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1、模具温度调节系统 内容简介： 本模块讲述模具温度调节系统的功用；模具冷 却系统参数的计算；冷却系统设计，包括设计冷却系 统的原则、冷却水道在模具中的位置、各种类型冷却 水道的设计； 加热系统设计（包括电加热、整齐或过 热水加热、煤气及天然气加热等）； 模具温度控制器 简介，包括模具温度控制器的作用和使用。 学习目的和要求： 使学生掌握加热与冷却装置设计计算，并能 理论联系实际，正确设计出注塑模具的加热与冷却 系统。 重点： 冷却系统设计和加热系统设计。 难点： 冷却系统设计和加热系统设计。 概述 注射模具的温度是指模具型腔的表面温度，对于 大型塑件是指模具型腔表面多点温度的平均值。在 注射成型
2、过程中，模具温度直接影响到塑件的质量 ，并且对生产效率起到决定性的作用，因此必须采 用温度调节系统对模具的温度进行控制。 模具温度调节系统包括冷却和加热两个方面，对 于大多数要求较低模温（一般低于80C）的塑料，只 需设置模具的冷却系统即可，因为通过调节水的流量 就可达到调节模具温度的目的。但对于要求模温较高 的塑料（如：聚碳酸脂、聚砜、聚苯醚等）以及大型 注射模具，需设置加热系统。 1.模具温度调节对塑件质量的影响 塑件的质量与模具的温度有密切关系。 低的模具温度可降低塑件的成型收缩率，避免塑件收 缩产生凹陷，降低脱模后的塑件变形，从而提高塑件尺 寸精度。 提高模具温度可以改善塑件的表面质量
3、，使塑件的表 面粗糙度降低。但是模具温度过高将导致成型周期延长 和塑件发脆的缺陷；模温过高又会使冷却时间大大延长 ，易造成溢边、脱模变形等。 如果模具温度不均匀，型腔与型芯温差过大，则塑件 收缩不均匀，导致塑件产生翘曲变形，影响塑件的形状 和尺寸精度。 因此，必须合理控制模具温度，才能确保塑件的质量。 2.模具温度调节对生产效率的影响 在塑件成型周期中，冷却时间一般可占成型周期的 2/3。因此缩短成型周期中的冷却时间是提高生产率的 关键。 影响冷却时间的因素很多，如冷却管道与型腔的距 离、塑料种类和塑件厚度、开模温度、模具热传导率 、冷却介质初始温度及流动状态等。缩短冷却时间， 可通过增大冷却
4、介质流速、增大传热面积和调节塑料 与模具的温差来实现。此外，冷却管道距型腔表面越 近,则冷却效果越好。如果距离太小，则每一个冷却管 道影响型腔表面的范围较小，型腔不易达到均匀冷却 ，影响塑件尺寸精度及外观质量。 一般冷却管道的管壁距型腔表面的距离取15-25cm。 3.对模具温度的要求 塑料品种不同则对于模具的温度要求也不同 模具的冷却与加热 注塑模的温度调节系统必需有冷却和加热 功能，必要时还要二者兼有。通常所用的冷却 或加热介质有水、热油和蒸汽，当然也可采用 电加热方式。水介质分为常温水、温水和冷水 三种。对于热塑性塑料来讲，无论是采用冷水 和常温水对模具进行冷却，或者是采用温水、 蒸汽、
5、热油和电能对模具进行加热，其作用结 果都是为了对模腔内的塑料制品进行合理的冷 却。下面介绍一些确定冷却或加热措施的原则 。 对于粘度低、流动性好的塑料，可采用常温水对模具进行 冷却，并通过调节水的流量大小控制模具温度。如果对这类 塑料制品的生产率要求很高，亦可采用冷水控制模温。 对于粘度高、流动性差的塑料，经常需要对模具采用加热 措施。 对于粘流温度或熔点不太高的塑料，一般采用常温水或冷 水对模具进行冷却。有时也可采用加热措施对模温进行控制 。 对于高粘流温度或高熔点塑料，可采用温水控制模温。 对于热固性塑料，必须对模具采取加热措施。 由于制品几何形状影响，制品在模具内各处的温度 不一定相等，
