塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)第12章

1、普通高等教育普通高等教育“十二五十二五”規(guī)劃教材規(guī)劃教材 楊永順楊永順 主編主編 塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)1本章主要闡述熱塑性注射模溫度調(diào)本章主要闡述熱塑性注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的有關(guān)計(jì)算與設(shè)計(jì)原則及其注意節(jié)系統(tǒng)的有關(guān)計(jì)算與設(shè)計(jì)原則及其注意事項(xiàng)。事項(xiàng)。簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介第第1212章章 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)12.1模具溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的作用模具溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的作用12.2 冷卻系統(tǒng)的計(jì)算冷卻系統(tǒng)的計(jì)算12.3 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和常見(jiàn)機(jī)構(gòu)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和常見(jiàn)機(jī)構(gòu)12.4 模具加熱系統(tǒng)模具加熱系統(tǒng)1.1.塑件的質(zhì)量要求塑件的質(zhì)量要求 塑件脫模后收縮和翹曲變形小，形狀與尺寸穩(wěn)定，力

2、塑件脫模后收縮和翹曲變形小，形狀與尺寸穩(wěn)定，力學(xué)性能以及表面質(zhì)量比較高。學(xué)性能以及表面質(zhì)量比較高。2.2.模具溫度對(duì)塑件質(zhì)量的影響模具溫度對(duì)塑件質(zhì)量的影響 各種塑料進(jìn)行注射成型時(shí)，各種塑料進(jìn)行注射成型時(shí)，均需有一個(gè)比較適宜的成均需有一個(gè)比較適宜的成型溫度范圍型溫度范圍，在此溫度范圍內(nèi)，在此溫度范圍內(nèi)，塑料熔體的流動(dòng)性和充型塑料熔體的流動(dòng)性和充型性好性好，質(zhì)量可以得到保證。，質(zhì)量可以得到保證。 如果溫度未能控制在合理的范圍內(nèi)，塑料熔體的充模如果溫度未能控制在合理的范圍內(nèi)，塑料熔體的充模流動(dòng)和脫模后的制品質(zhì)量就可能發(fā)生問(wèn)題。流動(dòng)和脫模后的制品質(zhì)量就可能發(fā)生問(wèn)題。12.1.1模具溫度調(diào)節(jié)對(duì)塑件質(zhì)量的

3、影響模具溫度調(diào)節(jié)對(duì)塑件質(zhì)量的影響12.1.1模具溫度調(diào)節(jié)對(duì)塑件質(zhì)量的影響模具溫度調(diào)節(jié)對(duì)塑件質(zhì)量的影響3.3.模溫均勻程度的影響模溫均勻程度的影響 （1 1）產(chǎn)生模溫不均勻的原因產(chǎn)生模溫不均勻的原因： 1 1）制品幾何形狀和壁厚不均勻）制品幾何形狀和壁厚不均勻； 2 2）充模時(shí)模腔表面與熔體接觸時(shí)間不一致）充模時(shí)模腔表面與熔體接觸時(shí)間不一致 3 3）模具各處散熱條件不同）模具各處散熱條件不同。 （2 2）模溫不均勻?qū)λ芗|(zhì)量的影響模溫不均勻?qū)λ芗|(zhì)量的影響 模溫不一致模溫不一致, ,導(dǎo)致各處的冷卻速度有所差異，進(jìn)而導(dǎo)致導(dǎo)致各處的冷卻速度有所差異，進(jìn)而導(dǎo)致制品收縮不勻并產(chǎn)生一定應(yīng)力，對(duì)制品成型質(zhì)量

4、產(chǎn)生不利制品收縮不勻并產(chǎn)生一定應(yīng)力，對(duì)制品成型質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。影響。 冷卻冷卻時(shí)間時(shí)間與其傳給模具的與其傳給模具的熱量熱量間的間的關(guān)系關(guān)系: Q=1 A1 1 t1 (12-1) 式中，式中，Q為塑件傳給模具的熱量為塑件傳給模具的熱量(J)；1為塑料對(duì)模具材料的傳熱系數(shù)為塑料對(duì)模具材料的傳熱系數(shù)(w(m2)；A1為模腔的表面積為模腔的表面積(m2)；1為模腔內(nèi)塑料與模腔表壁的溫度為模腔內(nèi)塑料與模腔表壁的溫度差差()；t1為塑件在模內(nèi)停留冷卻的時(shí)間為塑件在模內(nèi)停留冷卻的時(shí)間(s)。 當(dāng)塑料原料、模具材料及模具結(jié)構(gòu)確定后，當(dāng)塑料原料、模具材料及模具結(jié)構(gòu)確定后，1、A1為定為定值；值； 脫模溫度確

5、定后，塑件傳給模具的熱量脫模溫度確定后，塑件傳給模具的熱量Q也基本不變。也基本不變。 此時(shí)此時(shí) t1與與1成反比成反比。因此要縮短因此要縮短t1就必須在工藝條件允許的情況下盡量增大就必須在工藝條件允許的情況下盡量增大1。 即：即：為了提高為了提高生產(chǎn)率生產(chǎn)率，就必須采用較低的，就必須采用較低的模具溫度模具溫度。12.1.2模具溫度調(diào)節(jié)對(duì)生產(chǎn)效率的影響模具溫度調(diào)節(jié)對(duì)生產(chǎn)效率的影響 概念概念： 對(duì)模具進(jìn)行冷卻或加熱，必要時(shí)兩者兼有，從而達(dá)對(duì)模具進(jìn)行冷卻或加熱，必要時(shí)兩者兼有，從而達(dá)到控制模溫之目的。到控制模溫之目的。2.2.調(diào)節(jié)方法調(diào)節(jié)方法： 1 1）對(duì)于粘度低、流動(dòng)性好的塑料如聚乙烯、聚丙烯、）

