首先通過(guò)澆口附近，圖10—15。(a)側(cè)澆口冷卻回路的布置，(b)多個(gè)點(diǎn)澆口冷卻回路的布置。注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁(yè)!第四節(jié)冷卻回路的形式一、凹模冷卻回路①圖10—16最簡(jiǎn)單的直流冷卻回路，采用軟管將直通的管道連接起來(lái)。這種單層的冷卻回路通常用于較淺的型腔。②為了避免設(shè)置外部接頭，冷卻管道之間可以采用內(nèi)部鉆孔的方法溝通，非進(jìn)出口均用螺塞堵住，并用堵頭或隔板使冷卻水沿所規(guī)定的回路流動(dòng)，圖10—17。注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁(yè)!③冷卻回路應(yīng)盡可能按照型腔的形狀布置，對(duì)于側(cè)壁較厚的型腔，如圓筒形和矩形塑料制件凹模型腔，通常分層設(shè)置布局相同的矩形冷卻回路，對(duì)型腔側(cè)壁進(jìn)行冷卻，圖10-18。注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁(yè)!二、型芯冷卻回路很淺的型芯，型芯的下部開設(shè)單層冷卻回路，圖10-20；中等高度的型芯，可在型芯上開出一排矩形冷卻溝槽構(gòu)成冷卻回路，圖10-21；較高的型芯，用單層冷卻回路已不能使冷卻水迅速地冷卻型芯的表面，應(yīng)設(shè)法使冷卻水在型芯內(nèi)循環(huán)流動(dòng)。注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁(yè)!2．斜交叉管道冷卻法

圖10-22，采用斜向交叉的冷卻管道在型芯內(nèi)形成冷卻回路。對(duì)于寬度較大的型芯還可以采用幾組斜交叉冷卻管道并將它們串聯(lián)在一起。注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第36頁(yè)!4.噴流式冷卻法

圖10-24，型芯中間裝有一個(gè)噴水管，冷卻水從噴水管中噴出，分流后向四周流動(dòng)以冷卻型芯壁。對(duì)于中心澆口的單腔模具，這種方式的冷卻效果很好，從噴水管噴的冷卻水直接冷卻型芯壁溫度最高的部位(此處正對(duì)著澆口)。這種冷卻方式適合于高度大而直徑小的型芯冷卻。注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第37頁(yè)!

對(duì)細(xì)小型芯，不可能在型芯內(nèi)直接設(shè)置冷卻水路，不采用其他冷卻方法會(huì)使型芯過(guò)熱。圖10-26為一種細(xì)小型芯的間接冷卻方法，即在型芯中心壓人熱傳導(dǎo)性能好的軟銅或鈹銅芯棒，并將芯棒的一端伸人到冷卻水孔中冷卻。注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第38頁(yè)!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)效率的影響注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第39頁(yè)!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）注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第40頁(yè)!

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，只能在滿足模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的情況下盡量多開設(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)之間的溫度差注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第41頁(yè)!b、塑料的注射溫度不變，且塑件內(nèi)、外表面的溫度在充模時(shí)降低到模具的溫度并維持恒定。由此建立一維導(dǎo)熱微分方程為

求解上式，并簡(jiǎn)化，得到冷卻時(shí)間t1的解析表達(dá)式。同理可得第二條準(zhǔn)則的冷卻時(shí)間t2的簡(jiǎn)化公式。第三條準(zhǔn)則中的冷卻時(shí)間t3依靠經(jīng)驗(yàn)獲得。（10-3）

上述的條準(zhǔn)則，假定：a、塑件的溫度只沿垂直于模壁的方向傳遞，即簡(jiǎn)化成一維導(dǎo)熱問題，圖10—l。注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第42頁(yè)!(2)塑件截面內(nèi)平均溫度達(dá)到規(guī)定的塑件出模溫度時(shí)所需要的冷卻時(shí)間t2(s)為(10-5)式中θ2——截面內(nèi)平均溫度，℃。(3)結(jié)晶形塑料制件的最大壁厚中心溫度達(dá)到固熔點(diǎn)時(shí)所需的冷卻時(shí)間t3(s)注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第43頁(yè)!

以上兩式的適用范圍是θc=232．2～282．2℃，θM=4．4～79．4℃。③聚甲醛(棒類)（10-10）

（板類）（10-11）

以上兩式的適用范圍是θc>190℃，θM<125℃。式(10-6~11)中，θc為棒類或板類塑件的初始成型溫度(℃)；θM為模具溫度(℃)；R為棒類塑件的半徑(cm)；S為板類塑件的厚度(cm)。注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第44頁(yè)!Q1可表示為

（10-13）

式中c2——塑料的比熱容，kJ／(kg·℃)；θ3、θ4——分別為塑料熔體的溫度和推出前塑件的溫度，℃；u——結(jié)晶形塑料的熔化潛熱，kJ／kg。

冷卻管道總傳熱面積A(m2)可用如下公式計(jì)算（10-14）注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第45頁(yè)!

