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1、河南机电高等专科学校：杨占尧,模块九 温度调节与控制系统,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。,河南机电高等专科学校：杨占尧,模块九 温度调节与控制系统,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。,河南机电高等专科学校：杨占尧,模块九 温度调节与控制系统,重点： 冷却系统设计和加热系统设计。
2、难点： 冷却系统设计和加热系统设计。,河南机电高等专科学校：杨占尧,模块九 温度调节与控制系统,9.1 概述 9.2 模具冷却系统的计算 9.3 冷却系统设计 9.4 加热系统 9.5 模具温度控制器,河南机电高等专科学校：杨占尧,9.1 概述,注塑模温度调节是采用加热或冷却方式来实现的，确保模具温度在成型要求的范围之内。模具加热方法有蒸汽加热、热油、热水加热及电加热等方法，最常用的是电阻加热法；冷却方法则采用常温水冷却、冷却水强力冷却或空气冷却等方法，而大部分采用常温水冷却法。,河南机电高等专科学校：杨占尧,9.1.1 模具温度调节系统的功用,1 改善成型条件 注塑成型时，模具应保持合适的温
3、度，方能使成型正常进行。如热流道模具，模温应保持流道内熔料温度在成型范围内，模温过高或过低则不能满足成型要求，对普通热塑性塑料模具，模具常需要冷却，因此，模温在保证成型的情况下，要尽量使模温保持在允许低温的状态，以缩短成型周期。,河南机电高等专科学校：杨占尧,2 稳定制品的形位尺寸精度 控制模温是稳定制品形位尺寸精度的主要方法之一。因为模温变化会使塑料收缩率有大的波动，模腔(型芯)形状尺寸所控制品的尺才就得不到保证。特别对结晶性塑料，因温度对塑料的结晶速率和结晶度的影响大，所以收缩率的波动就很大。如果模温不能使制品均匀冷却，则制品在各个方向上的收缩程度就不同，不但影响制品尺寸精度，而且会引起制
4、品的变形。因此，合理控制模温，可以使影响塑料收缩率的因素得到稳定，使制品的形位尺寸变化在允许的范围内。,河南机电高等专科学校：杨占尧,3 改善制品机械、物理性能 如果模温控制不适当，会造成制品内应力增加和集中，从而影响制品的使用性能。 4 提高制品表面质量 塑件上常出现冷料斑、光泽不良、熔料流痕等缺陷，如对模温进行合理调节，可以防止此类弊病。表9-1列出了不正常模温对塑件质量的影响。,河南机电高等专科学校：杨占尧,9.1.2 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
5、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、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。,河南机电高等专科学校：杨占尧,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
6、。 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，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。,河南机电高等专科学校：杨占尧,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。 需要指出，模具中设置温度调节系统后，会给注塑成型生产带来一些问题。因此，在设计模具和温度调