6、對(duì)于粘度低、流動(dòng)性好的塑料如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰胺等，成型工藝要求模溫不太高，而熔體聚苯乙烯、聚酰胺等，成型工藝要求模溫不太高，而熔體的反復(fù)注入將使模溫較高，此時(shí)應(yīng)采用常溫水對(duì)模具冷卻的反復(fù)注入將使模溫較高，此時(shí)應(yīng)采用常溫水對(duì)模具冷卻，為進(jìn)一步縮短冷卻時(shí)間，亦可用冷水控制模溫。對(duì)于粘，為進(jìn)一步縮短冷卻時(shí)間，亦可用冷水控制模溫。對(duì)于粘流溫度或熔點(diǎn)較低的塑料，模具冷卻一般需用常溫水或冷流溫度或熔點(diǎn)較低的塑料，模具冷卻一般需用常溫水或冷水，而對(duì)于高粘流溫度或高熔點(diǎn)的塑料，可用溫水控制模水，而對(duì)于高粘流溫度或高熔點(diǎn)的塑料，可用溫水控制模溫。溫。12.1.3模具溫度調(diào)節(jié)方法模具溫度調(diào)節(jié)方法2.

7、2.調(diào)節(jié)方法調(diào)節(jié)方法：1 1）對(duì)于）對(duì)于粘度低、流動(dòng)性好的塑料粘度低、流動(dòng)性好的塑料如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰胺等，成型工藝要求模溫不太高，而熔體的反復(fù)烯、聚酰胺等，成型工藝要求模溫不太高，而熔體的反復(fù)注入將使模溫較高，此時(shí)注入將使模溫較高，此時(shí)應(yīng)采用常溫水對(duì)模具冷卻應(yīng)采用常溫水對(duì)模具冷卻，為進(jìn)，為進(jìn)一步縮短冷卻時(shí)間，亦可用冷水控制模溫。一步縮短冷卻時(shí)間，亦可用冷水控制模溫。對(duì)于對(duì)于粘流溫度或熔點(diǎn)較低的塑料粘流溫度或熔點(diǎn)較低的塑料，模具冷卻一般需用常溫水，模具冷卻一般需用常溫水或冷水，而對(duì)于高粘流溫度或高熔點(diǎn)的塑料，可用溫水控或冷水，而對(duì)于高粘流溫度或高熔點(diǎn)的塑料

8、，可用溫水控制模溫。制模溫。2 2）對(duì)于）對(duì)于粘度高、流動(dòng)性差的塑料粘度高、流動(dòng)性差的塑料如聚碳酸脂、聚砜、聚甲醛如聚碳酸脂、聚砜、聚甲醛、聚苯醚和氟塑料等，為提高充型性能，成型工藝要求有、聚苯醚和氟塑料等，為提高充型性能，成型工藝要求有較高的模溫，因此經(jīng)常較高的模溫，因此經(jīng)常需要對(duì)模具加熱需要對(duì)模具加熱。3 3）對(duì)于）對(duì)于熱固性塑料，模溫要求在熱固性塑料，模溫要求在150150200200，必須對(duì)模具加必須對(duì)模具加熱。熱。12.1.3模具溫度調(diào)節(jié)方法模具溫度調(diào)節(jié)方法2.2.調(diào)節(jié)方法調(diào)節(jié)方法：4 4）流程長(zhǎng)、壁厚較大的塑件流程長(zhǎng)、壁厚較大的塑件，或者粘流溫度及熔點(diǎn)雖不高，或者粘流溫度及熔點(diǎn)雖不

9、高，但成型面積很大時(shí)，為了保證熔體在充模過(guò)程中不至溫，但成型面積很大時(shí)，為了保證熔體在充模過(guò)程中不至溫降太多而影響充型，也降太多而影響充型，也應(yīng)對(duì)模具適當(dāng)加熱應(yīng)對(duì)模具適當(dāng)加熱。5 5）對(duì)于）對(duì)于大型模具大型模具，為保證生產(chǎn)之前用較短時(shí)間達(dá)到工藝所，為保證生產(chǎn)之前用較短時(shí)間達(dá)到工藝所要求的模溫，可設(shè)置加熱裝置要求的模溫，可設(shè)置加熱裝置對(duì)模具進(jìn)行預(yù)熱對(duì)模具進(jìn)行預(yù)熱。12.1.3模具溫度調(diào)節(jié)方法模具溫度調(diào)節(jié)方法 內(nèi)容內(nèi)容： 熱傳導(dǎo)面積的計(jì)算熱傳導(dǎo)面積的計(jì)算； 溫控介質(zhì)通道的尺寸計(jì)算溫控介質(zhì)通道的尺寸計(jì)算； 介質(zhì)用量的計(jì)算介質(zhì)用量的計(jì)算； 通道回路的排布等。通道回路的排布等。 這里僅介紹注射模冷卻系統(tǒng)

