注塑模温调节系统.pptx

概述概述模温设计原则模温设计原则冷却效率问题冷却效率问题冷却系统设计原则冷却系统设计原则冷却系统设计计算冷却系统设计计算内 容型芯冷却回路设计型芯冷却回路设计凹模冷却回路设计凹模冷却回路设计负压冷却负压冷却热管冷却热管冷却第1页/共68页3.9.1 概 念什么是模具的冷却系统?定定义义：为为使使模模具具的的成成型型零零部部件件达达到到某某一一温温度度以以及及使使型型腔腔中中的的高高温温塑塑料料快快速速而而均均匀匀地地冷冷却却而而在在模模具具中中设设置置的的一一些些加加热热或或冷冷却却介介质的通道及其附属机构。质的通道及其附属机构。第2页/共68页3.9.1 概 述目 的缩短成型周期，提高生产效率。使制品均匀冷却，防止制品翘曲变形，提高产品的质量。冷却开合模填充保压第3页/共68页概 述以水为介质的模温调节机，其温度可调节到9090以内。以油作介质的模温调节机可达到更高的模温，也可在模具上插入加热棒或用加热套来获得高于 100100的模温。如果模温低于室温，可用冷冻水进行冷却，即用有致冷功能的模温调节机，但应注意模具型腔表面的温度不可调节到该大气环境的露点温度以下，否则型腔内壁会有冷凝水凝结，会直接影响制品的质量。第4页/共68页概述概述模温设计原则模温设计原则冷却效率问题冷却效率问题冷却系统设计原则冷却系统设计原则冷却系统设计计算冷却系统设计计算内 容型芯冷却回路设计型芯冷却回路设计凹模冷却回路设计凹模冷却回路设计负压冷却负压冷却热管冷却热管冷却第5页/共68页模温设定原则模温高低视塑料品种不同而定，它对制品结晶度、力学性能、表面质量、制品的内应力和翘曲变形有很大影响。特别是结晶型塑料。流动性差的塑料如聚碳酸酯（PCPC）、聚苯醚（PPOPPO）、聚甲醛（POMPOM）等要求高模温。较低的模温会影响其流动性，增大内应力，甚至会出现冷流痕、银丝、注不满等缺陷。流动距离长（相对壁厚）及薄壁制品要求模温较高。第6页/共68页结晶型塑料的模温设定模温是结晶聚合物最重要的工艺参数，它决定了结晶条件。对于玻璃化温度低于室温的高聚物来说，若在成型时未达到足够的结晶度则在使用或储存过程中将发生后结晶现象，制品的形状和尺寸都将发生改变，因此应尽可能地使其结晶达到平衡状态。如PE、PP、POM都属于此类高聚物。对于玻璃化温度远高于室温的聚合物来说模温决定了制品的结晶度，从而影响制品的性能。高模温由于结晶度大可得到刚性、硬度和耐磨性都很高的制品。而低模温可获得韧性较好的制品。第7页/共68页设计模温例子例如尼龙的玻璃化温度较高，约为4545，在室温下应该较为稳定，不易产生后结晶现象，可是尼龙制品仍发现有结晶度的微小变化，这是由于尼龙易从大气中吸收水分而诱发进一步结晶。尼龙6 6和尼龙6666常采用7070120120的模温，这时其结晶速度很快而又不致产生粗大晶粒，可获得较高的结晶度。聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)(PET)可采用140140190190的高模温来制取结晶度高不透明的高强度制品，如果采用接近室温的低模温则可制取结晶度低的透明制品。例如PETPET注拉吹瓶的管坯就要求它有极高的透明度，而采用30 30 左右的低模温。第8页/共68页模温与内应力和变形模具型腔内壁温度的差异将直接导致脱模时塑件各处温度的不均。