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1、本章基本内容,冷却系统的设计原则 冷却系统的结构设计 冷却水道的设计 加热系统的设计,第章 模具温度控制系统,学习目的与要求 1、掌握冷却系统的设计原则 2、掌握冷却系统的结构设计方法及基本装置 3、了解冷却水道的计算方法 4、了解加热系统的加热方式及基本要求,第章 模具温度控制系统,冷却系统设计原则 冷却系统的结构设计 加热系统的设计,本章重点,第章 模具温度控制系统,本章难点,冷却系统设计原则 冷却系统的结构设计,第章 模具温度控制系统,6.1 概述 6.2 冷却系统设计 6.3 加热系统设计 6.4 思考与练习,第章 模具温度控制系统,模具温度是否合理直接关系到成型塑件的尺寸精度、表观及
2、内在质量，以及塑件的生产效率，因此是模具设计中的一项重要工作。 塑料品种不同则对于模具的温度要求也不同。总要求是，使模具温度达到适宜制品成型的工艺条件要求，能通过控温系统的调节，使模腔各个部位上的温度基本相同；在较长时间内，即在生产过程中的每个成型周期中，模具温度应均衡一致。,6.1 概述,6.2.1 模具温度分析 6.2.2 冷却系统设计原则 6.2.3 冷却系统的结构设计 （一）凹模冷却系统 （二）型芯冷却系统 6.2.4、 冷却水道的计算 （一）模具带有冷却系统时的热传行为 （二）冷却水回路数量的计算 （三）冷却水在回路中的压力降计算 （四）冷却回路计算示例,6.2 冷却系统设计,对于模
3、具要求在60左右的中型模具，而对大中型模具，尤其是大型模具，必须设计冷冷却系统有效、控温合理的功能齐全的冷却系统。表61为常用塑料的料温及模具温度 。 正确地分析与判断模具温度状况，应注意下述各点： （1）塑料的热量与塑料重量成正比。 （2）在注射完成时，模腔内的塑料受到高压作用，此 时型腔的温度与型芯的温度相同。 （3）当塑件为平板状态时，每半模（动、定模）的温度值接近。 （4）当塑件壁厚布均匀时，在塑件壁厚较厚处模具温度较高。,6.2.1 模具温度分析,冷却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。 冷却系统的设计原则如下： 1 合理地进行冷却水
4、道总体布局 2 合理确定冷却水道与型腔表壁的距离 3 考虑和利用模具材料的导热性 应加强浇口处的冷却 控制冷却水入口处的温度差尽量小 应使冷却水道中的水呈湍流状态流动,6.2.2 冷却系统设计原则,当塑件厚度均匀时，各冷却水孔至型腔表壁的距离最好取作相同，以使塑件冷却均匀，如图61a所示。 若塑件的壁厚不均，较厚处热量较多，则可采取冷却水道较为靠近厚壁型腔的办法，如图61b所示。,1 、合理地进行冷却水道总体布局,6.2.2 冷却系统设计原则,图62a,b的水孔到型腔的最短距离 （垂直距离）相同,但水道数量却不一样, 从而型腔热量向冷却源流动的路程彼此不 同 。 图63型腔表面到冷却水孔的距离
5、的尺寸关系。合理地距离它不仅关系到型腔是否冷却均匀，而且关系到模具的刚度、强度问题。,、 合理确定冷却水道与型腔表壁的距离,6.2.2 冷却系统设计原则,如图表62在100下，各种材料 的传热系数 如图64所示 ，当镶拼成型零 件较大或较高时，应该优先考虑将冷却水 道直接开设在成型零件上，同时，固定板 仍需开设一定数量的水道，以调节整个模 具冷却均匀。,3、考虑和利用模具材料的导热性,6.2.2 冷却系统设计原则,见图65a、b、c示例,、 应加强浇口处的冷却,6.2.2 冷却系统设计原则,精密塑件要求该温度差在2以内，一般塑件在5以内。对模具水道有串联式和并联式两种使用方式，例如图66所示