10、設(shè)計(jì)的基本思路和設(shè)計(jì)原則。這里僅介紹注射模冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本思路和設(shè)計(jì)原則。 塑料傳給模具的熱量與模具表面自然對(duì)流塑料傳給模具的熱量與模具表面自然對(duì)流輻射散發(fā)到空氣中的熱量及模具傳給注射機(jī)熱量輻射散發(fā)到空氣中的熱量及模具傳給注射機(jī)熱量= =需要用冷卻水帶走的模具熱量需要用冷卻水帶走的模具熱量 1.塑料傳給模具的熱量塑料傳給模具的熱量 單位時(shí)間內(nèi)塑料傳給模具的熱量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)塑料傳給模具的熱量：Q=nmq (12-2)式中，式中，Q為單位時(shí)間內(nèi)塑料傳給模具的熱量為單位時(shí)間內(nèi)塑料傳給模具的熱量(kJh)； n為每小時(shí)注射次數(shù)；為每小時(shí)注射次數(shù)； m為每次注射的塑料量，包括澆注系統(tǒng)為每次注射的塑料量

11、，包括澆注系統(tǒng)(kg)； q為單位質(zhì)量的塑料在模腔內(nèi)釋放的熱量為單位質(zhì)量的塑料在模腔內(nèi)釋放的熱量(kJkg)。 q與充模、脫模溫度差及塑料在模內(nèi)的物理狀態(tài)有關(guān)。與充模、脫模溫度差及塑料在模內(nèi)的物理狀態(tài)有關(guān)。 q=Cp(1-0)+qm (12-3)式中，式中，Cp為塑料的比熱容為塑料的比熱容(kJ(kg)； 1為塑料熔體充模時(shí)的溫度為塑料熔體充模時(shí)的溫度()； 0為塑件脫模時(shí)的溫度為塑件脫模時(shí)的溫度()； qm為塑料的結(jié)晶潛熱為塑料的結(jié)晶潛熱(kJkg)，對(duì)無(wú)定形塑料，對(duì)無(wú)定形塑料qm0 常用塑料的比熱容和結(jié)晶潛熱如表常用塑料的比熱容和結(jié)晶潛熱如表12-1所示。所示。表表12-1 12-1 常用

12、塑料的熱擴(kuò)散系數(shù)、熱導(dǎo)率、比熱容和結(jié)晶潛熱常用塑料的熱擴(kuò)散系數(shù)、熱導(dǎo)率、比熱容和結(jié)晶潛熱塑料品種熱擴(kuò)散率/(m2/h)導(dǎo)熱率/kJ/(mh)比熱容/kJ/(kg)結(jié)晶潛熱/(kJ/kg)聚苯乙烯ABS低密度聚乙烯高密度聚乙烯聚丙烯尼龍3.210-49.610-46.210-47.210-42.410-43.910-40.4521.0551.2061.7330.4230.8371.3401.0472.0942.5541.9261.8841.301022.431021.801021.301022.模具散發(fā)出的熱量模具散發(fā)出的熱量模具散發(fā)出的熱量模具散發(fā)出的熱量Qou包括包括QouQ1+Q2+Q3+

13、Qw (12-4) Q1為模具表面的空氣對(duì)流所散發(fā)出的熱量；為模具表面的空氣對(duì)流所散發(fā)出的熱量； Q2為模具表面向空氣中輻射所散發(fā)出的熱量為模具表面向空氣中輻射所散發(fā)出的熱量； Q3為模具傳導(dǎo)給注射機(jī)的熱量；為模具傳導(dǎo)給注射機(jī)的熱量； Qw為冷卻水傳出的熱量。為冷卻水傳出的熱量。（1 1）模具表面自然對(duì)流散發(fā)到空氣中的熱量模具表面自然對(duì)流散發(fā)到空氣中的熱量 (12-5)(12-5)式中，式中，Q Q1 1為單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)模具表面自然對(duì)流散發(fā)到空氣中為單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)模具表面自然對(duì)流散發(fā)到空氣中的熱量的熱量(kJ(kJh)h)； a a為自然對(duì)流時(shí)的傳熱系數(shù)為自然對(duì)流時(shí)的傳熱系數(shù)(W/(m(W/(

14、m2 2)； A Aa a為能發(fā)生自然對(duì)流的模具表面積為能發(fā)生自然對(duì)流的模具表面積(m(m2 2) )； 為整體模具的平均溫度為整體模具的平均溫度()()； r r為室溫為室溫()()。)(6 . 31rMaaAQ?2.模具散發(fā)出的熱量模具散發(fā)出的熱量M其中，其中，a a和和A Aa a的計(jì)算式為：的計(jì)算式為： 式中，式中，k k為計(jì)算系數(shù)，當(dāng)為計(jì)算系數(shù)，當(dāng)0 3000 300時(shí)，可用下列時(shí)，可用下列經(jīng)驗(yàn)公經(jīng)驗(yàn)公式式計(jì)算計(jì)算(12-7)(12-6)M Aa(A1+A2)+A3 (12-8) 式中，式中，A1為模腔的表面積為模腔的表面積(m2)；A2為分型面的面積為分型面的面積(m2)；A3為模