6、可对模具采用局部加热或局部冷却方法 ，以改善制品分布情况。 对于流程很长、壁厚又比较大的制品，或者是粘流 温度或熔点虽然不高、但成型面积很大的制品，可对 模具采取适当的加热措施。 对于工作温度要求高于室温的大型模具，可在模内 设置加热装置。 为了实时准确地调节和控制模温，必要时可在模具中 同时设置加热和冷却装置。 对于小型薄壁制品，且成型工艺要求的模温也不太高 时，可直接依靠自然冷却。 模具冷却系统的计算 冷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。 注射模具中冷却系统的作用是: 带走高温塑料熔体所放出的热量； 将模具温度控制在设定的范围内。 冷却
7、参数的计算 1冷却时间的确定； 2传热面积的计算； 3冷却水在圆管中平均流速的计算； 4冷却水孔总长度的计算； 5冷却水孔数的计算； 6冷却水流动状态的校核； 7冷却水进口与出口处温差校核。 自学 冷却系统的设计设计原则 设计冷却系统需要考虑模具的具体结构、塑 件的尺寸和壁厚、镶块的位置、熔接痕的产 生位置等。 （1）冷却管道孔至型腔表面的距离应尽可能相等。当 塑件厚度均匀时，冷却通道至型腔表面的距离相等，如 图a，冷却通道的排列与型腔的形状相吻合；当塑件厚 度不均匀时，塑件壁厚处冷却通道应靠近型腔，间距要 小以加强冷却，如图b所示。一般冷却通道与型腔表面 的距离大于10mm。 （2）在模具结
8、构允许的前提下，冷却通道的孔径尽量 大，冷却回路的数量尽量多，以保证冷却均匀。 不均 匀的冷却会使制品表面光泽不一，出模后产生热变形。 （3）注意水管的密封，以免漏水。为防止漏水， 镶块与镶块的拼接处不应设置冷却管道，必须设 置时，应加设套管密封。此外，应注意水道穿过 型芯、型腔与模板接缝处时的密封以及水管与水 嘴连接处的密封，同时水管接头部位设置在不影 响操作的方向，通常在注射机的背面。 （4）浇口处应加强冷却。 由于浇口附近温度最高 ，因此应加强冷却。一般可将冷却回路的入口设在 浇口处。如图所示，图a为侧浇口冷却回路的布置 ，图b为多个点浇口冷却回路的布置。 （5）降低入水与出水的温度差。
9、如果出入水间温差太大 ，将使得模具的温度分布不均匀，尤其对流程较长的塑件 较为明显。设计时应根据塑件的结构特点、塑料特性及塑 件壁厚合理确定水道的排列形式，使得塑件的冷却速度大 致相同。如图所示，图a比图b效果好。 （6）冷却通道要避免接近塑件熔接痕的产生位置及塑 料最后充填的部位。 塑件在熔接痕处的温度一般较其 他部位的低，为了不致使温度进一步下降，保证熔接部 位的强度，应尽可能不在熔接痕部位开设冷却管道。冷 却水道若靠近塑料最后充填的部位会影响塑件质量及充 填效果。 （7）冷却通道内不应有存水和产生回流的部位，应 避免过大的压力降。 冷却通道直径的选择要易于加 工和清理，一般直径为6-12
10、mm。 （8）冷却管道最好布置在包含模具型腔型芯的零件 上，将冷却管道置于型腔或型芯之外的零部件上会使 模具冷却不充分。 常见的冷却回路布置 （1）型腔冷却回路 如图所示为最简单的外接直流循环式冷却回路，其方 法是在型腔附近钻冷却水孔，用水管接头和塑料管将 模内管道连接成单路或多路并行循环。这种回路结构 简单、制造方便，但外连接太多，容易碰坏，因此只 用于较浅的矩形型腔。 为避免外部设置接 头，可在型腔外周 钻直通水道，用塞 子或挡板使冷却水 沿指定方向流动， 如图，冷却水孔非 进出口用螺塞堵住 。该回路适合各种 较浅的，特别是圆 形的型腔。 图所示为左右对称式冷却回路，适合长宽比很大的矩形型