6、。,、 控制冷却水入口处的 温度差尽量小,6.2.2 冷却系统设计原则,雷诺数是用以判定水流状态的参数，对于塑料模，雷诺数Re取 400010000。其校核公式为：, 、应使冷却水道中的水呈湍流状态流动,6.2.2 冷却系统设计原则,如图67 雷诺准数对热传导的影响,除了上述几项基本原则应遵循外，还 应注意以下事项： （） 应避免在制品容易产生熔结痕的部位开设冷却水道； （） 必须注意密封水，防止水流入型腔； （） 当水道发生相贯时，应采取措施使水只可定方向连续流出，避免有水不能流动的死角。水道壁应加工光滑，以使清楚水道污垢方便，经较长使用时间后，冷却效果一致。 （）由于凹模与型芯的冷却情况不
7、同，需用两个调温器分别控制各自回路中冷却液的温度、压力、流量和速度。,6.2.2 冷却系统设计原则,常见结构如图68钻孔式水道系 统 、69所示沟槽式水道系统,6.2.3 冷却系统结构设计,(一)、 凹模冷却系统,(二)、型芯冷却系统设计,设计型芯冷却系统要比设计凹模时复杂得 多，需视型芯的粗细高低，镶拼状况，推杆位置等情况灵活地采用不同形式的冷却装置。 图610所示为大行型的冷却装置 。 图611所示为隔板式冷却装置 。 图612所示为水管喷流式冷却装置。 图613a,b,c所示对细长型芯的冷却 。 图614所示冷却侧型芯。,6.2.3 冷却系统结构设计,(二)、型芯冷却系统设计,热传递的三
8、种基本方式：热传导、热辐射和对流传热在设置有冷却系统的模具上均存在，并且是相互伴随，同时对冷却模具产生作用。传热行为体现在如下四方面： (1)传导 (2)对流 (3)辐射 (4)传导,6.2.4 模具温度控制系统,（一）模具带有冷却系统时的热传行为,模具向设备工作台面所传导的热量应为：,由型腔向冷却水道传导热量的关系式如下：,6.2.4 模具温度控制系统,（二）冷却水回路数量计算,设塑料传给模具的多余热量为Q，辐射散热量为Q，模具向安装设备传导的热量为Qs，冷却统带走的热量为 Qf，则可建立下式,1.求塑料传给模具的多余热量,6.2.4 模具温度控制系统,2.计算由冷却系统携带出模外 的热量,
9、式中G每小时注射的塑料重量，； 进入模具时的塑料熔料温度与制品在脱模时 的温度之差； 塑料的比热，kJ/（）,参见表63。 塑料熔解潜热，kJ/，参见表63。无定形塑料,1.求塑料传给模具的多余热量,6.2.4 模具温度控制系统,式中 每小时流经模具的冷却液重量，；,冷却液比热，kJ/（）， 水的=4.186 kJ/（.）,冷却液比热，kJ/（）， 水的=4.186 kJ/（.）,2. 计算由冷却系统携带出模外的热量,6.2.4 模具温度控制系统,（1）关于 =每小时液体流量液体比重 =水道截面积液体流速水流时间（每小时）液体比重 故，求得的算术式为,将其代入式（65）中，便得到如下公式,式中
10、 d水道孔径，m；,水流速度，m/s；,每小时水流持续时间，s/h， 若水一直流动，则=3600 s/h。,冷却液比重，/m,6.2.4 模具温度控制系统,表64所列为当水温为23，Re=4000时，产生稳定湍流状态的冷却水应达到的流量与流速。 表65所列为不同温度下，水的运动粘度值。,在每一成型周期里，流经模具的冷却水总长度为l，用下式计算：,（m）,式中 V 水流速度，m /s； T一个周期的时间，s,（2）关于t,6.2.4 模具温度控制系统,在每一周期里，由冷却液带走的热量为 ，计算公式为： 式中 A 水道的截面积； 每一周期里流经模具的冷却水 重量,（条）,模具应设计冷却回路数目n，
