1、第九章溫度調(diào)控系統(tǒng)，簡(jiǎn)介：本章介紹模具溫度調(diào)控系統(tǒng)的功能；模具冷卻系統(tǒng)參數(shù)的計(jì)算；冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則，冷卻水通道在模具中的位置，以及各種冷卻水通道的設(shè)計(jì)；供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)(包括電加熱、純熱水或過(guò)熱熱水加熱、燃?xì)夂吞烊粴饧訜岬取?；模具溫度控制器簡(jiǎn)介，包括其功能和用途。第九章，溫度調(diào)控系統(tǒng)，學(xué)習(xí)目的和要求：使學(xué)生掌握加熱和冷卻裝置的設(shè)計(jì)和計(jì)算，理論聯(lián)系實(shí)際，正確設(shè)計(jì)注塑模具的加熱和冷卻系統(tǒng)。要點(diǎn)：冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)和加熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)。難點(diǎn)：冷卻系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。9.1概述、模具加熱方法：蒸汽加熱、熱油加熱、熱水加熱和電加熱，最常用的方法是電阻加熱；冷卻方式：常溫水冷、冷卻水強(qiáng)化冷卻或空氣

2、冷卻等。大多數(shù)采用常溫水冷。9.1.1模具溫度控制系統(tǒng)的功能：1。改善成型條件，2。穩(wěn)定產(chǎn)品的尺寸精度。提高產(chǎn)品的機(jī)械和物理性能。提高產(chǎn)品表面質(zhì)量表9-1，9.1.2模具的冷卻和加熱，并確定冷卻或加熱措施的原則。對(duì)于粘度低、流動(dòng)性好的塑料，可以用常溫水冷卻模具，通過(guò)調(diào)節(jié)水的流量來(lái)控制模具溫度。如果這種塑料制品的生產(chǎn)率很高，冷水也可以用來(lái)控制模具溫度。對(duì)于粘度高、流動(dòng)性差的塑料，經(jīng)常需要對(duì)模具采取加熱措施。對(duì)于低粘性流動(dòng)溫度或熔點(diǎn)的塑料，通常使用常溫水或冷水來(lái)冷卻模具。有時(shí)，模具溫度可以通過(guò)加熱措施來(lái)控制。對(duì)于高粘性流動(dòng)溫度或高熔點(diǎn)塑料，可使用溫水來(lái)控制模具溫度。對(duì)于熱固性塑料，模具必須加熱。由

3、于產(chǎn)品幾何形狀的影響，模具中產(chǎn)品的溫度不一定處處相等，因此可以采用局部加熱或局部冷卻來(lái)改善產(chǎn)品的分布。對(duì)于工藝較長(zhǎng)、壁厚較大的產(chǎn)品，或粘性流動(dòng)溫度或熔點(diǎn)不高但成型面積較大的產(chǎn)品，可對(duì)模具采取適當(dāng)?shù)募訜岽胧?。?duì)于工作溫度高于室溫的大型模具，可在模具中設(shè)置加熱裝置。為了實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)和控制模具溫度，必要時(shí)可在模具中同時(shí)設(shè)置加熱和冷卻裝置。對(duì)于小型薄壁產(chǎn)品，成型過(guò)程所需的模具溫度不太高，可以直接依靠自然冷卻。需要指出的是，模具中的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)會(huì)給注塑生產(chǎn)帶來(lái)一些問(wèn)題。因此，在設(shè)計(jì)模具和溫度控制系統(tǒng)時(shí)，我們必須找到防止它的方法。9.2模具冷卻系統(tǒng)的計(jì)算，9.2.1冷卻時(shí)間的計(jì)算，5檢查冷卻水入口和出口

4、之間的溫差。冷卻水進(jìn)出口溫差應(yīng)按下列公式進(jìn)行校核：溫差過(guò)大：冷卻效果好，冷卻不均勻，溫差?。豪鋮s效果差，冷卻均勻，9.3冷卻2。在保證模具材料足夠的機(jī)械強(qiáng)度的前提下，冷卻通道應(yīng)盡可能布置得緊密。3.冷卻水道的直徑應(yīng)大于8毫米，各水道的直徑應(yīng)盡可能相同，以避免因水道直徑不同而造成冷卻液流速不均勻。大中型模具一般要求冷卻液進(jìn)出口溫差控制在5以下，精密成型模具和多腔模具進(jìn)出口溫差控制在2 3以下，冷卻通道長(zhǎng)度控制在1.2 1.5m以下.因此，對(duì)于大中型模具，冷卻水通道可分為幾個(gè)獨(dú)立的回路，以增加冷卻液的流量，減少壓力損失，提高傳熱效率。5.的流速湍流傳熱比層流傳熱高10 20倍，因?yàn)樵趯恿髦?，冷卻劑