由于脱模后塑件将继续冷却，最终降至室温，显然高温部位的收缩较低温部分为大，由于收缩的不均匀性会引起制品的内应力和翘曲变形，因此脱模时要力求塑件各部位的温度一致，但这并不等同于给型腔内各处相同的冷却，比如浇口附近和厚壁部位应加强冷却。型芯内的热量不易散发，故应加强对型芯的冷却。一般型芯的空间较小，还布置有顶出杆、拉料杆等，因此常被忽略。模温过高而导致脱模时定型不好也是脱模后制品发生形变的原因。第9页/共68页模温与制品外观模温过低：某些塑料制品表面不光，如聚甲醛塑料成型时模温在80 以下会产生橘皮纹；制品轮廓不清晰，并出现明显的熔接痕。目目标标收缩率小收缩率小变形小、尺寸稳定变形小、尺寸稳定冲击强度高冲击强度高耐耐应应力力开开裂裂性好性好表表面面光洁光洁操操作作低模温低模温模模温温均均匀匀，注注射射速速度度大大，对对结结晶晶性性塑塑料料，则则要要模模温温高高，防止后结晶防止后结晶对对PO类类塑塑料料，要求低模温要求低模温对对结结晶晶性性，要要求求结结晶晶度度低低，故故用用低低模温模温高高模模温温模温过高：制品粘模具，透明制品的透明度降低。模温过高：制品粘模具，透明制品的透明度降低。第10页/共68页概述概述模温设计原则模温设计原则冷却效率问题冷却效率问题冷却系统设计原则冷却系统设计原则冷却系统设计计算冷却系统设计计算内 容型芯冷却回路设计型芯冷却回路设计凹模冷却回路设计凹模冷却回路设计负压冷却负压冷却热管冷却热管冷却第11页/共68页冷却效率冷却效率对生产效率的影响冷却开合模填充保压冷冷却却效效率率基基本本上上决决定定了了生产效率。生产效率。第12页/共68页冷却效率冷却介质对冷却效率的影响冷冷却却效效率率基基本本上上由由冷冷却却介介质质的的温温度度和和类类型型决定。决定。第13页/共68页冷却效率提高冷却效率的措施有哪些？提高冷却效率的措施有哪些？提高模板对冷却介质的传热系数提高模板对冷却介质的传热系数降低冷却介质温度增加传热推动力降低冷却介质温度增加传热推动力增大冷却传热面积增大冷却传热面积第14页/共68页提高冷却效率的措施提高模板对冷却介质的传热系数 关键：提高冷却介质在模具冷却通道内的流速，或采取其它方式增加扰动使流体从层流状态转变成湍流状态。湍流下的传热系数比层流提高1020倍，这是因为湍流时管壁和芯部的流体发生无规则的快速对流，使传热效果明显加强，可以用表示流动状态的雷诺准数Re来校验冷却介质在流动通道中的流动状态。当Re=4000时流体的流动可视为湍流，要达到稳定的湍流要求Re=6000 10000.第15页/共68页提高冷却效率的措施降低冷却介质温度增加传热推动力 对于聚苯乙烯一类的非结晶型塑料，在塑料熔体能顺利充满型腔的前提下，可适当降低冷却介质的温度，以缩短冷却时间，对于尺寸和性能要求不高的结晶型塑料制品如聚烯烃类薄壁杯等民用塑件，都可采用较低的模温，而不必考虑后结晶等问题。一般注塑模所用冷却介质是常温水，低温水可提高注塑成型冷却效率，但需要能致冷的模温调节机，同时温度不宜低到露点温度以下，以免型腔表面产生凝结水。第16页/共68页提高冷却效率的措施增大冷却传热面积 模具型腔一边的传热面积是不可更改的，仅可增加冷却介质道一边的传热面积。在模具上开设尺寸尽可能大和数量尽可能多的冷却介质通道，但由于模具上众多的推杆和型芯布置以及型腔型芯的组合拼接，使介质通道开设位置受到限制。