(10-16)v——冷卻介質(zhì)的流速，m／s；qv——冷卻介質(zhì)的體積流量，m3／s；d——冷卻管道的直徑，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)開設(shè)的冷卻管道的孔數(shù)為

(10-17)

式中L——冷卻管道開設(shè)方向上模具長(zhǎng)度或?qū)挾?，m。注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第46頁(yè)!(2)求冷卻水的體積流量由式(10—12)得（3）求冷卻管道直徑d，查表10-1，為使冷卻水處于湍流狀態(tài)，取d=25mm

(4)求冷卻水在管道內(nèi)的流速v由式(10—16)得注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第47頁(yè)!(7)求模具上應(yīng)開設(shè)的冷卻管道的孔數(shù)n由式(10—17)得注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第48頁(yè)!總熱量Q(kJ/h)為

(10-18)式中W——單位時(shí)間內(nèi)注入型腔中的塑料質(zhì)量，kg／h；

N——每小時(shí)注射次數(shù)；

G——每次塑料的注射量，kg；

Q1——單位質(zhì)量的塑料制件從熔體進(jìn)入型腔開始到冷卻結(jié)束時(shí)所放出的熱量，kJ／kg；又稱為單位熱流量之差或熱焓之差。對(duì)于某些塑料，可從圖10-2中得到不同溫度下的熱焓量，也可以由下式近似求得

(10-19)式中c2——塑料的比熱容，kJ／(kg·℃)；u——結(jié)晶形塑料的熔化潛熱，KJ／kg；c2和u可查閱表10-3；θ1max、θ1min——分別為進(jìn)入型腔的熔體溫度和冷卻結(jié)束時(shí)塑件的溫度，℃。表10—4中也給出了常用塑料Ql的近似值。注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第49頁(yè)!

注意：上式中AM除了模具暴露在空氣中的四個(gè)側(cè)表面積外，還包括動(dòng)模和定模兩個(gè)分型面的表面積，由于只有開模狀態(tài)下，動(dòng)、定模兩個(gè)分型面才會(huì)散發(fā)熱量，故有（10-23）

式中AMl——模具的四個(gè)側(cè)表面積，m2；

AM2——模具兩個(gè)分型面表面積，m2；

h1——開模率，定義為式中t——注射成型周期，s；

t1——注射時(shí)間，s；可參見表6—2；

t2——制品冷卻時(shí)間，s；可參見表10-6。（2）由輻射所散發(fā)的熱量QR(kJ/h)

(10-24)

(10-25)

注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第50頁(yè)!式中h2s——采用隔熱墊后的傳熱系數(shù)，kJ／(m2·h·℃)；h2——不采用隔熱墊時(shí)的傳熱系數(shù)，kJ／(m2·h．℃)；δs——隔熱墊厚度，m；λs——隔熱材料的熱導(dǎo)率，石棉板約為0．561kJ／(m.h．℃)；λM——模具材料的熱導(dǎo)率，kJ／(m·h．℃)；參見表10-7；HM——模具總高度的一半，m。3．模板的熱傳導(dǎo)阻力型腔內(nèi)塑件的絕大部分熱量Q2是通過(guò)模板由型腔壁傳遞給冷卻水管壁的。在兩個(gè)平面間流動(dòng)的熱量可用傅里葉方程予以描述(10-29)式中λ——模板的熱導(dǎo)率，KJ/(m.h.℃)；δ——模具型腔壁與冷卻水管壁之間的距離，m；φ——型腔與冷卻水管壁之間的傳熱面積，m2；θ3M——型腔壁的平均溫度，℃；θ4M——冷卻水管壁的平均溫度，℃；Δθ——兩平行平面間的溫差，℃。注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第51頁(yè)!(10-31)則型腔壁與冷卻水管壁之間的熱阻為

(10-32)

求解式（10-32），得

(A/B≠a/b)

（10-33）或者（A/B=a/b時(shí)）

注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第52頁(yè)!式中Rv——總熱阻；

Rvi——型腔與每個(gè)水管之間的熱阻；

n——型腔所對(duì)應(yīng)的冷卻管道數(shù)。因此，此時(shí)可將式(10-29)改寫為(10-37)式中Q2——每小時(shí)冷卻水應(yīng)帶走的熱量，KJ/h；