5、平行于冷卻水通道壁的同心層移動(dòng)，每個(gè)同心層就像一個(gè)絕緣體，阻礙了熱從模具向冷卻劑的散熱過(guò)程。6。產(chǎn)品的較厚部分應(yīng)特別冷卻。7.充分考慮所用模具材料的導(dǎo)熱性。一般來(lái)說(shuō)，根據(jù)機(jī)械強(qiáng)度選擇鋼作為模具材料。如果只考慮材料的冷卻效果，導(dǎo)熱率越高，從熔融塑料中吸收熱量越快，冷卻也越快(各種材料的數(shù)值見(jiàn)表9-3)。因此，鈹青銅(鈹-銅)可用于鑲嵌在冷卻液不能通過(guò)的模具中，必須加強(qiáng)冷卻。從表9-3可以看出，鈹青銅鈹銅合金材料的導(dǎo)熱系數(shù)是銅材料的1.1 3.3倍。9.3.2冷卻通道在模具中的位置。冷卻通道應(yīng)圍繞模具成型的產(chǎn)品，并盡可能均勻布置(如圖9-3所示)。如果模具采用鑲嵌結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品在嵌入的嵌件上成型(如圖

6、9-4所示)，如果成型產(chǎn)品的嵌件尺寸足夠大，可以通過(guò)加長(zhǎng)噴嘴將冷卻通道直接引入嵌件。(如圖9-5所示)，如果模具采用鑲嵌結(jié)構(gòu)，用于成型產(chǎn)品的嵌件為圓柱形，其冷卻方式可采用環(huán)形冷卻通道。值得注意的是，如圖9-6所示，該冷卻水通道的結(jié)構(gòu)要求在嵌件上安裝兩個(gè)形密封圈，因此嵌件與模板的配合精度非常高。如果間隙太大，密封環(huán)會(huì)因正壓不足而松動(dòng)，如果間隙太小，密封環(huán)會(huì)在裝配過(guò)程中被切斷(因?yàn)槊芊猸h(huán)的厚度必須高于鑲塊的表面)。核心還必須配備必要的冷卻通道。如圖9-8所示，空腔的凸起部分(只要凸起部分足夠大)也需要設(shè)置冷卻水通道。如圖9-9所示，只要側(cè)抽芯模具中側(cè)滑塊的尺寸足夠大，還必須提供冷卻水通道。如圖9-

7、10，9.3.3模板冷卻通道的設(shè)置，空腔直接加工在模板上，冷卻通道可以直接設(shè)置在模板上。如圖9-11、圖9-12和圖9-13所示，冷卻通道基本圍繞模腔，其產(chǎn)品在成型過(guò)程中的散熱效果比前兩種布置好得多。當(dāng)冷卻通道太長(zhǎng)，進(jìn)水口和出水口之間的溫差很大時(shí)，可以采用兩個(gè)(或多個(gè))獨(dú)立回路來(lái)保證其冷卻效果。如圖9-14所示，模具邊緣冷卻水通道的密封一般由紫銅或鉛制成，通過(guò)過(guò)盈配合密封。如圖9-15和圖9-16所示。成型部件通過(guò)嵌入件嵌入到模板中，冷卻通道的分布最好通過(guò)周圍的嵌入件來(lái)實(shí)現(xiàn)。如圖9-17所示，通常情況下，模板中的冷卻通道通常由鉆孔機(jī)加工。有些水道很長(zhǎng)，縱橫交錯(cuò)。為了降低難度，降低鉆孔精度，一般

8、規(guī)定長(zhǎng)度小于150毫米時(shí)，兩條交錯(cuò)水道的最小間距為3毫米，長(zhǎng)度大于150毫米時(shí)，最小間距為5毫米，如圖9-18所示。如圖9-19所示，冷卻效果不均勻。一般來(lái)說(shuō)，它只用于成型薄壁小尺寸的型芯。9.3.4堆芯冷卻通道的設(shè)置如圖9-20所示，冷卻效果均勻。通常用于較大尺寸的鐵芯。注意：核心一側(cè)的水道必須是平的。當(dāng)冷卻細(xì)長(zhǎng)芯時(shí)，銅管可以插入芯中，如圖9-21所示。制作時(shí)，首先要保證芯體有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，其次銅管與芯體內(nèi)孔的配合要合適。對(duì)于多腔模具，型芯的冷卻方式可分為串聯(lián)冷卻和并聯(lián)冷卻，如圖9-22和圖9-23所示。串聯(lián)冷卻通道具有流量大的優(yōu)點(diǎn)，但存在溫度梯度隨芯數(shù)增加而變化大的缺點(diǎn)。平行冷卻通道很少

