塑料模9—冷却系统设计及注塑模设计程序

在塑件成型周期中，冷却时间一般可占成型周期的3/4。因此缩短成型周
期中的冷却时间是提高生产率的关键。
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§3.8 注射模具温度调节系统
影响冷却时间因素还包括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。
根据实验，塑料带给模具的热量约5%由辐射、对流传到大气中，其余 95%由冷却介质带走，其中主要影响因素是冷却介质的流量，其次是冷却水 管距型腔的距离。缩短冷却时间，可通过增大冷却介质流速、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。
1. 模具结构允许，冷却水孔数量尽量多，尺寸尽量大
不均匀的 冷却会使制品 表面光泽不一， 出模后产生热 变形。由于模 具上各种孔(顶 杆孔、型芯孔、 镶块接缝等)的 限制，只能在 满足结构设计 的情况下开设 冷却水通道。
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§3.8 注射模具温度调节系统
2. 冷却水孔至型腔表面距离相等
当塑件壁厚均匀时，冷却水孔与型腔表面各处最好有相同的距离，如图 3-8-3a所示，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， 图3-8-3b所示，塑件壁厚处冷却通道应靠近型腔，间距要小，以加强冷却。 一般冷却通道与型腔表面的距离大于10mm，常用12～15mm。
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§3.8 注射模具温度调节系统
3. 浇口处加强冷却
普通熔融的塑料充填型腔的时候，浇口附近温度最高，距浇口越远温度 越低，因此浇口附近要加强冷却，通入冷水，而在温度低的外侧使用经过热 交换了的温水通过即可。一般将冷却回路的入口设在浇口处。图a所示为两 型腔侧浇口冷却回路布置，图b为薄膜浇口冷却回路布置，图c为多点浇口的 冷却水管分布图。
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§3.8 注射模具温度调节系统
5. 降低入水与出水的温度差
如果入水温度和出水温度差别太大时，使模具的温度分布不均，特别是 对流动距离很长的大型制品，料温愈流愈低。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3-8-7所示，对于大型塑件，型腔比较长时，图中b的形式会使入水 与出水的温差大，塑件冷却不均匀；图中a的形式可使入水与出水温差小， 冷却效果好。
8. 便于加工和清理：一般孔径设计为8～12mm 9. 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，否则在接缝处漏水， 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。
熔解潜热，则模具冷却时所需冷却水的体积流量 qv(m3/min)由下式计算： W——单位时间内注入模具中的塑料熔体质量，kg/min
W q
qv 水 C水 (T1 T2 )
q——单位质量塑料熔体在成型过程中放出的热量，kJ/kg
C水——冷却水的比热容 T1——冷却水的出口温度 T2——冷却水的进口温度
式中：A——传热面积 H——塑料对型腔的传热系数 △ T——型腔和塑料的平均温差 t ——冷却时间
若型腔形状和塑料品种确定了，A和H为常数，则：
Q t T 3600
即冷却时间 t 和Q/△T 成比例，为了缩短冷却时间，可减小塑料传给模具 的热量Q，或增大塑料和模具的温差△T。还可以在型腔温度低处通温水，温 度高处通冷水，调节塑料为均一的温度，使得Q/△T 的值减小。
塑件时为止这一段时间。
S——塑件ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ厚
1）利用简化公式进行计算
t

S2
2
ln

8
2

Tc T
Tm Tm

Tc——塑料注塑温度 Tm——模具型腔温度 T——塑件脱模时平均温度
α——塑料热扩散系数
其中 Cp
λ——塑料导热系数
ρ——塑料密度
Cp——塑料比热容
塑料品种
q
塑料品种
q
ABS
3.1×102～4.0×102
低密度聚乙烯
5.9×102～6.9×102
聚甲醛
4.2×102
高密度聚乙烯
6.9×102～8.1×102
聚丙烯酸酯
2.9×102
聚丙烯
5.9×102
醋酸纤维素
3.9×102
聚碳酸酯
2.7×102
聚酰胺
6.5×102～7.5×102
聚氯乙烯
1.6×102～3.6×102
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§3.8 注射模具温度调节系统
3．力学性能 结晶形塑料，结晶度越高，塑件的应力开裂倾向越大，故从减小应力开裂
的角度出发，降低模温是有利的。但对于聚碳酸酯一类高黏度无定形塑料，其 应力开裂倾向与塑件中的内应力的大小有关，提高模温有利于减小制件中的内 应力，也就减小了其应力开裂倾向。
4 ．表面质量 提高模温能改善制件表面质量，过低的模温会使制件轮廓不清晰并产生明
却管道
h 3.6 f
(水 v)0.8
d 0.2
f ——与冷却水温度有关的物理系数
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§3.8 注射模具温度调节系统
不同水温下的 f 值
3. 冷却水在圆管中的平均流速
4. 冷却水孔总长度
v