11、腔。 对于侧壁较高的型腔，冷却回路通常分层设置，如图所示。 对于嵌入式型腔，可在其嵌入界面开设环形冷却水槽，如图。 （2）型芯冷却回路 塑件在固化时因收缩而包紧在型芯上，塑件与型腔之间会形成空 隙，这时绝大部分的热量依靠型芯的冷却回路进行传递，在冷却 系统的设计中，型芯的冷却显得更为重要。 型芯的冷却回路根据塑件的深度、宽度等不同而不同。当型芯较 短时，可将单层冷却回路开设在型芯下部，如图所示。 对于较长的型芯，为使型芯表面迅速冷却，应设法使冷却水 在型芯内循环流动，其形式有如下几种： 斜交叉式管道冷却回路 如图，该形式主要适用于小直径长型芯的冷却。 直孔隔板式冷却回路 如图，在型芯的直管道中
12、采用隔板结构，水从右侧流 入，由于水堵使水上流，在上侧通过隔板流入左侧而 完成冷却过程。此方法可用于大直径的长型芯的冷却 。 水管喷流式冷却回路 如图为喷流式冷 却回路，在型芯 中间装一喷水管 ，冷却水从喷水 管中喷出，分流 后冲刷冷却型芯 内侧。这种回路 冷却效果好，但 制造比较困难， 适用于长型芯单 型腔模。 热管冷却 对于细小的型芯，常常无法 在型芯内直接设置冷却回路 ，因此需要采用特殊冷却方 式。如图所示为应用热管冷 却型芯。热管是一种特制的 散热用标准件，由铜管、铜 线芯（起吸抽作用）和工作 液（如水）等组成，将它的 一端插入小直径型芯中吸热 ，另外一端置于循环冷却液 中散热。 螺旋
13、式冷却回路 为保证冷却迅速、可 靠，可根据型芯的可 利用空间，在型芯内 部设计螺旋式冷却水 道，如图所示，即在 型芯嵌件外表面车制 螺旋沟槽后压入型芯 的内孔中，冷却水从 中心孔引向芯柱顶端 ，经螺旋回路从底部 流出。此回路适合大 型回转体塑件型芯的 冷却。 图示是一种冷却效果均匀、制品散热很好的冷却水道排列方法。常用于尺 寸较大的型芯。值得注意的是，在制作这种冷却水道时，型芯侧面的水道 封堵一定要平整，避免因出现侧面凸凹而影响制品脱模。如果这部位受 压较大时，可以采用镶入经过淬火处理的钢垫的方式来解决。 对于一模多腔的模具，其型芯的冷却方式可分为串联冷却和并联冷却两种。串联冷 却水道具有流动
14、有力的优点，但存在随着型芯数目增加，温度梯度变化大的缺陷。 并联冷却水道随温度梯度变化不大，但流动不够有力，其结果会导致对不同型芯冷 却效果不均匀。 直径较小(通常小于6mm)且尺寸较长的型芯，通常在设计时采用下列几种 冷却方式： (1)冷却水围绕型芯 (2)采用热传导率较高的材料(如铍青铜)制造细长型芯。 (3)在型芯内部较粗的部分(通常宜径大于8mm)加入细铜棒，细铜棒的 一端联接模板中的冷却水道， 加热系统的设计 当注射模具工作温度要求在80C以上时，必须设置加 热系统。根据热源不同，模具加热的方式分为电加热（ 包括电阻加热和感应加热，后者应用较少）、油加热、 蒸汽加热、热水或过热水加热
15、等。其中，电阻加热应用 比较广泛。 1.电阻加热装置 电阻加热的优点是结构简单、制造容易、使 用、安装方便、温度调节范围较大、没有污 染等；缺点是：耗电量较大。 电阻加热装置有三种： （1）电阻丝加热 将事绕制好的螺旋弹簧状电阻丝作为 加热元件，外部穿套特制的绝缘瓷管 后，装入模具中的加热孔道，一旦通 电，便可对模具直接加热。 （2）电热套或电热板加热 电热套是将电阻丝绕制在云母片上之后，再装夹进一个特制金属 框套内而制成的，云母片起绝缘作用。如图a、b、c所示，图a为 矩形电热套；图b、c为圆形电热套。如果模具上不便安装电热套 ，可采用平板框套构成的电热板，如图d所示。 （3）电热棒加热 电热棒是一种标准加热 元件，它是将具有一定 功率的电阻丝密封在不 锈钢内制成的。使用时 ，在模具上适当的位置 钻孔，然后将其插入， 并装上热电偶通电即可 。 2.电阻加热的计算 （1）加热功率计算 计算电功率是设计模具电阻加热装置的首要任务。其计 算方法有两种：计算法、经验法。 （2）加热棒数量的确定 总的电功率计算之后，即可根据电热板的尺寸确定电热棒 的根数，计算电热棒的功率。