7、节系统时，均要想办法加以预防。,河南机电高等专科学校：杨占尧,9.2 模具冷却系统的计算,塑料注塑模具冷却系统的设计计算，不仅影响成型塑件的质量，还直接影响生产效率。 9.2.1 冷却时间的计算,河南机电高等专科学校：杨占尧,河南机电高等专科学校：杨占尧,河南机电高等专科学校：杨占尧,河南机电高等专科学校：杨占尧,河南机电高等专科学校：杨占尧,河南机电高等专科学校：杨占尧,5 冷却水入口与出口处温差校核 冷却水的进出口温差由下式进行校验：,河南机电高等专科学校：杨占尧,9.3 冷却系统设计,1.在保证模具材料有足够的机械强度的前提下，冷却水道尽可能设置在靠近型腔(型芯)表面，如图9-2所示。
8、2.在保证模具材料有足够的机械强度的前提下，冷却水道应安排得尽量紧密。 3.冷却水道的直径应优先采用大于8mm，并且各个水道的直径应尽量相同，避免由于因水道直径不同而造成的冷却液流速不均。,河南机电高等专科学校：杨占尧,返回,河南机电高等专科学校：杨占尧,4 对于中、大型模具，由于冷却水道很长，会造成较大的温度梯度变化，导致在冷却水道末端(出口处)温度上升很高，从而影响冷却效果。从均匀冷却的方案考虑，对冷却液在出、入口处的温差，一般希望控制在5以下，而精密成型模具、多型腔模具的出、入口温差则要控制在23以下，冷却水道长度在1.21.5m以下。因此，对于中、大型模具，可将冷却水道分成几个独立的回
9、路来增大冷却液的流量，减少压力损失，提高传热效率。 5 冷却液在模具中的流速，以尽可能高一些为好，但就其流动状态来说以湍流为佳。在湍流下的热传递比层流高1020倍，因为在层流中冷却液作平行于冷却水道壁诸同心层的运动，每个同心层都好比一个绝热体，从而妨碍了模具向冷却液散发热过程的进行。,河南机电高等专科学校：杨占尧,6 制品较厚的部位应特别加强冷却。 7.充分考虑所用的模具材料的热传导率。通常，从力学强度出发，选择钢材为模具材料如果只考虑材料的冷却效果时，则导热系数愈高，从熔融塑料上吸收热量愈迅速，冷却得愈快(各种材料的 值见表9-3)。因此，在模具中对于那些冷却液无法通到而又必须对其加强冷却的
10、地方，可采用铍青铜(BeCu)材料进行拼镶。由表9-3可知：铍青铜BeCu材料的导热系数为铜材的1.13.3倍。,河南机电高等专科学校：杨占尧,9.3.2 冷却水道在模具中的位置,冷却水道的位置取决于制件的形状和不同的壁厚。原则上：冷却水道应设置在塑料向模具热传导困难的地方，根据冷却系统的设计原则，冷却水道应围绕模具所成型的制品，且尽量排列均匀一致(如图9-3所示，由于顶出装置的影响，动模的冷却水道排列不能与定模的冷却水道排列完全一致)。 如果模具采用拼镶结构，且制品成型在所镶入的镶件上(如图9-4所示)，在大多数小型模具中，因镶件尺寸太小不易加工冷却水道，可以采用冷却水道包围镶件的方法。,河
11、南机电高等专科学校：杨占尧,返回,河南机电高等专科学校：杨占尧,返回,河南机电高等专科学校：杨占尧,如果成型制品的镶件尺小足够大,能够采用加长水嘴使冷却水道直接通入镶件的方法(如图9-5所示)，则是最为简单有效的，其冷却效果比围绕镶件设置冷却水道的方法要好得多。 对于图9-5这种横穿镶件的冷却水道，采用加长水嘴联接最为简便，此结构不宜采用型圈密封的办法，因为在这种结构中，型圈所受到的正压力较小，很难达到密封的效果。并且在组装时，如果型圈的厚度高出镶件表面过多，容易被切断。,河南机电高等专科学校：杨占尧,返回,河南机电高等专科学校：杨占尧,如果模具采用拼镶结构，用于成型制品的镶件为圆柱形，其冷却