15、具四周與空氣接觸的表面積為模具四周與空氣接觸的表面積(m2)；為開(kāi)模率，按下式計(jì)為開(kāi)模率，按下式計(jì)算：算： 式中，式中，t為注射成型周期為注射成型周期(s)；t1為注射時(shí)間為注射時(shí)間(s)；t2為塑件在模為塑件在模內(nèi)的冷卻時(shí)間內(nèi)的冷卻時(shí)間(s)。(12-9)(12-9)（2 2）模具表面輻射散發(fā)到空氣中的熱量模具表面輻射散發(fā)到空氣中的熱量可按下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：可按下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： (12-10)(12-10) 式中，式中，Q2為模具表面單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)輻射方式散發(fā)到空氣為模具表面單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)輻射方式散發(fā)到空氣中的熱量中的熱量(kJh)； 為輻射率，對(duì)于模具四周的側(cè)表面，若屬于未加工為輻射率，

16、對(duì)于模具四周的側(cè)表面，若屬于未加工的毛坯面，的毛坯面，1，若為氧化的切削面，若為氧化的切削面，=0.80.9，若經(jīng)過(guò)，若經(jīng)過(guò)磨削加工，磨削加工，=0.040.05。4r4M321002731002738 .20AQ3.3.模具傳給注射機(jī)的熱量模具傳給注射機(jī)的熱量注射模的動(dòng)模座板和定模座板分別安裝在注射機(jī)的動(dòng)、注射模的動(dòng)模座板和定模座板分別安裝在注射機(jī)的動(dòng)、定固定板上，因此模具的熱量必然會(huì)有一部分傳給這兩塊固定固定板上，因此模具的熱量必然會(huì)有一部分傳給這兩塊固定板，此部分熱量的計(jì)算式定板，此部分熱量的計(jì)算式為為： (12-11) (12-11) 式中式中Q3為單位時(shí)間內(nèi)模具傳給注射機(jī)動(dòng)、定模固定

17、板的熱量為單位時(shí)間內(nèi)模具傳給注射機(jī)動(dòng)、定模固定板的熱量(kJh)； b為模具與注射機(jī)動(dòng)、定模固定板之間的傳熱系數(shù)為模具與注射機(jī)動(dòng)、定模固定板之間的傳熱系數(shù)(W(m2)，其值與動(dòng)、定模底板的材料有關(guān)，采用碳素鋼時(shí)可取其值與動(dòng)、定模底板的材料有關(guān)，采用碳素鋼時(shí)可取140W(m2 )，采用合金鋼時(shí)可取采用合金鋼時(shí)可取105W(m2)； Ab為動(dòng)、定模底板與注射機(jī)固定板之間的接觸面積為動(dòng)、定模底板與注射機(jī)固定板之間的接觸面積(m2)。4.4.需要用冷卻水帶走的熱量需要用冷卻水帶走的熱量 根據(jù)熱平衡：根據(jù)熱平衡： Q= Q Q= QououQ Q1 1+ +Q Q2 2+ +Q Q3 3+ +Q Qw

18、w 需要用冷卻水帶走的熱量為需要用冷卻水帶走的熱量為 Q Qw wQ-Q-( (Q Q1 1+ +Q Q2 2+ +Q Q3 3 ) ) (12-12)(12-12)式中，式中，Q Qw w為單位時(shí)間內(nèi)需要用冷卻水帶走的模具熱量為單位時(shí)間內(nèi)需要用冷卻水帶走的模具熱量(kJ/h)(kJ/h)。 一般來(lái)講，以對(duì)流、輻射散發(fā)到空氣中的模具熱量及一般來(lái)講，以對(duì)流、輻射散發(fā)到空氣中的模具熱量及傳給注射機(jī)的模具熱量只占塑料傳給模具熱量的傳給注射機(jī)的模具熱量只占塑料傳給模具熱量的5%5%左右，左右，其其余余95%95%的模具熱量需由冷卻水帶走的模具熱量需由冷卻水帶走。因此，為簡(jiǎn)化計(jì)算，可。因此，為簡(jiǎn)化計(jì)算，

19、可以認(rèn)為：以認(rèn)為： Q Qw w0.950.95Q Q (12-13) (12-13) 冷卻水流量可以通過(guò)下式計(jì)算冷卻水流量可以通過(guò)下式計(jì)算 (12-14)(12-14)式中，式中，q qw w為冷卻水流量為冷卻水流量(m(m3 3/h)/h)； w w為冷卻水在一定溫度下的密度為冷卻水在一定溫度下的密度(kg(kgm m3 3) )； c cpwpw為冷卻水比熱容為冷卻水比熱容(J(J(kg (kg )，其值見(jiàn)表，其值見(jiàn)表12-212-2； T T為冷卻水在進(jìn)出口處溫度差為冷卻水在進(jìn)出口處溫度差()()。TpwwwwcQq表表12-2 12-2 冷卻水比熱容冷卻水比熱容冷卻水在管道中的流動(dòng)狀

20、態(tài)對(duì)冷卻效果的影響：冷卻水在管道中的流動(dòng)狀態(tài)對(duì)冷卻效果的影響：在湍流下的熱傳遞效果比層流高在湍流下的熱傳遞效果比層流高10102020倍。倍。湍流條件湍流條件：而要使冷卻水流完全處于湍流狀態(tài)，應(yīng)保：而要使冷卻水流完全處于湍流狀態(tài)，應(yīng)保證水的雷諾數(shù)證水的雷諾數(shù)R Re e 滿足下式：滿足下式： 式中，式中，v v為流速為流速(m/s)(m/s)； 為運(yùn)動(dòng)粘度為運(yùn)動(dòng)粘度(m(m2 2/s)/s)，1010時(shí)，時(shí)，1.3077 1.3077 m m2 2/s/s； d d為管道內(nèi)徑為管道內(nèi)徑(m)(m)。100006000dvRe 表12-3 冷卻水在完全湍流狀態(tài)下的流速和體積流量注：注：Re=10