4qv
d
2
L

3.6

f
60W q
(水 v d )0.8
T
5. 冷却水孔数计算
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§3.8 注射模具温度调节系统
2）根据塑件厚度大致确定所需的冷却时间，见表
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§3.8 注射模具温度调节系统
2. 传热面积的计算
目的：为了设计冷却回路，求得恰当的冷却管道直径与长度，满足冷却要求。
模具上热传导的三种基本方式：热辐射、对流传热、热传导(向模板的传 热、和喷嘴接触的传热等)。
假设塑料熔体在模内释放的热量，经模具传导全部由冷却水带走，并忽略
特别要注意的是成型开始前模具的预热问题，现举例计算如下。
为了把重1吨的模具从室温20℃提高到50℃，假设型腔的比热为0.1kcal/kg·℃，
Q1 0.11000 (50 20) 3000 kcal
假若这3000千卡的热量不是预热供给，而是由注射到型腔的塑料传给， 并假设比热为0.4的塑料每小时成型塑件总重量20kg，塑料的温度从200℃冷却 到70℃，放出的热量为(假设忽略熔解潜热)
出口
出口
入口 入口
出口
a 出口 入口 入口 出口
b
c
入口 浇口
出口
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§3.8 注射模具温度调节系统
4. 冷却水道应沿着塑料收缩方向设置
对于收缩大的塑料(如聚 乙烯)应沿其收缩方向设冷却水 通道，如图所示是四方形塑件 中心浇口的情况，从浇口的放 射线及与其垂直的方向上均会 引起收缩。此时应在和收缩相 对应的中心部通冷却水，外侧 通经漩涡状冷却回路热交换过 的温水 。
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§3.8 注射模具温度调节系统
当液体在圆形断面直管中流动时，为了使冷却水处于湍流状态，根据流速 v与管道直径d和流量的关系(见下表)，确定冷却管道的直径d。
冷却管道总传热面积A的计算： A 60W q
h T
△T——模具与冷却水之间的平均温差
h ——冷却管道孔壁与冷却水之间的传热系数，对于长径比L/d>50的细长冷
6. 冷却系统设计应先于推出机构，这样才能得到较好的冷却效果
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§3.8 注射模具温度调节系统
7. 凹模与型芯要分别冷却，保证冷却平衡
一般应采用两条冷却回路分别冷却凹模与型芯。有些塑件的形状能使塑 料散发的热量等量地被凹模和型芯所吸收。但是极大多数塑件的模具都有一 定高度的型芯以及包围型芯的凹模，对于这类模具，凹模和型芯所吸收的热 量是不同的。这是因为塑件在固化时因收缩包紧在型芯上，塑件与凹模之间 会形成空隙，这时绝大部分的热量将依靠型芯的冷却回路传递，加上型芯布 置冷却回路的空间小，还有推出系统的干扰，使型芯的传热变得更加困难。 因此，在冷却系统设计中，要把主要注意力放在型芯的冷却上。
T1
T2


d2
W q
C水 水
v
冷却水出入口温差小，有利于模具型腔表面温度分布，一般应控制在
5℃以内，精密模具应控制在2℃左右。
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液体层流
液体湍流
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§3.8 注射模具温度调节系统
三、模具冷却系统设计原则
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。
n A
d l
l ——因受模具尺寸限制，每一根水管的长度
A——冷却管道总传热面积
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§3.8 注射模具温度调节系统
6. 冷却水流动状态校核
Re v d 6000 ~ 10000
应使冷却水道中的水呈湍流状态流动
Re——雷诺数 η——冷却水的运动粘度
7. 冷却水进口处与出口处温差校核
常见热塑性塑料建议模温
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§3.8 注射模具温度调节系统
二、模具冷却系统的设计计算
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： ① 带走高温塑料熔体所放出的热量； ② 将模具温度控制在设定的范围内。
1. 冷却时间的确定
塑件在模具内的冷却时间，是指塑料熔体从充满型腔时起到可以开模取出
Q2 0.4 20 (200 70) 1040 kcal
如上所述，模具预热需要的热量，相当于成型时3小时所放出的热量，因
此在间断操作，更换模具等情况下，模具的预热必须予以考虑。