因此在考虑模具总体结构时就应先考虑冷却介质通道的布置方案，而不能等到设计的最后才考虑冷却介质通道开设的问题。第17页/共68页概述概述模温设计原则模温设计原则冷却效率问题冷却效率问题冷却系统设计原则冷却系统设计原则冷却系统设计计算冷却系统设计计算内 容型芯冷却回路设计型芯冷却回路设计凹模冷却回路设计凹模冷却回路设计负压冷却负压冷却热管冷却热管冷却第18页/共68页设计原则均匀布置冷却介质通道均匀布置冷却介质通道问题：如果冷却不均匀，制品应向高温一侧问题：如果冷却不均匀，制品应向高温一侧弯曲还是向低温一侧弯曲？为什么？弯曲还是向低温一侧弯曲？为什么？第19页/共68页设计原则冷却通道间距尽量小，直径尽量大。冷却通道间距尽量小，直径尽量大。理想情况下管壁间距不得超过理想情况下管壁间距不得超过5d。水管壁离型。水管壁离型腔表面不得太近亦不能太远，一般不超过管径的腔表面不得太近亦不能太远，一般不超过管径的3倍，以倍，以1215mm为宜。为宜。第20页/共68页设计原则哪一些设计合理？哪一些设计合理？合理合理水孔与相邻型腔表面距离尽量要相等水孔与相邻型腔表面距离尽量要相等。不合理第21页/共68页设计原则采用并流形式，加强浇口处的冷却采用并流形式，加强浇口处的冷却；冷却介；冷却介质的流向大致与熔体的充模方向一致。质的流向大致与熔体的充模方向一致。中心浇口双型腔侧浇口双型腔侧浇口第22页/共68页设计原则中心浇口长型芯第23页/共68页设计原则哪一种设计的温差更大？哪一种设计的温差更大？降低入水与出水温度差降低入水与出水温度差 ，一般普通模具出入水温，一般普通模具出入水温差应在差应在55范围之内，精密模具在范围之内，精密模具在22左右。左右。大大小小第24页/共68页概述概述模温设计原则模温设计原则冷却效率问题冷却效率问题冷却系统设计原则冷却系统设计原则冷却系统设计计算冷却系统设计计算内 容型芯冷却回路设计型芯冷却回路设计凹模冷却回路设计凹模冷却回路设计负压冷却负压冷却热管冷却热管冷却第25页/共68页设计计算制品所需冷却时间的计算注入模具内的塑料熔体所带入的热量通过模具模板进入冷却介质，少量散发到大气中，它们之间的热交换速度是决定制品冷却时间的决定因素。虽然塑料在充模阶段就开始冷却，但是塑件带入的热量主要是在保压阶段和保压之后的冷却时间内除去的，当制品冷却到热变形温度以下，即可开模取出制品。第26页/共68页设计计算由于大多数的塑件为薄壁制品，有二维特性，而热量只沿一维方向即塑件的厚度方向传递，因此当塑件的长度与壁厚之比LS10的场合，该塑件的冷却可以按一维传热模型计算，如图所示。假定在充模完成的瞬间型腔内各 点塑料熔体的温度为注塑料温，而制品内外表面的温度立即降到了模壁温度，并维持恒定不变，热量不断地从内部向表面传递，在一维导热情况下傅立叶微分方程可简化为：第27页/共68页设计计算式中:第28页/共68页设计计算 制件的冷却时间加上开模取制件等辅助时间就是该塑件的成型周期，冷却时间通常占成型周期的75左右，由此可估算出单位时间成型制件数和单位时间放出的总热量。每秒钟注塑次数大约为:N=075/t。