注塑模具冷却系统设计

注塑模具冷却系统设计

塑料模具冷却系统的正确设计, 不仅能缩短成型周期, 提高生产效率, 而且可以满足现代工程塑料精密注射件的需要。

一、由模具散发的总热量

在小时内, 模具需要带走的总热量Q为

试中：Q——应由模具散发的总热量（W）；n每小时注射次数（n和冷却时间有关）；G——包括进料口在内的每次注射的全部重量（kg）;Cp——塑料的比热，常见的塑料比热见表，h——结晶性塑料的熔融潜热，常见的熔融潜热见表；tc——塑料注射入口温度

油墨中的溶解性, 颜色沾污性、毒性、成本和原料来源等因素外, 用发泡促进一抑制体系的分解特性曲线可作为选择合适的发泡剂、促进剂和抑制剂体系的依据。当发泡一促进剂体系分解曲线其分解温度在树脂的熔融温区内, 无低温区的初始分解, 曲线斜率有突变则气体释放速率快而气量大, 则能形成均匀而密集的泡孔当加入了抑制剂后体系的分解曲线与原曲线相距大, 即分解温度差值越大越好, 尤其不能有低的初始分解, 并且在树脂熔融温区中释放气体量最小, 这样的体系为化学压花效果最好, 如图的曲线与不同抑制剂在压花时效果不同, 故抑制剂可控制压花过程

根据体系的八分解特性曲线的分析找到了以为发泡剂, 为促进剂和为抑制剂的发泡材料的发泡促进一抑制体系, 并提出了适宜的配方和工艺, 制得了发泡材料的化学压花样品, 凹凸差约为毫米。

二、塑料制件的冷却时间

塑料制件的冷却实际上在充模开始的瞬间就同时发生了。设塑料制件壁厚中心温度到达塑料粘流态温度的最低限时塑料停止流动, 则可以得出塑料充模时间的极限流动时间

式中—塑料熔体充模时的极限流动时间幻, t—塑料制件的最小壁厚,a 一一塑料的热扩张系数, 常用塑料的热扩张系数见表

实际上, 可以把塑料热变形温度定为模具温度的上限, 塑料粘流温度的下限定为熔体停止流动的温度, 这样, 我们可以认为塑料充模时的极限流动时间也是塑料制件冷却时间的一部分, 由于, 以后就可以认为塑料已完全充满型腔, 所以可以作以下假设：

1、塑料制件侧面冷却不计, 即为一维导热。

2、进入模具的塑料比热, 热传导系数不变。

3、模具和塑料制件处于稳定的温度场中。

4、塑料壁厚中心温度等于塑料热变形温度时, 冷却周期结束。

由此可得塑料制件充模结束后所需的冷却时间为：

总的冷却时间为以上两部分之和由冷却时间可以确定最短成型周期并可决定每小时注射次数二。

三、总热量对于型腔、型芯的分配

塑料制品的冷却时间在型芯、型腔之间分配是不相等的以一个在秒周期内完成的塑料小制件为例, 分析实侧结呆如下合模后,熔融塑料在高压下高速注入模腔, 这一时间约为秒然后保压秒在这秒时间内,制品内的压力始终保证了塑料和型腔、型芯表面同时紧密接触并散发出热量秒后, 浇口冻结, 同时制品内部压力开始衰减, 制件进一步冷却并开始收缩由于型芯阻止了制件的内向收缩, 制件包紧在型芯上并在厚度方向减小尺寸, 结果在型腔和制件表面形成不易导