9、如圖9-24所示，在許多模具中，通過(guò)將具有更好導(dǎo)熱性的材料(例如鈹青銅)與冷卻水通道相結(jié)合，可以使用一些具有特殊形狀、薄尺寸和長(zhǎng)長(zhǎng)度的型芯。在芯體尺寸和機(jī)械強(qiáng)度允許的前提下，向芯體中加入帶螺旋的水箱嵌件，并控制其溫度，如圖9-25所示，可獲得良好的效果。冷卻模式：(1)冷卻水包圍核心，如圖9-27所示。(2)使用高導(dǎo)熱材料(如鈹青銅)制作細(xì)長(zhǎng)芯。(3)如圖9-28所示，在鐵芯內(nèi)的厚部分(通常直徑大于8毫米)添加細(xì)銅棒。細(xì)長(zhǎng)的圓形芯通常直徑小于6毫米。如果細(xì)長(zhǎng)芯的尺寸稍大(通常直徑大于8毫米)，可以在芯內(nèi)安裝一根細(xì)銅管，如圖9-29所示。值得注意的是，當(dāng)采用這種冷卻結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)檢查型芯的機(jī)械強(qiáng)度，

10、以避免在成型過(guò)程中彎曲甚至斷裂。9.3.5型腔冷卻通道的設(shè)置，大中型模具和深型腔的冷卻通道必須分開(kāi)設(shè)置。如圖9-31所示。對(duì)于那些具有大尺寸和插入形式的型腔，通?？梢允褂靡韵路椒▉?lái)設(shè)置冷卻通道。如圖9-32所示。熔融粘度高、流動(dòng)性差的塑料加熱系統(tǒng)，如聚碳酸酯、聚甲醛、氯化聚醚、聚砜、聚苯醚等。需要更高的模具溫度，此時(shí)需要加熱模具。如果模具溫度過(guò)低，會(huì)影響塑料的流動(dòng)性，產(chǎn)生較大的流動(dòng)剪切力，使塑料零件的內(nèi)應(yīng)力較大，甚至有冷流痕、銀絲和注射不足等缺陷。尤其是當(dāng)冷模剛開(kāi)始注射成型時(shí)，這種情況更為明顯。但是，模具溫度不能太高，否則冷卻時(shí)間會(huì)延長(zhǎng)，塑件脫模后容易變形。當(dāng)模具溫度低于80時(shí)，不需要在模具上

11、設(shè)置加熱裝置，熔融塑料的余熱可以用來(lái)提高模具溫度，達(dá)到所需的工藝溫度。如果模具溫度高于80，模具必須有加熱裝置。9.4.1電加熱是最常用的加熱方式，具有設(shè)備簡(jiǎn)單緊湊、投資小、安裝、維護(hù)和使用方便、溫度容易調(diào)節(jié)和自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)。它的缺點(diǎn)是溫度上升緩慢，而且有加熱的后遺癥，所以它不能在模具中交替加熱和冷卻。模具電加熱有兩種類型：電阻絲加熱和工頻加熱。后者由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大而很少使用。1、電阻絲的加熱形式：(1)直接用電阻絲作為加熱元件。將電阻絲纏繞成螺旋彈簧形狀，然后將其放在陶瓷管或帶孔陶瓷元件上，并將其放在加熱板或模具的加熱孔中，如圖9-33所示。出于安全原因，最好使用云母和石棉墊片來(lái)隔離加熱

12、板的外殼。這種電熱板俗稱電爐板。雖然直接使用電阻絲作為加熱元件的方法簡(jiǎn)單、成本低，但由于電阻絲與空氣直接接觸，容易氧化和損耗，使用壽命短，熱損失大，不利于節(jié)能。此外，將熱電阻線暴露在模具外是不安全的，燒壞后也不便于維護(hù)。返回，(2)將電加熱元件插入加熱板。一般來(lái)說(shuō)，帶有一定功率的電阻絲被密封在金屬管中，制成標(biāo)準(zhǔn)加熱元件。電阻絲和金屬管內(nèi)填充有石英砂或氧化鎂等耐熱材料，兩端填充有云母片或石棉墊片，電阻絲的出口用瓷塞塞住，電阻絲的兩端通過(guò)瓷塞上的兩個(gè)小孔引出(如圖9-34所示)。這樣形成的電加熱元件通常被稱為電加熱棒。根據(jù)模具所需的加熱功率選擇電加熱棒的型號(hào)和數(shù)量，并確定連接方式(并聯(lián)或串聯(lián))，從