Rv——總熱阻，h·℃/KJ；

θ3M——型腔壁的平均溫度，℃θ4M——冷卻水管壁的平均溫度，℃4．由冷卻管道帶走的熱量Q2

單位時(shí)間內(nèi)制件中由冷卻水管帶走的熱量Q2應(yīng)為Q2=Q一(Qc+QR+QL)式中Q——型腔內(nèi)需傳遞的總熱量。模具工作過(guò)程中，Q2應(yīng)分別由凹模和型芯的冷卻系統(tǒng)帶走，因此分解為Q2G和Q2K兩部分，其表達(dá)式分別為注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第53頁(yè)!④根據(jù)塑件形狀，凹模與型芯的冷卻管道設(shè)置的情況，結(jié)合自己的經(jīng)驗(yàn)和冷卻原則的指導(dǎo)，來(lái)分配Q2G和Q2K，以符合實(shí)際情況。5．冷卻過(guò)程中塑件和模壁的溫度設(shè)在冷卻過(guò)程中塑件的溫度為θ1、模壁的溫度為θ3，它們之間存在著溫度差，Q2才從模具中通過(guò)冷卻系統(tǒng)散發(fā)出去，Q1與(θ1—θ3)的關(guān)系可由下式確定即

（10-42）式中fz——塑件的表面積(m2)；

β——有效傳熱率；，t1為注射時(shí)間(s)；t2為冷卻時(shí)間(s)，t3為注射周期；

h2——塑件與模具間的傳熱系數(shù)，h2可取11549kJ／(m2·h．℃)；(θl—θ3)M——塑件與型腔壁溫差的平均值注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第54頁(yè)!也即（10-44）

式中θ1max——塑料熔體注入溫度，℃；θ1min——塑件脫模溫度，℃；θ3max——型腔壁溫度波動(dòng)的上限，℃；θ3min——型腔壁溫度波動(dòng)的下限，℃。從式(10-37)知，θ3M為型腔壁的平均溫度，設(shè)型腔壁溫度的波動(dòng)值為θ3a，則有

(10-45)

(10-46)

注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第55頁(yè)!6.所需冷卻水量qv、管徑d和流速v由冷卻水管帶走的熱量Q2將使冷卻水溫度上升，由傳熱公式有式中qv——所需冷卻水的體積流量，m3/h；θ5out——冷卻水出口溫度，℃；θ5in——冷卻水人口溫度，℃；ρ——冷卻水平均溫度θ5M時(shí)水的密度，kg／m3；，c1——冷卻水平均溫度θ5M時(shí)水的比熱容，kJ／kg·℃；‘

Q2——單位時(shí)間冷卻水帶走的熱量，KJ/hθ5out、θ5in由經(jīng)驗(yàn)設(shè)定，精密模具中，冷卻水出入口溫差冷卻水出人口溫差(θ5out-θ5in)應(yīng)在2℃以內(nèi)。注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第56頁(yè)!式中θ5M——冷卻水的平均溫度，℃；

v——冷卻水的平均流速，m／s；

d——冷卻水管直徑，m。d0.13與v0.87的值可從圖10—6和圖10—7中查到。對(duì)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，也可以利用式(10-2)求h3，當(dāng)平均水溫在20℃以上，雷諾數(shù)Re=6000～10000時(shí)，式(10-49)與式(10-2)之間的誤差在±2％以內(nèi)。注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第57頁(yè)!（10-52）式中Q2——單位時(shí)間內(nèi)冷卻水帶走的熱量，kJ／h；θ4M——冷卻水管壁的平均溫度，℃；由式(10-37)所求；θ5M——冷卻水平均溫度，℃。由式(10-51)或式(10-52)計(jì)算得到的冷卻水管的表面積Φ值，其大致標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)接近于或大于制件與型腔相接觸的面積9．所需冷卻水管的總長(zhǎng)度L(m)由式Φ=πdL可得(10-53)式中，各符號(hào)含義皆同式(10-51)。注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第58頁(yè)!11．冷卻水壓降的計(jì)算為使冷卻水處于穩(wěn)定的湍流狀態(tài)，在其他條件不變時(shí)，提高冷卻水的流速v最為有效。但當(dāng)流速v過(guò)大時(shí)，流動(dòng)阻力大增；冷卻回路過(guò)長(zhǎng)，也會(huì)增大流動(dòng)阻力。設(shè)計(jì)時(shí)必須對(duì)模具內(nèi)每組冷卻回路中保證穩(wěn)定湍流所需的壓力降進(jìn)行計(jì)算，以校核在實(shí)際中能否提供所必須的壓力降。計(jì)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——冷卻回路因孔徑變化或改變方向引起局部阻力的當(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，用以生產(chǎn)HDPE筐簍，其結(jié)構(gòu)及尺寸在圖中已標(biāo)注。已知制件厚度為1．5mm，且四側(cè)面均有30％的網(wǎng)孔，試設(shè)計(jì)該模具的冷卻系統(tǒng)，求出所需冷卻水管直徑d、傳熱面積Φ、冷卻回路長(zhǎng)度L，并校驗(yàn)該冷卻回路是否處于穩(wěn)定湍流狀態(tài)？注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第59頁(yè)!設(shè)注射時(shí)間t1=5s，冷卻時(shí)間t2=8s，開模取件時(shí)間為7s，得注射周期t=20s，由此得到每小時(shí)注射次數(shù)N=3600／20=180。將以上數(shù)據(jù)代人式(10—18)得單位時(shí)間內(nèi)型腔總熱量為Q=180×755×0．50=67950kJ/h由圖中尺寸可知，模具四側(cè)面積AMl=1．68m2，分型面面積AM2=0．90m2，開模率ηh為故散熱表面積為設(shè)模具平均溫度θ2M=60℃，室溫θ0=20℃，根據(jù)式（10-22），對(duì)流散發(fā)的熱量Qc為注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第60頁(yè)!Q2應(yīng)分別由凹模和型芯的冷卻回路帶走，采用式(10-41)的分配方案，有(2)計(jì)算凹模冷卻回路的有關(guān)參數(shù)1^制件與型腔壁溫度差的平均值根據(jù)式(10-43)，有注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第61頁(yè)!3^熱阻計(jì)算用式(10-33)分別計(jì)算型腔壁與每一個(gè)冷卻水管之間的模具熱阻，這里對(duì)計(jì)算過(guò)程不作詳細(xì)討論，結(jié)果有