若每次注塑塑料制件加上浇道的质量为m，则单位时间注入塑料量为 M=Nm 式中 m每次注塑塑料质量，kg次、第29页/共68页设计计算冷却介质一边所需传热面积的设计计算冷却介质用量的计算 注塑成型时高温塑料熔体带入模具的热量可计算如下，塑料制品每秒钟释放的热量为：Q1=Nm q 式中：q 单位质量塑料熔体所放出的热量第30页/共68页设计计算 在一般情况下塑料熔体带入热量的9095都是通过模具冷却通道由冷却介质(一般为冷却水)带走的，因此在设计冷却水通道时可粗略地按照熔体带入的热量全部由冷却水带走进行计算，即Q2Q1，这在工程计算中是合理的，所设计的冷却系统比较安全。第31页/共68页设计计算由于模具设计时动模和定模的冷却水道是分别设置并分别设计的，对于壳形制件来说模具的一边为型腔，另一边为型芯，因此应将Q2分解为凹模带走的热量Qo和凸模(型芯)带走热量Qi，对于平板状制品常以制品壁厚的中性面来计算动模边和定模边所需带走的热量，对于圆筒形制品根据实验可以按凹模带走总热量40，而型芯带走 其 余 60 进 行 设 计，即：Qo=0.4Q2 Q1=0.6Q2。第32页/共68页设计计算其它形状的制品可根据制品形状再结合经验来分配Q。和Qi，使尽量符合实际情况。根据热平衡，模具凹模和凸模两边每秒钟冷却介质的体积流量可按下式计算：第33页/共68页设计计算模板的热传导阻力与型腔内壁温度3m的确定注塑成型是一个间歇过程，型腔内模壁各点温度随时间而变化，是一个不稳定的热过程。为了简化运算，将温度一律取平均值，将它作为一个稳定传热过程进行计算，从制品经模板到冷却介质，其温度变化如图所示。第34页/共68页设计计算绝大多数塑料模具所采用的冷却介质都是冷却水，下面的计算都是针对冷却介质是水的情况。塑料熔体带入型腔的热量大部分通过模板由型腔壁传向冷却水管壁再由冷却水带走。在两平行平面间的传热可用傅立叶方程式予以描述，这里用它来近似计算由型腔壁向冷却水管壁的传热。第35页/共68页设计计算因为型腔壁面积与冷却水通道的面积不相等，故用对数平均传热面积：第36页/共68页设计计算 型腔壁面平均温度Q3m对制品质量有很大影响，它影响制品内应力大小，结晶聚合物结晶度高低，生产效率高低等，因此设定正确的Q3m是模具设计者和工艺控制者追求的目标。从顺利推出(脱模)的角度出发，模壁温度应低于该塑料的热变形温度10 20oC，如无妨碍可取得更低一些，但应远高于冷却水温度，才能维持正常的热流。第37页/共68页设计计算上述各影响因素中有许多又是互相矛盾的，例如要提高生产效率就要设定较低的壁温，但过低的壁温会使产品内应力加大，使结晶不完全，造成制品在使用和储存的过程中产生后结晶，产品尺寸和性能因此发生变化，甚至由于低模温造成充模不满，制品报废。因此只能在众多因素中综合考虑，给出一合理值。第38页/共68页设计计算冷却水孔壁与冷却水界面的传热膜系数计算 当雷诺准数Re10000时，冷却水处于稳定的湍流状态，这时水与管壁间的传热膜系数可按下式进行计算，该式由包含有传热膜系数的努塞尔特准数(Nu)，反应流体流动状态的雷诺准数(Re)和反应流体物理特性的普兰特准数(Pr)组成。第39页/共68页设计计算第40页/共68页设计计算冷却介质边传热面和A4的确定 当已知传热膜系数、传热量和管壁与冷却水间温差后即可求出冷却水通道一边的传热面积。刚计算时由于A4未知，需采用试差法，先假定一A4，算出Acp，再计算出4m，再进行验算。