21、Re=104 4，溫度為，溫度為1010。 根據(jù)牛頓冷卻定律，用水流冷卻模具時(shí)需用的熱傳導(dǎo)根據(jù)牛頓冷卻定律，用水流冷卻模具時(shí)需用的熱傳導(dǎo)面積（即冷卻水道表壁面積）為：面積（即冷卻水道表壁面積）為：(12-15)(12-15)式中，式中，Aw為熱傳導(dǎo)面積為熱傳導(dǎo)面積(m2)； hw為冷卻水對(duì)其通道表壁的傳熱系數(shù)為冷卻水對(duì)其通道表壁的傳熱系數(shù)(W/(m2)； 為熱傳導(dǎo)面的平均溫度與冷卻水平均溫度的差值為熱傳導(dǎo)面的平均溫度與冷卻水平均溫度的差值()，其中冷卻水的平均溫度為冷卻水在進(jìn)口處和出口處溫，其中冷卻水的平均溫度為冷卻水在進(jìn)口處和出口處溫度的平均值。度的平均值。www6.3hQA 當(dāng)冷卻水在圓形

22、截面直管中呈湍流時(shí)，模具材料與冷卻當(dāng)冷卻水在圓形截面直管中呈湍流時(shí)，模具材料與冷卻水之間為水之間為穩(wěn)定換熱穩(wěn)定換熱，則有，則有(12-16)(12-16)式中，式中，f為與水溫有關(guān)的物理系數(shù)，可由表為與水溫有關(guān)的物理系數(shù)，可由表12-4選取或按照選取或按照式（式（12-16）計(jì)算；）計(jì)算； v為冷卻水在圓管中的流速為冷卻水在圓管中的流速(ms)； d為冷卻水道的直徑為冷卻水道的直徑(m)。2 .08 .0ww163.1dvfh1 12 2. .2 2. .4 4熱傳導(dǎo)面積與冷卻水道長(zhǎng)度計(jì)算熱傳導(dǎo)面積與冷卻水道長(zhǎng)度計(jì)算表表12-4 12-4 不同水溫下的不同水溫下的f f值值1 12 2. .2

23、 2. .4 4熱傳導(dǎo)面積與冷卻水道長(zhǎng)度計(jì)算熱傳導(dǎo)面積與冷卻水道長(zhǎng)度計(jì)算（12-1712-17） 式中，式中，為冷卻水的平均導(dǎo)熱系數(shù)為冷卻水的平均導(dǎo)熱系數(shù)(W(W(m(m) )； 為冷卻水的平均粘度為冷卻水的平均粘度(Pa(Pas)s)。 由由A Aw w則可確定則可確定冷卻水道長(zhǎng)度冷卻水道長(zhǎng)度L L（12-1812-18） 式中，式中，L為冷卻水道長(zhǎng)度為冷卻水道長(zhǎng)度(m)。4 . 0pw6 . 0163. 1163. 1244. 0cfdALw1 12 2. .2 2. .4 4熱傳導(dǎo)面積與冷卻水道長(zhǎng)度計(jì)算熱傳導(dǎo)面積與冷卻水道長(zhǎng)度計(jì)算 1. 1.冷卻水道應(yīng)盡量多、截面尺寸應(yīng)盡量大冷卻水道應(yīng)盡

24、量多、截面尺寸應(yīng)盡量大為了使型腔表面溫度分布趨于均勻，防止塑件不均勻收為了使型腔表面溫度分布趨于均勻，防止塑件不均勻收縮和產(chǎn)生殘余應(yīng)力，在模具結(jié)構(gòu)允許的情況下，應(yīng)盡量多設(shè)縮和產(chǎn)生殘余應(yīng)力，在模具結(jié)構(gòu)允許的情況下，應(yīng)盡量多設(shè)冷卻水道，并使用較大的截面尺寸。冷卻水道，并使用較大的截面尺寸。1 12 2. .3.1 3.1 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則圖12-1模具內(nèi)的溫度分布2.2.合理設(shè)計(jì)冷卻水道的直徑、間距以及與型腔合理設(shè)計(jì)冷卻水道的直徑、間距以及與型腔表面距離表面距離 冷卻水道的大小及布排將直接影響型腔表面溫度分布。冷卻水道的大小及布排將直接影響型腔表面溫度分布。管道直徑太小會(huì)使冷卻

25、效果下降；而管道間距太大及與模腔管道直徑太小會(huì)使冷卻效果下降；而管道間距太大及與模腔表面的距離太小，都會(huì)使型腔表面溫差變大。表面的距離太小，都會(huì)使型腔表面溫差變大。 1）水道的中心距可取孔徑的水道的中心距可取孔徑的35倍；倍； 2）水道中心線至型腔表面的距離可取孔徑的水道中心線至型腔表面的距離可取孔徑的12倍倍,但但水孔壁厚一般應(yīng)大于水孔壁厚一般應(yīng)大于10mm，常用，常用1215mm。3 3）當(dāng)塑件壁厚均勻時(shí)，冷卻水道到型腔表面最好距離相當(dāng)塑件壁厚均勻時(shí)，冷卻水道到型腔表面最好距離相等，如圖等，如圖12-2a12-2a所示。所示。4 4）當(dāng)壁厚不均勻時(shí)，厚的地方冷卻水道應(yīng)距型腔表面近當(dāng)壁厚不均