11、即：,6.2.4 模具温度控制系统,（三）冷却水在回路中的压力降计算,在同样的控制条件下，如果模具各条冷却回路的长度和截面积相同，水在各条回路的压力降也就相等，那么个条回路水温基本均匀。,冷却回路压力降P可按下面经验公式计算：,(大气压),6.2.4 模具温度控制系统,（四）冷却回路计算示例,有一成型高密度聚乙烯食品盒模具，每一模一件，塑件壁厚为1.9mm。现确定对模具型腔和型芯均进行冷却。考虑到塑件壁厚值不大，但塑料流程较长，因而对塑料熔料温度取稍高值，为230（手册数据为150260），模温取值偏低，为38（手册资料为3570），取水温低于模温14，为24。根据塑件的质量要求，拟控制各条冷
12、却回路的出入口温度为3。,6.2.4 模具温度控制系统,现拟出具体使用参数如下： 熔料温度， 230 模温， 38 塑件脱模温度， 94 注射量，kg/次 0.186 每小时注射量，, 33.48 比热，KJ/kg 2.302 潜热，KJ/kg 243 成型时间，秒/模 20 每小时成型次数 180 水温 24 平均水温 26,6.2.4 模具温度控制系统,计算步骤如下： 1.计算塑料传给型腔和型芯的多余热量和根据公式（64）便可求得塑料传给模具的总的多余热量： =33.48( 230 -94 ) 2.302 + 243 = 18617.29（KJ/h） 若按冷却系统完成排出总多余热量的90的
13、 任务来计算，冷却系统应排除热量为： =18617.290.9=16755.56（kJ/h）,6.2.4 模具温度控制系统,因为型芯的高度和直径较大，故认为型 芯和型腔各吸收热量的比例为60和40。 所以，它们分别排除热量： 型芯应排除热量 型腔(凹模)应排除热量 2.确定冷却水道的孔径d 本模具适用于在锁模力500吨的注射机上成型，查表65，确定水孔直径d取12mm。确定采用水为冷却液。由表65同时查知雷诺准数Re=4000时的水流速度=0.43m/s.,6.2.4 模具温度控制系统,6.3.1 加热对象 6.3.2 加热方式 6.3.3 电加热系统设计 6.3.4 防止热量散失的方法,6.
14、3 加热系统设计,6.3.1 加热对象,（1）热固性塑料模 （2）热流道模的流道板 （3）小型塑件的热塑性塑料注射模 （4）某些高粘性或结晶性塑料注射模 除了上述在整个生产过程中都需要加热模具的情况之外，有时要求对模具先进行短期加热，然后再冷却，大型热塑性塑料注射模就是如此。,6.3 加热系统设计,6.3.2 加热方式,通常采用的加热方式有两种 ： 1.电加热式 2.在模具内部通入热介质 对于需要提供足够热能，温度要求较高的模具采用电加热式，例如热固性塑料模、热塑性热流道模的流道板等。也采用热水、过热水或热油加热、蒸汽加热式、而煤气、天燃气燃烧加热的方法一般不太使用。,6.3 加热系统设计,6
15、.3.3 电加热系统设计,电加热式具有温度调节范围较大!装置结构简单，安装及维修方便，清洁、无污染等优点。缺点是升温较缓慢，改变温度时有时间滞后效应。 1.电加热系统设计的基本要求,6.3 加热系统设计,6.3 加热系统设计,2.电加热装置的形式,1.电加热系统设计的基本要求 （1）计算模具的加热功率 （2）合理地分布电热组件 （3）防止热量散失的工作 （4）建立必要的控温系统,6.3.3 电加热系统设计,6.3 加热系统设计,2.电加热装置的形式 电加热装置有两大类型 ： (1) 电阻加热 (2) 感应加热 常用的电阻加热装置 ： (1)电阻丝直接加热 (2)电热套、电热片加热装置 如图615 (3)电热棒（如图616）,6.3 加热系统设计,6.3.3 电加热系统设计, 电热功率的计算,（1）计算在要求时间内将模温升至工作温度所需的总功率 （2）计算成型过程中要求模具对塑料加热到