将算出的A4与前面假定的A4进行比较，若不相等则应重新假定A4，并再决定Acp，经过反复计算，直到A4算出值与假定值基本吻合为止。第41页/共68页设计计算冷却水管总长度计算及流动状态、流动阻力的校核冷却水孔总长度计算，按A4=dL可得：式中 d水孔直径由于冷却水在冷却通道内应呈湍流，因此在设计中应对凹模和型芯的冷却水流动状态进行校核计算，使雷诺准数Re10000。设计时在已知冷却水体积流量后通过正确选择和变换冷却水管的直径，或改变冷却水管间联接方式(串联、并联等)即可改变管内的流动阻力和流速，使雷诺准数在稳定的湍流范围内。雷诺准数Re可按前面的公式进行计算。第42页/共68页设计计算当每组冷却水从入口到出口串联长度过长时，在有限的压强下是不能达到湍流速度的，因此设计时还必须对模具内每组冷却回路的流动阻力进行校核，保证稳定的湍流状态，为达到要求流速u，冷却水所必需的压力为：第43页/共68页概述概述模温设计原则模温设计原则冷却效率问题冷却效率问题冷却系统设计原则冷却系统设计原则冷却系统设计计算冷却系统设计计算内 容型芯冷却回路设计型芯冷却回路设计凹模冷却回路设计凹模冷却回路设计负压冷却负压冷却热管冷却热管冷却第44页/共68页型芯冷却结构设计型型芯芯高高度度较较小小，开开设单层冷却回路设单层冷却回路第45页/共68页型芯冷却结构设计型型芯芯高高度度稍稍高高，可可开开设设一一定定深深度度沟沟槽槽作为冷却回路。作为冷却回路。第46页/共68页型芯冷却结构设计中中等等高高度度型型芯芯，可可用用斜斜交交叉叉管管道道冷冷却却回回路路，但但不不易易获获得得均均匀匀的的冷冷却效果。却效果。宽宽度度较较大大的的型型芯芯，可可钻钻多多个个孔孔，并并在在里里面面插入隔板。插入隔板。第47页/共68页型芯冷却结构设计高而细的型芯采用高而细的型芯采用的喷流式冷却，在的喷流式冷却，在型芯中安置一喷水型芯中安置一喷水管，冷却介质从型管，冷却介质从型芯下部进入流向型芯下部进入流向型芯顶部，当制件的芯顶部，当制件的浇口开设在顶部中浇口开设在顶部中心时此处为温度最心时此处为温度最高区域，然后分流高区域，然后分流从四周流回、形成从四周流回、形成平行流动冷却。平行流动冷却。第48页/共68页型芯冷却结构设计高高而而粗粗的的型型芯芯可可在在型型芯芯内内开开大大圆圆孔孔，嵌嵌入入开开有有沟沟槽槽的的衬衬套套，冷冷却却介介质质首首先先从从衬衬套套中中间间水水道道喷喷出出冷冷却却温温度度较较高高的的型型芯芯顶顶部部，然然后后沿沿侧侧壁壁的的环环形形沟沟槽槽流流动动，冷冷却却型型芯芯四四周周。沟沟槽槽既既可可开开成成圆圆环环形形然然后后两两者者间间隔隔开开通通，也也可可形形成成螺螺旋旋形形，这这种种方方式式对对型型芯芯四四周周冷冷却却比比较均匀。较均匀。第49页/共68页型芯冷却结构设计将大型芯内部挖空进行冷却的，为了避免冷却水短路安装一隔板使冷却水沿一定方向流动。当型芯中有菌形阀或推杆当型芯中有菌形阀或推杆时，冷却水道可避开中心时，冷却水道可避开中心阀杆阀杆(或推杆或推杆)。第50页/共68页型芯冷却结构设计当型芯过于细长无法开设进出水通道时，当型芯过于细长无法开设进出水通道时，则应采用导热性极佳的铜合金则应采用导热性极佳的铜合金。第51页/共68页型芯冷却结构设计在钢型芯内嵌入紫铜或铍铜棒，而将铜棒另一端伸在钢型芯内嵌入紫铜或铍铜棒，而将铜棒另一端伸入到冷却水孔中冷却入到冷却水孔中冷却。