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1、塑料成型工艺与注射模具设计注射模冷却与加热装置的设计与计算任务引入注射成型图7-31所示塑料罩盖塑件，假设采用一模 4腔、侧浇口的模具结构, 模具的主型芯需要冷却。试确定冷却方式、绘制冷却水道方案图（草图）。2腔中取出时其0 LHO -心 金2帛32-fl 25（一）冷却系统的设计一般注射模具内的塑 温度在600C以下。3 ）热塑性塑料在注射成型后，必须对模具进行有效的冷却，以便使塑件可靠、均 匀冷却定型并迅速脱模，提高塑件定型质量和生产效率。对于熔融粘度低、流动性较好的塑料，如聚乙烯、聚丙烯、尼龙、聚苯乙烯、 聚氯乙烯、有机玻璃等，当塑件是小型薄壁时，则模具可利用自然冷却而不设冷 却系统当塑
2、件厚壁而大型时，则需要对模具进行人工冷却，以使塑件在模内加快冷却 定型，缩短成型周期，提高生产率。冷却介质有冷却水和压缩空气，但用冷却水较为普遍，这是因为水的热容量大, 传热系数大，成本低。几种常用塑料的成型温度、模具温度和脱模温度，见表9-1。rt ncjTh CCJ(TC)T. *C)Tm(V)Te200250406060100Rfirtf幵维秦160-3509012090140acwj-zeo601Q0砒堰瓠乙烯（HPVO1BO21040 60iao16o20O26O40 6060100乙甥(FPVC)1 70 11)0456060100内烯咸树丽180250406060100右机碰購P
3、MMA220270406060ICC聚乙晞PEJ)50250507070110耗化隼魁CPE)9024040 &060iao戡丙烯tPP）160260400060100噸単儀PFC20 340110150120 160CPA)200 300间阴跖70-110晌陨(PSF300340O0150)10160擁1/冷却时间的时间 072090-ISOt具型腔起e到可以70)20V蹴fl!在注射过程中，塑件的丁冷却时间，通常是指塑料熔体从充满模图9 1开模取出塑件时止的这一段时间。塑件是否已经冷却，常以制品已充分固化定型而且具有一定强度和刚度为准 冷却时间一般约占整个注射生产周期的 80%。CQ-1
4、)确定冷却时间的方法有计算法和经验查表法。计算法确定泠却时间的计算公式为： 1平板类垫件冷却时间的确宜对壁薄塑件，冷却时间的计其公式酋:t = T 11H- X Zf+-)JT X Cf 7T 7-对壁厚塑件，冷却时I旬的计算公式为：r =1 ln(- x 兀 + 呵7T2 xa疽 Ts -72園柱形棒形类塑件冷却时间的繭定16 R2 , ,5x13%-召、_ 9tf2 X 开 * % _ 乔C. 9-3 .)0 球形塑件冷却时I旬的确定r = lii( 2： x ”沪H7? -為式中H -塑料热扩散系数m?/s) J查9_2 ;S制品空!宅：mm)；R实心球半径mm九表9-2常用塑料的热扩散
5、系数、热传导系数、比热容与熔化潜热垦料名称弟扩Rift a 2 * h-Jk i kJ Cm * h C)冷却系统的设计，影响因素多并且复杂，主要设计原则有： 冷却系统设计应在推出机构前完成， 从而避免冷却管路与推杆孔相互贯穿。(2) 定模与动模应分别冷却，保证冷却平衡。型芯布置冷却回路的空间小，还 有推出机构的影响，型芯冷却系统必凹模冷却系统复杂。(3) 尽量保证塑件收缩均匀，维持模具的热平衡。(4) 冷却水孔的数量越多，孔径越大，则对塑件的冷却效果越均匀，如图9-1所示。图9-1(a开设5个大孔比图9-1 (b)开2个小孔的冷却效果好。根据比热容Cs 国 kg *)-热it kJ kfl-
6、9罹苯乙烯3.2X10-*4 452L 340ABS9. fiX 10*lO551.&472. 2X J0-*0+5节4L 842低密度柔乙怫6. 2X10-*1. 2M2.0941.30X10*高密度擢乙帰2X10TL733J, 5542. 43X10*聚丙嫦X4X10-*0.4231.9261.80X10*3.5X1Q-*0+&371.884L 30X10*3,3X10*0.6951.717-JR甲噩3*3X10-a 8291. 7591. 53X104.3X10*754L. 46&罹三氧乙烯3.4X10-0. 7S4L.046K四氛乙烯4. ox ir*0. 879L0461.冷却系统设
7、计原则经验，一般12 15mrh,冷却水孔中心距约为水孔直径的!11 11 HII II i I 11应为冷却水孔直径的35倍，水孔直径一般为812mm2倍(常为III I J I II NII L 力 IIm 二厂 丫iB 口 乂口)H ir it 11 nTOT 弋弘 fl)乂门口入口一=： 忑总J口岀口.图9-3 浇口处加强冷却的形式1世使冷却水孔至型(5)尽可与型腔表面的距离应处处相等，如图9-2 (a)所厚处应强化冷却、水孔应靠近型腔、距离要小，但也不应小于 (b)所示塑件壁厚均匀时，冷却水孔 当塑件壁厚不均匀时，壁10mm 如图 9-2示。(6)浇口处加强冷却。一般热传导与水孔数浇