12、方式可以采用图9-6所示的环形冷却水道。 值得注意的是，这种冷却水道的结构要求在镶件上装有两个型密封圈，因此，镶件与模板的配合精度要求是非常高的。如果间隙过大、密封圈由于没有足够的正压力会发生密封不严，而间隙过小，则在组装时会切断密封圈(因为密封圈的厚度必须高出镶件表面)。,河南机电高等专科学校：杨占尧,返回,河南机电高等专科学校：杨占尧,众所周知，由于制品的壁厚不均，在成型时会产生缩坑。为克服这一缺陷，除改进制品结构和调整成型工艺之外，在模具中设置足够的冷却水道，对制品的这种缺陷也会有所改善。如图9-7所示。,河南机电高等专科学校：杨占尧,许多模具结构在成型过程中，熔融塑料除填满型腔之外，同
13、时也包围着型芯，通过热交换使型腔和型芯的温度上升得很高，对成型周期有很大的影响，因此，除型腔周围需要设置冷却水道之外，型芯也必须设置必要的冷却水道，如图9-8所示。,河南机电高等专科学校：杨占尧,返回,河南机电高等专科学校：杨占尧,在模具中，除型腔四周需要设置冷却水道之外，型腔中凸起的部分(只要凸起的部分足够大)也需要设置冷却水道，如图9-9所示。,河南机电高等专科学校：杨占尧,侧抽芯模具中的侧滑块，只要尺寸足够大，也必须设置冷却水道，因为较大的侧滑块，如果缺少冷却装置，除影响所成型的制品质量之外，在运动时因受热膨胀容易发生咬蚀，如图9-10所示。,河南机电高等专科学校：杨占尧,9.3.3 模
14、板冷却水道的设置,不少小型模具的型腔是直接在模板上加工而成的(也可采用拼镶结构，但由于模具尺寸较小，所用于型腔与型芯的镶件尺寸更小)，对于这类模具，可以直接在模板上设置冷却水道。 在模板上设置冷却水道同样应遵循冷却系统的设计原则，使冷却水道尽量靠近型腔表面和尽量围绕型腔，使制品在成型过程中冷却均匀,如图9-11所示。该形式由于冷却水道不是围绕型腔而设置的，在成型过程中，制品的散热是不均匀的。图9-12所示的冷却水道排列对于制品的散热略好于图9-11所示的排列。,河南机电高等专科学校：杨占尧,返回,河南机电高等专科学校：杨占尧,返回,河南机电高等专科学校：杨占尧,从图9-13所示的冷却水道排列中
15、，可以看出，由于冷却水道基本上围绕型腔，因此，其制品在成型过程中的散热效果比前两种排列要好得多。,河南机电高等专科学校：杨占尧,如果模具中的冷却水道太长，在成型过程中，会使得水温变化增大(入水口与出水口温度相差很大)。针对这个问题，为保证其冷却效果，可采用两个(或两个以上)独立回路。如图9-14所示，模具边缘处，冷却水道的封密，一般采用紫铜或铅制作的圆柱堵，以过盈配合的方法将其封住。 相交水道通常采用过盈配合方式插入镶件，使冷却液改变流向如图9-15和图9-16所示。,河南机电高等专科学校：杨占尧,返回,河南机电高等专科学校：杨占尧,返回,河南机电高等专科学校：杨占尧,返回,河南机电高等专科学
16、校：杨占尧,如果模具中成型制品的部分(型腔)，是以镶件方式镶入模板，其冷却水道的分布,最好采用围绕镶件的方法，如图9-17所示。,河南机电高等专科学校：杨占尧,一般情况下，模板中的冷却水道常采用钻床加工。有些水道较长且横竖交错，在加工时，为了减小难度和使钻孔所要求的精度相对降低，一般规定两条相交错的水道在长度小于150mm时，最小间距为3mm，在长度大于150mm时，最小间距为5mm，如图9-18所示。,河南机电高等专科学校：杨占尧,返回,河南机电高等专科学校：杨占尧,9.3.4 型芯冷却水道的设置,由于在成型过程中，型芯总是被温度很高的熔融塑料包围着，因此，型芯材料的热传导非常关键。为了解决型芯的散热问题，虽然可以便用热传导率较高的材料制造型芯(如铍青铜材料)。如前所述，铍青铜的导热系数是钢的1.83.3倍，但因铍青铜的力学强度比钢差，并且大量使用铍青铜材料会使模具成本大幅度提高，所以在绝大多数情况下，解决这一问题最好的办法是在型芯中设置冷却水道，利用冷却水道中冷却液的温度和流速来