13、而確定加熱板上的孔徑和數(shù)量。銦的加熱方法電熱板中的插孔位置應(yīng)考慮塑料件的頂出位置，同時(shí)應(yīng)對(duì)稱、等距并盡可能拉開(kāi)。頂桿的布置還應(yīng)注意電熱桿千斤頂，并進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。(3)電加熱套(環(huán))或電加熱片，即電加熱套(環(huán))或幾片(2 4片)電加熱片安裝在模具型腔的外圍，以補(bǔ)充模具加熱的不足。當(dāng)電加熱棒難以安裝在小模具內(nèi)時(shí)，也可以采用這種電加熱形式。電加熱套應(yīng)與模具形狀一致，最常見(jiàn)的是矩形和圓形。矩形電熱套由四塊電熱板組成，通過(guò)導(dǎo)線和螺釘連接成一個(gè)整體。圓形電熱套也用螺釘夾在模具上，可制成整體式和兩部分式。前者具有良好的加熱效率，而后者便于制造和安裝。如果模具周邊有側(cè)芯，不便于安裝電加熱套，可以使用電加熱片并

14、用螺釘固定在模具上。電熱套和電熱板都是用云母片纏繞扁平電阻絲，夾在特殊金屬外殼中，用云母片絕緣制成的。在這種形式的電加熱方法中，因?yàn)殡娂訜崽椎囊粋?cè)與大氣接觸，所以熱損失大并且電力消耗大。2.電加熱裝置的計(jì)算模具電加熱的基本要求是合理分配電加熱元件，使型腔表面溫度均勻，不隨時(shí)間發(fā)生明顯波動(dòng)。因此，電加熱元件的計(jì)算功率必須符合加熱所需的功率。為了實(shí)現(xiàn)模具的均勻加熱并保證其滿足成型溫度條件，在設(shè)計(jì)電加熱裝置時(shí)必須綜合考慮以下幾點(diǎn)：(1)采取保溫措施加熱模具，減少熱量損失；電熱元件布置正確合理；加熱板的中心和邊緣分別采用不同功率的電加熱元件；對(duì)于大型模具的加熱板，可以安裝兩個(gè)恒溫器來(lái)調(diào)節(jié)加熱板中心和邊

15、緣的溫度。為了準(zhǔn)確計(jì)算所需的電加熱功率，需要計(jì)算模具的熱平衡。塑料模制所消耗的熱量包括：塑料加熱所需的熱量、從模具側(cè)表面到周圍空氣的熱量損失、從模具模板和注射成型機(jī)之間的接合處傳遞的熱量、在開(kāi)模過(guò)程中從分型面損失的熱量以及在清潔過(guò)程中通過(guò)用壓縮空氣吹制模具而帶走的熱量。分別計(jì)算上述熱量，通過(guò)熱平衡方程計(jì)算每小時(shí)所需熱量，然后計(jì)算所需電加熱功率。上述計(jì)算很復(fù)雜，事實(shí)上，它們是相似的。通常的方法是根據(jù)模具的體積或重量進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)計(jì)算或查圖表。模具加熱所需的電功率根據(jù)以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：式中：P 電功率(w)；G模具重量(千克)；.加熱至成型溫度的每千克模具所需的電力(w/kg)。您可以查看相關(guān)表格，或者

16、根據(jù)模具重量直接查看圖表(圖9-35)。計(jì)算總功率后，您可以選擇電加熱棒的類型、確定電加熱棒的數(shù)量或選擇電阻絲的直徑并計(jì)算其長(zhǎng)度。如果用電加熱棒加熱，可以根據(jù)加熱板的大小確定電加熱棒的數(shù)量，然后計(jì)算出每個(gè)電加熱棒的電功率。如果電加熱棒并聯(lián)，可采取以下步驟：根據(jù)表9-4，選擇合適尺寸的電加熱棒。也可以先確定每個(gè)電加熱棒的電功率p點(diǎn)，然后計(jì)算電加熱棒的數(shù)量。選擇電加熱棒時(shí)應(yīng)注意：電加熱棒的尺寸(直徑和長(zhǎng)度)有時(shí)應(yīng)與加熱板的尺寸或加熱元件在模具中的安裝空間一致蒸汽供熱的缺點(diǎn)是：供熱系統(tǒng)投資大，設(shè)備復(fù)雜。蒸汽加熱板蒸汽通道的開(kāi)口形式如圖9-36所示。當(dāng)模具不需要冷卻時(shí)，它們可以平行布置(圖A)，因此加熱板的制造相對(duì)簡(jiǎn)單；需要冷卻的模具可以采用混合排列(圖二)或順序排列(圖三)，這樣可以提高冷卻水速度，提高冷卻效率。為了提高模具的加熱效率，可以根據(jù)塑料部件的形