26、勻時(shí)，厚的地方冷卻水道應(yīng)距型腔表面近一些，間距也可適當(dāng)小一些，如圖一些，間距也可適當(dāng)小一些，如圖12-2b12-2b所示。所示。圖圖12-2 12-2 水道的位置水道的位置2.2.合理設(shè)計(jì)冷卻水道的直徑、間距以及與型腔合理設(shè)計(jì)冷卻水道的直徑、間距以及與型腔表面距離表面距離圖圖12-312-3冷卻水道的出、入口布排冷卻水道的出、入口布排 a)a)側(cè)澆口的冷卻水道側(cè)澆口的冷卻水道 b) b)多點(diǎn)澆口的冷卻水道多點(diǎn)澆口的冷卻水道 c) c)直接澆口的冷卻水道直接澆口的冷卻水道3.3.澆口處加強(qiáng)冷卻澆口處加強(qiáng)冷卻 澆口附近溫度最高，距澆口越遠(yuǎn)溫度越低，因此通常澆口附近溫度最高，距澆口越遠(yuǎn)溫度越低，因此

27、通常是將冷卻水道的入口處設(shè)置在澆口附近，使其在較低溫度下是將冷卻水道的入口處設(shè)置在澆口附近，使其在較低溫度下冷卻，而遠(yuǎn)離澆口部分的模具是在經(jīng)過(guò)一定程度熱交換后的冷卻，而遠(yuǎn)離澆口部分的模具是在經(jīng)過(guò)一定程度熱交換后的溫水作用下冷卻。溫水作用下冷卻。5. 5. 冷卻水道應(yīng)沿著塑料收縮的方向設(shè)置冷卻水道應(yīng)沿著塑料收縮的方向設(shè)置 對(duì)收縮率較大的塑料，例如聚乙烯，冷卻水道應(yīng)盡量對(duì)收縮率較大的塑料，例如聚乙烯，冷卻水道應(yīng)盡量沿著塑料收縮的方向設(shè)置。沿著塑料收縮的方向設(shè)置。 圖圖12-512-5所示是方形塑件采用中心澆口（直接澆口）的冷所示是方形塑件采用中心澆口（直接澆口）的冷卻水道，冷卻水道從澆口處開(kāi)始，以

28、方環(huán)狀向外擴(kuò)展。卻水道，冷卻水道從澆口處開(kāi)始，以方環(huán)狀向外擴(kuò)展。圖圖12-5 12-5 方形塑件采用中心澆口時(shí)的冷卻水道方形塑件采用中心澆口時(shí)的冷卻水道6.6.冷卻水道盡量避免接近塑件的熔接部位冷卻水道盡量避免接近塑件的熔接部位 目的目的：避免產(chǎn)生熔接痕，降低塑件強(qiáng)度。：避免產(chǎn)生熔接痕，降低塑件強(qiáng)度。7.7.冷卻水道要易于加工、清理、防漏冷卻水道要易于加工、清理、防漏 水道孔徑一般不小于水道孔徑一般不小于8mm8mm，多取，多取10mm10mm左右；要防止冷卻左右；要防止冷卻水的泄漏，凡是易漏的部位要加密封圈等。水的泄漏，凡是易漏的部位要加密封圈等。 對(duì)于不同形狀不同尺寸的塑件，冷卻水道的位置

29、與形對(duì)于不同形狀不同尺寸的塑件，冷卻水道的位置與形狀也不一樣。狀也不一樣。1.1.淺型腔扁平塑件淺型腔扁平塑件 在使用側(cè)澆口的情況在使用側(cè)澆口的情況下，通常是采用在動(dòng)、定下，通常是采用在動(dòng)、定模兩側(cè)與型腔表面等距離模兩側(cè)與型腔表面等距離鉆孔的形式設(shè)計(jì)水道鉆孔的形式設(shè)計(jì)水道。圖圖12-612-6淺型腔塑件的冷卻水道淺型腔塑件的冷卻水道2. 2. 側(cè)澆口中等深度的塑件側(cè)澆口中等深度的塑件 型芯型芯熱量不易散發(fā)，可按塑件形狀熱量不易散發(fā)，可按塑件形狀銑出矩形截面的冷卻水槽銑出矩形截面的冷卻水槽。 凹模凹模冷卻水道宜在型腔底部附近采用冷卻水道宜在型腔底部附近采用與型面等距離鉆孔的形式，若凹模也需加與型

30、面等距離鉆孔的形式，若凹模也需加強(qiáng)冷卻，則可采用圖強(qiáng)冷卻，則可采用圖12-7b12-7b所示的形式。所示的形式。圖圖12-7 12-7 中等深度塑件的冷卻水道中等深度塑件的冷卻水道1 1凹模凹模 2 2型芯固定板型芯固定板 3 3塑件塑件4 4型芯型芯 5 5水槽水槽 6 6水孔水孔 7 7密封環(huán)密封環(huán) 8 8凹模墊板凹模墊板圖圖12-8 12-8 大型深型腔塑件的冷卻水道大型深型腔塑件的冷卻水道1 1凹模凹模 2 2水孔水孔3 3密封環(huán)密封環(huán)4 4水槽水槽5 5盲孔盲孔6 6主流道襯套主流道襯套7 7隔板隔板 8 8塑件塑件 9 9型芯型芯 10 10密封環(huán)密封環(huán) 11 11型芯固定板型芯固