取鋼材的熱導(dǎo)率入=176kJ／(m·h·℃)，則即Rv=0.00072h.℃/KJ4^冷卻水管壁的平均溫度據(jù)式(10-37)，有注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第62頁(yè)!故水的流動(dòng)屬于穩(wěn)定湍流，有良好的冷卻效果。8^冷卻回路壓降計(jì)算由圖10-9可知，凹模的冷卻回路有12次90o的轉(zhuǎn)彎，得Le=12×30d=9.0m，再將其他已知數(shù)據(jù)代人式(10—55)得該壓力遠(yuǎn)小于一般自來(lái)水壓力（建設(shè)部規(guī)定：表前壓力為0.14MPa），故該方案可靠。（3)計(jì)算型芯冷卻回路的有關(guān)參數(shù)(略)注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第63頁(yè)!3、簡(jiǎn)單模具，可先設(shè)定冷卻水出入口的溫度，然后計(jì)算冷卻水的流量、冷卻管道直徑、保證湍流的流速及維持這一流速所需的壓力降便已足夠。復(fù)雜而又精密的模具，則應(yīng)做詳細(xì)計(jì)算。4、生產(chǎn)批量大的普通模具和精密模具在冷卻方式上應(yīng)有差異，對(duì)于大批量生產(chǎn)的普通塑件，可采用快冷以獲得較短的循環(huán)注射周期?？炖洌菏估鋮s管道靠近型腔布置，采用較低的模具溫度。精密塑件需要有精確的尺寸公差和良好的力學(xué)性能，須采用緩冷，即模具溫度較高，冷卻管道的尺寸和位置也應(yīng)適應(yīng)緩冷的要求。注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第64頁(yè)!7、當(dāng)模具僅設(shè)一個(gè)入水接口和一個(gè)出水接口時(shí)，應(yīng)將冷卻管道進(jìn)行串聯(lián)連接，若采用并聯(lián)連接，由于各回路的流動(dòng)阻力不同，很難形成相同的冷卻條件。當(dāng)需要并聯(lián)連接時(shí)，則需在每個(gè)回路中設(shè)置水量調(diào)節(jié)泵及流量計(jì)。8、采用多而細(xì)的冷卻管道，比采用獨(dú)根大冷卻管道好。因?yàn)槎喽?xì)的冷卻管道擴(kuò)大了模溫調(diào)節(jié)的范圍，但管道不可太細(xì)，以免堵塞，一般管道的直徑為8～25mm。注塑成型工藝第十章注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第65頁(yè)!10、普通模具的冷卻水應(yīng)采用常溫下的水，通過(guò)調(diào)節(jié)水流量來(lái)調(diào)節(jié)模具溫度。小型塑件，由于其注射時(shí)間和保壓時(shí)間都較短，成型周期主要由冷卻時(shí)間決定，為了提高成型效率，可以采用經(jīng)過(guò)冷卻的水進(jìn)行冷卻，目前常用經(jīng)冷凍機(jī)