8、口附近温度最高，距浇口越远温 度越低，因此要力强浇口处的冷却。即冷却水从浇口附近流入，如图9-3 (a)为侧浇口的循环冷却水路，图9-3 (b)为多浇口的循环冷却水路。布不均匀，尤 模具宽度方向(7)应降低进水与出水的温差。如果进水与出水温差过大，将使模具的温度分It的大型塑冷却料温越流越低，对于矩形模具，通常沿50C,如图9-4 (b)所示图9-4降低进水与出水的温差(8) 合理选择冷却水道的排列形式。对于收缩大的塑件(如聚乙烯)应沿收缩 方向开设冷却水孔。图9-5所示为四方形塑件中心浇口的情况，收缩沿放射线和 与放射线垂直的方向进行，所以应将冷却水从中心引入，向外侧进行螺旋式热交 换，最后
9、流出模外。对于不同形状的塑件，冷却水孔的排列形式也有所不同，如图 9-6 （a所示为 薄壁扁平的冷却形式；图9-6 （b）为中等深度壳形塑件的冷却形式； 图9-6（c） 为深腔塑件的冷却形式。（a）（b）（c）（9）合理确定冷却水管接头位置。为不影响操傀9进出不同形状塑件冷却水通道射机背面的模具同一侧。的排列形式（10）冷却系统的水道尽量避免与模具上其他机构（如推杆孔、小型芯孔等）发 生干涉现象，设计时要通盘考虑。（11） 冷却水管进出接头应埋入模板内， 以免模具在搬运过程中造成损坏。 如图 9-7所示，最好在进口和出口处分别打出标志，如“ IN” （进口）和“ 0UT（出 口）等。多级式、螺
10、旋线式、喷射式、隔板式等多种样式，同时还可以互相配合，构成各种冷 却回路。（1）简单流道式通过在模具上直接打孔，并通以冷却水而进行冷却，是生产中最常用的一种形式。如图9-8（a）是一般的冷却方式，适用于成型较浅且面积较大的塑件；图 9-8 （b）是通过软管在模外连接冷却回路。3=1图9-9深腔和咼度较大型芯的冷却图9-8简单冷却流道式图9-9所示结构，对深腔和高度较大的 型芯的冷却效果较好。图 部所图为比较常见的一种多螺型芯式冷却方式。(3) 隔图 9-13；,r ；.隔片密對BBy y y Hi t Kik . rss1%111 liJBi.1 IASl图9-13 隔片导流式冷却方式(4)
11、喷流式图9-14所示为用于长型芯的冷却形式，是在型芯中间装有一个喷水管，冷却水 从喷水管的顶端喷出，向四周分流冷却型芯壁。（5）导热杆（导热棒）及导热型芯式图9-15所示为在型芯上镶有导热性好的铍铜合金，冷却水与铍铜合金的全部（如 图9-15（ a）或尾部（如图9-15 （b）接触，以提高冷却效率。甘般*f置09-17 所图9-16所当型芯特别小时，如图（1）水管接头。一般由黄铜制成，对要求不高的模具也可用一般结构钢制成。 尸（2）螺塞。主要用来构造水路，起截流作用。要求高的模具用黄铜制作。（3）密封圈。主要係使冷却回路不泄漏。常（4）密封胶带。主要用来使螺塞或水管接头与冷却通道连接处不泄漏（
12、吏）软管。主要作是连接并构造模外冷却回路。（6）喷管件冷主要用在喷流式冷却系统上，最好用铜管。（7）隔片。用在隔片导流式冷却系统上，最好用黄铜片。（8）导热杆。弼在导热式冷却系统上，齋要由铍铜制成。冷却系统的管路计算i20253035404556模具冷却装置的设计与使丿书的冷却介质、工冷却方法有关。模=r rj具可以用水、压缩5空气和冷凝水冷却,但用水冷却最为普遍，因为水的热容量大，传热系数大，成 本低廉。表9-4水的值与其温度的关系I 所谓水冷，即在模具型腔周围和型芯内开设冷却水回路， 使水或者冷凝水在其 丿 中循环，带走热量，维持所需的温度。冷却回路的设计应做到回路系统内流动的介质能充分吸
13、收成型塑件所传导的热量，使模具成型表面的温度稳定地保持在所需的温度范围内，而且要做到使冷却介质在回路系统内流动畅通，无滞留部位。但是，在冷却水回路开设时，受到模具上各种孔（顶杆孔、型芯孔、镶件接缝 等）的限制，按理想情况设计较困难，必须根据模具的具体结构灵活地设置冷却 回路。（1）冷却回路所需的总表面积冷却回路所需的总表面积可按下式计算：竺3600 xlx（ -&w）式中” A冷去卩回显各卷表面积；m单位时间内注入模具中树脂的屣呈kg/h；Q单位质量树脂在模貝內釋放的热童_T/ks，可从表9-3 取:K拎却水的表面传热系裁即/ m2 * K I f日“模具成型表面的温度J冷却水的平均温度七九柯脂窑称Q直材脂名称0値镯脂窑称q mABS3 A2.9pp5.9AS3. 35CAB2. 7PA65 6POM4. 2PA666-5-7PS2