第52页/共68页概述概述模温设计原则模温设计原则冷却效率问题冷却效率问题冷却系统设计原则冷却系统设计原则冷却系统设计计算冷却系统设计计算内 容型芯冷却回路设计型芯冷却回路设计凹模冷却回路设计凹模冷却回路设计负压冷却负压冷却热管冷却热管冷却第53页/共68页凹模冷却结构设计深度较浅的凹模可在模板内深度较浅的凹模可在模板内钻单层的冷却水孔，孔与孔钻单层的冷却水孔，孔与孔间用软管连接或在模板内采间用软管连接或在模板内采用内部钻孔的办法互相沟通，用内部钻孔的办法互相沟通，使构成回路使构成回路。第54页/共68页凹模冷却结构设计能使模板左右均匀冷却，可用于冷却一模两件扁平制品的凹模。第55页/共68页冷却回路结构设计一一模模多多腔腔冷冷却却水水路路布布置置。对对于于深深型型腔腔可可采用多层水道采用多层水道。第56页/共68页凹模冷却结构设计对嵌入式型腔可在型腔嵌件周围开环形槽对嵌入式型腔可在型腔嵌件周围开环形槽。第57页/共68页凹模冷却结构设计也可将环形槽互相连通构成回路。对对嵌嵌入入式式型型腔腔可可在在型型腔腔嵌嵌件件周周围围开开螺螺旋形槽。旋形槽。第58页/共68页概述概述模温设计原则模温设计原则冷却效率问题冷却效率问题冷却系统设计原则冷却系统设计原则冷却系统设计计算冷却系统设计计算内 容型芯冷却回路设计型芯冷却回路设计凹模冷却回路设计凹模冷却回路设计负压冷却负压冷却热管冷却热管冷却第59页/共68页负压冷却普通冷却系统是将压力水送入模具冷却系统，当模具的水道通过镶拼结构时即使有密封结构，仍可能发生漏水的问题，因此常常不得不将冷却通道开在型芯固定板上，采用间接冷却方式，使冷却效率大为降低。常用的常压介质冷却有什么不足之处？常用的常压介质冷却有什么不足之处？第60页/共68页负压冷却通过特殊的容积泵来抽吸、输送模具冷却通道中的冷却介质，使冷却系统中形成负压，即使冷却通道直接通过镶拼模块的镶拼缝，而不采用特殊的密封装置，也不会发生漏水的问题。第61页/共68页负压冷却(a)表明在开模状态时动定模都同时进行吸水。(b)表示在闭模的同时型芯与型腔间形成冷却回路。(C)开模时，回路中的容积泵开始吸水。第62页/共68页概述概述模温设计原则模温设计原则冷却效率问题冷却效率问题冷却系统设计原则冷却系统设计原则冷却系统设计计算冷却系统设计计算内 容型芯冷却回路设计型芯冷却回路设计凹模冷却回路设计凹模冷却回路设计负压冷却负压冷却热管冷却热管冷却第63页/共68页热管冷却热管技术可用于热流道模具的加热，同样也可用于模具的冷却。将将热热管管用用于于注注塑塑模模的的冷冷却却，至至少少可可缩缩短短注注塑塑成成型型周周期期的的3030以以上上，并并能能使使模温恒定。模温恒定。第64页/共68页热管冷却热管有极高的导热率，其导热率约为同样大小铜棒的10001000倍，因此能迅速将型腔的热导出，例如采用水作为工作液的热管，当管内压力为13.3Pa13.3Pa时，水在27270 0C C时就能沸腾，为使热管中的水易于沸腾蒸发，热管在封装时应在低温下抽气至0.13Pa0.13Pa，该类热管即适用于某些模具的冷却，它既可安放在型芯中冷却，也可将该热管制作在推杆或拉料杆内兼起冷却的作用。第65页/共68页热管冷却型芯例子第66页/共68页结结 束束第67页/共68页感谢您的观看！第68页/共68页