31、定板3.3.深型腔塑件深型腔塑件4.4.特大型深型腔塑件特大型深型腔塑件 型芯及凹模均設(shè)置螺旋式冷卻水道，進(jìn)水口在澆口附近，型芯及凹模均設(shè)置螺旋式冷卻水道，進(jìn)水口在澆口附近，水流分別流經(jīng)型芯與凹模的螺旋槽后在分型面附近流出水流分別流經(jīng)型芯與凹模的螺旋槽后在分型面附近流出。1 1、5 5、1313縱向水道縱向水道 2 2凹模凹模 3 3塑件塑件4 4主流道襯套主流道襯套6 6、7 7橫向水道橫向水道 8 8、1515進(jìn)水孔進(jìn)水孔9 9凹模固定板凹模固定板 1010、1111出水孔出水孔1212密封環(huán)密封環(huán)1414型芯鑲件型芯鑲件1616型芯型芯 1717型芯固定板型芯固定板圖圖12-9 12-9

32、 特深型腔塑件的冷卻水道特深型腔塑件的冷卻水道5.5.細(xì)長(zhǎng)孔塑件細(xì)長(zhǎng)孔塑件 在細(xì)長(zhǎng)的型芯上開(kāi)設(shè)冷卻水道比較困難，因而常采用噴在細(xì)長(zhǎng)的型芯上開(kāi)設(shè)冷卻水道比較困難，因而常采用噴射式水道或間接冷卻法。射式水道或間接冷卻法。（1 1）噴射式冷卻水道）噴射式冷卻水道 在型芯中部開(kāi)一個(gè)在型芯中部開(kāi)一個(gè)盲孔后插入一根管子盲孔后插入一根管子，冷冷卻水流經(jīng)管子噴射到澆口卻水流經(jīng)管子噴射到澆口附近的肓孔底部，然后經(jīng)附近的肓孔底部，然后經(jīng)過(guò)管子與型芯的間隙從出過(guò)管子與型芯的間隙從出口處流出，從而對(duì)型芯進(jìn)口處流出，從而對(duì)型芯進(jìn)行冷卻。行冷卻。圖12-10 細(xì)長(zhǎng)型芯的噴射式冷卻1墊板 2密封環(huán) 3型芯固定板4頂板 5水

33、管 6型芯 7塑件 8凹模（2 2）間接冷卻法）間接冷卻法 型芯用導(dǎo)熱性良好的鈹青銅制造，然后將水噴至型芯尾端型芯用導(dǎo)熱性良好的鈹青銅制造，然后將水噴至型芯尾端進(jìn)行冷卻；進(jìn)行冷卻；圖圖12-11 12-11 細(xì)長(zhǎng)型芯的間接冷卻法細(xì)長(zhǎng)型芯的間接冷卻法 1 1墊板墊板 2 2水管水管 3 3密封環(huán)密封環(huán)4 4型芯固定板型芯固定板 5 5鈹青銅型芯鈹青銅型芯 6 6塑件塑件 7 7凹模凹模8 8密封墊板密封墊板 9 9頂板頂板 10 10鈹青銅散熱器鈹青銅散熱器 11 11型芯型芯圖圖12-11 12-11 細(xì)長(zhǎng)型芯的間接冷卻法細(xì)長(zhǎng)型芯的間接冷卻法 1 1墊板墊板 2 2水管水管 3 3密封環(huán)密封環(huán)

34、4 4型芯固定板型芯固定板 5 5鈹青銅型芯鈹青銅型芯 6 6塑件塑件 7 7凹模凹模 8 8密封墊板密封墊板 9 9頂板頂板 10 10鈹青銅散熱器鈹青銅散熱器 11 11型芯型芯 將鈹青銅的一端加工出翅片，把另一端插入型芯中，這將鈹青銅的一端加工出翅片，把另一端插入型芯中，這樣可加大散熱面積，提高水流的冷卻效果。樣可加大散熱面積，提高水流的冷卻效果。（3 3）熱管技術(shù)熱管技術(shù) 熱管的導(dǎo)熱原理熱管的導(dǎo)熱原理：利用蒸發(fā)制冷，使得熱管兩端溫：利用蒸發(fā)制冷，使得熱管兩端溫度差很大，使熱量快速傳導(dǎo)。度差很大，使熱量快速傳導(dǎo)。 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：一般熱管由管殼、吸液芯和端蓋組成。熱管內(nèi)部：一般熱管由管殼、吸液

35、芯和端蓋組成。熱管內(nèi)部是被抽成負(fù)壓狀態(tài)，充入適當(dāng)?shù)囊讚]發(fā)低沸點(diǎn)液體。管壁有是被抽成負(fù)壓狀態(tài)，充入適當(dāng)?shù)囊讚]發(fā)低沸點(diǎn)液體。管壁有吸液芯，由多孔毛細(xì)材料構(gòu)成。熱管一段為蒸發(fā)端，另外一吸液芯，由多孔毛細(xì)材料構(gòu)成。熱管一段為蒸發(fā)端，另外一段為冷凝端，當(dāng)熱管一段受熱時(shí)，毛細(xì)管中的液體迅速蒸發(fā)段為冷凝端，當(dāng)熱管一段受熱時(shí)，毛細(xì)管中的液體迅速蒸發(fā)，蒸氣在微小的壓力差下流向另外一端，并且釋放出熱量，蒸氣在微小的壓力差下流向另外一端，并且釋放出熱量，重新凝結(jié)成液體，液體再沿多孔材料靠毛細(xì)力的作用流回蒸重新凝結(jié)成液體，液體再沿多孔材料靠毛細(xì)力的作用流回蒸發(fā)段，如此循環(huán)不止，熱量由熱管一端傳至另外一端。發(fā)段，如此循