热的空气层。由于空气的导热系数相对于金属的导热系数而言是很小的, 所以可认为这时的热量传递仅仅发生在型芯部分。这样的状态要持续约秒钟, 开模顶出制件时制件在型芯上还要停留秒钟左右, 实际上型芯对制件的传热时间持续了秒, 而型腔对制件的传热时间仅秒左右, 可见型芯冷却时间是型腔冷却时间的倍实验表明, 当用相同入口温度和相同冷却几何参数的冷却系统冷却模具时, 型腔和型芯实测温差达℃以上这样往往造成制品的应力分布不均匀, 翘曲等缺陷。鉴于国内大多数厂家不重视冷却问题, 尤其是不重视在冷却循环回路较难布置的型芯上的冷却问题,本文建议必须加强型芯的冷却, 其措施除了用较好的导热材料如铜、被铜等等作型芯散热体以外, 设计时可将肠的总热量分给型芯带走, 剩下肠的总热量由型腔带走, 由此来达到使型芯、型腔温度大致相等的目的。

四、冷却水量的确定

假设塑料制品传给模具的热量Q全部由冷却水带走, 则可由下式确定冷却水量的W大小。

式中Qk—塑料传给型芯或型腔的热量, 型芯Qk=3/4Q, 型脸则Qk=1/4Q（W）,W —水的重量(kg/h), t—水的入口温度(℃) , tm—水的出口温度, 近似取作模具温度(℃) , Cd一水的比热(J/kg.K)。

由此又可找出每根独立水管即单独有进出口的冷却水管或水槽的流量为。

式中, Qw—每根独立水管槽的体积流量(m3/h),n2 —独立水管在型芯或型腔上的根数,Cg—水的比重(㎏/m3)。

五、冷却系统几何参数的确定

冷却水的次动代态为紊流较好。有资料介绍, 当流动状态特征数雷诺准数为时, 其热传导率是层流的倍, 当时, 其热传导率是层流的倍多, 这是因为紊流提高了冷却水孔壁与冷却水之间交界膜的传热系数R的表达式为:

式中dm—水管内径（或水槽当量直径）(m),u —水的粘度皿丫, 具体值见表

当冷却水槽断面形伏不是圆时, 人即为其当量直径；dw=4a/I式中a—冷却水槽过流断面积(m2),I—过流断面湿周长(m)。

冷却水出入口温度选定后, 可求出冷却水的平均温度, 由此温度从表4中查出相应的u值代入式算出, 一般为要得到紊流,R要大于等于3500。若取最低雷诺数Rw=3500 则可校核R是否满足要求, 或直接由Ww求出下列参数

由dw, 再重新确定n2

上式求出n2的须按大的方向圆整为整数,然后由下式求出冷却水流速v为v=Qw/3600A (m/s)

式中：A——冷却水管通流面积（m2）。

根据要带走热量Qk所需的冷却系统换热面积φ（与型芯或型腔散热表面平行或同心）可以确定冷却系统所需的长度Lw。由对流换热原理：

式中φ—每根独立水管的换热面积(m2)；α一一冷却水对管壁的换热系数么（W/m2·K）。一对于水, 。αo可由下面的简化公式得出

式中γ—水的重度（kg/m3）,B—水的实验常数, 具体值见表。

换热面积φ由下式决定：φ=πdwLw将两式代入式, 得

上式的使用条件是Lw/dw>50 当管子曲率半径R。较小时, 会引起α的显著增加。因此当使用冷却管道为弯管时, 可由下式来修正换热系数α。为

式中αR—弯管的换热系数(W/m2·K)R。—弯管曲率半径(m)。则相应冷却长度计算式改为：

六、冷却系统的水头损失

模具中的冷却循环若采用离心式泵, 则输出流量取决于流动阻力。例如, 功率为373W的离心泵, 阻力为117×103Pa时, 输出159×10﹣3m3/min；阻力为172×103Pa时, 输出69×10﹣3m3/min；当阻力高达207×103Pa 时, 实际输出为零。可见, 冷却孔的流动阴力是一个不可忽略的限制因素。当水为紊流时, 水管的摩擦系数入可由以下实验式得出:

则水头损失

式中；g—重力加速度。

由的式可以用来校核前面计算的流量流速是否合乎要求, 或者直接由表进行核。

以上六点即是塑料模具冷却系统设计的全部公式和过程。经实际应用证明本文给出的方法具有一定的实用价值。