36、環(huán)不止，熱量由熱管一端傳至另外一端。 特點(diǎn)特點(diǎn)：一種最新的間接冷卻技術(shù)，熱管的導(dǎo)熱效率為同：一種最新的間接冷卻技術(shù)，熱管的導(dǎo)熱效率為同樣尺寸銅棒的樣尺寸銅棒的10001000倍。倍。 熱管內(nèi)的壓力低，流體在約攝氐熱管內(nèi)的壓力低，流體在約攝氐3030度時(shí)即可蒸發(fā)。導(dǎo)熱度時(shí)即可蒸發(fā)。導(dǎo)熱管兩端的平均溫度差可縮小至管兩端的平均溫度差可縮小至8 8。將熱管的蒸發(fā)端插入模具。將熱管的蒸發(fā)端插入模具的不易散熱部位，而在冷凝段進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，可明顯地提高的不易散熱部位，而在冷凝段進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，可明顯地提高模具的冷卻效果。模具的冷卻效果。圖圖12-12 12-12 熱管間接冷卻法熱管間接冷卻法1 12 2. .

37、3 3. .2 2 常見(jiàn)常見(jiàn) 當(dāng)注射成型工藝要求模具溫度在當(dāng)注射成型工藝要求模具溫度在8080以上時(shí)，模具中必以上時(shí)，模具中必須設(shè)置加熱裝置。須設(shè)置加熱裝置。 加熱方法加熱方法：電加熱，應(yīng)用較廣：電加熱，應(yīng)用較廣； 介質(zhì)加熱介質(zhì)加熱 熱水、熱油、蒸汽等，設(shè)計(jì)方法類(lèi)似于冷卻熱水、熱油、蒸汽等，設(shè)計(jì)方法類(lèi)似于冷卻水道。水道。圖圖12-13 12-13 電熱圈的形式電熱圈的形式1 12 2. .4.1 4.1 電加熱方式電加熱方式 （2 2）電熱圈加熱電熱圈加熱 將電阻絲繞制在云母片上，再裝夾在將電阻絲繞制在云母片上，再裝夾在特制的金屬外殼中，電阻絲與金屬外殼之間用云母片絕緣，特制的金屬外殼中，電阻

38、絲與金屬外殼之間用云母片絕緣，圖圖12-1312-13為幾種常見(jiàn)的電熱圈形式，模具放在其中進(jìn)行加熱。為幾種常見(jiàn)的電熱圈形式，模具放在其中進(jìn)行加熱。 特點(diǎn)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、更換方便，但是耗電量大：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、更換方便，但是耗電量大 用途用途：適于壓縮模、壓注模的加熱。：適于壓縮模、壓注模的加熱。電加熱通常采用電加熱通常采用電阻加熱法電阻加熱法，其加熱方式有：，其加熱方式有： （1 1）電阻絲直接加熱電阻絲直接加熱 將選擇好的電阻絲放入絕緣瓷管將選擇好的電阻絲放入絕緣瓷管中裝入模板內(nèi)，通電后即可對(duì)模具加熱。中裝入模板內(nèi)，通電后即可對(duì)模具加熱。圖圖12-14 12-14 電熱棒及其安裝電熱棒及其安裝a)

39、 a) 電熱棒電熱棒 b) b) 電熱棒安裝電熱棒安裝1 1電阻絲電阻絲 2 2耐熱絕緣填料耐熱絕緣填料 3 3金屬密封管金屬密封管 4 4耐熱絕緣墊片耐熱絕緣墊片 5 5加熱板加熱板1 12 2. .4.1 4.1 電加熱方式電加熱方式 （3 3）電熱棒加熱電熱棒加熱 電熱棒是一種標(biāo)準(zhǔn)的加熱電熱棒是一種標(biāo)準(zhǔn)的加熱元件，它是由具有一定功率的元件，它是由具有一定功率的電阻絲、耐熱絕緣材料和金屬電阻絲、耐熱絕緣材料和金屬密封管構(gòu)成。密封管構(gòu)成。 使用時(shí)只要將其插入模板使用時(shí)只要將其插入模板上的加熱孔內(nèi)通電即可上的加熱孔內(nèi)通電即可。 特點(diǎn)特點(diǎn)： 使用和安裝均很方便。使用和安裝均很方便。（1 1）計(jì)算法計(jì)算法 電加熱裝置加熱模具的總功率可用下式計(jì)算電加熱裝置加熱模具的總功率可用下式計(jì)算 : :（12-1912-19） 式中，式中，P為加熱模具所需的總功率為加熱模具所需的總功率(kW)； m為模具的質(zhì)量為模具的質(zhì)量(kg)； CP為模具材料的比熱容為模具材料的比熱容(kJ/(kg)，碳鋼為，碳鋼為0.46 kJ/(kg)； 1為模具初始溫度為模具初始溫度()； 2為模具要求加熱后的溫度為模具要求加熱后的溫