注射模温度调节系统.pptx

1、注射模温度调节系统注射模温度调节系统HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE&TECHNOLOGY内容简介内容简介 模具温度及塑料成形温度模具温度及塑料成形温度模具温度调节的重要性模具温度调节的重要性模具温度与成形温度的关系模具温度与成形温度的关系 冷却回路的尺寸计算冷却回路的尺寸计算冷却时间的计算冷却时间的计算冷却管道的简易计算冷却管道的简易计算冷却管道的详细计算冷却管道的详细计算 常见冷却回路的形式常见冷却回路的形式冷却回路的布置冷却回路的布置常见的冷却回路形式常见的冷却回路形式 冷却系统的设计原则冷却系统的设计原则 模具的加热系统模具的加热系统温度调节对制品质量的影响

2、温度调节对制品质量的影响 变形，不均衡的冷却导致的热残余应力是制品产生翘曲的变形，不均衡的冷却导致的热残余应力是制品产生翘曲的 主要原因主要原因 尺寸精度，利用温度调节系统保持模具温度的恒定，能减尺寸精度，利用温度调节系统保持模具温度的恒定，能减 少制品成形收缩率的波动，提高制品尺寸精度的稳定性少制品成形收缩率的波动，提高制品尺寸精度的稳定性 力学性能，减小制品中的内应力，能减小其应力开裂倾向力学性能，减小制品中的内应力，能减小其应力开裂倾向 表面质量，提高模温能改善制品表面质量，过低的模温会表面质量，提高模温能改善制品表面质量，过低的模温会 使制品轮廓不清晰并产生明显的熔合纹使制品轮廓不清晰

3、并产生明显的熔合纹温度调节对生产效率的影响温度调节对生产效率的影响 模具的冷却时间约占整个注射循环周期的模具的冷却时间约占整个注射循环周期的2/3，因此缩短，因此缩短 冷却时间是提高生产效率的关键冷却时间是提高生产效率的关键 根据牛顿冷却定律，冷却系统从模具中带走的热量为根据牛顿冷却定律，冷却系统从模具中带走的热量为Q hA t/3600缩短冷却时间的途径缩短冷却时间的途径 提高传热膜系提高传热膜系数数h，增加冷却介质的流，增加冷却介质的流速速v 提高模具与冷却介质之间的温度提高模具与冷却介质之间的温度差差 ，降低冷却介质，降低冷却介质 的温度，有利于缩短模具的冷却时间的温度，有利于缩短模具的

4、冷却时间 增大冷却介质的传热面增大冷却介质的传热面积积A，在模具上开设尺寸尽可能大，在模具上开设尺寸尽可能大 和数量尽可能多的冷却管道和数量尽可能多的冷却管道d 0.24.187 f v 0.8h 模具温度与成形温度的关系模具温度与成形温度的关系 对于黏度低，流动性好的塑料，要求模温不能太高，常用对于黏度低，流动性好的塑料，要求模温不能太高，常用 常温水或者冷水进行冷却常温水或者冷水进行冷却 对于黏度高，流动性差的塑料，要求模温较高，需要设置对于黏度高，流动性差的塑料，要求模温较高，需要设置 加热系统加热系统 模具温度必须进行控制模具温度必须进行控制 采用冷却水时，大气中的水分易凝结在模具型腔

5、表面，影采用冷却水时，大气中的水分易凝结在模具型腔表面，影 响塑件表面质量响塑件表面质量 采用加热措施，则模内一些间隙配合的零件可能因为热膨采用加热措施，则模内一些间隙配合的零件可能因为热膨 胀而导致间隙减小，造成卡死或无法工作胀而导致间隙减小，造成卡死或无法工作周期平均稳态传热分析周期平均稳态传热分析 在注塑循环过程中，模具的温度围绕着某一平均值上、下在注塑循环过程中，模具的温度围绕着某一平均值上、下 波动，只要加工条件不变，该平均值就不再发生改变波动，只要加工条件不变，该平均值就不再发生改变模具温度()周期瞬态变化冷却时间的计算冷却时间的计算 开模的标准：制品已经充分固化，并具有一定的强度

6、和刚开模的标准：制品已经充分固化，并具有一定的强度和刚 度，在开模推出时不致变形开裂度，在开模推出时不致变形开裂 三种衡量制品已充分固化的准则三种衡量制品已充分固化的准则对于无定形塑料的厚壁制品，其最大壁厚中心部分的温度已冷却对于无定形塑料的厚壁制品，其最大壁厚中心部分的温度已冷却 到该种塑料的热变形温度以下到该种塑料的热变形温度以下对于无定形塑料的薄壁制品，制品截面内的平均温度已达到所规对于无定形塑料的薄壁制品，制品截面内的平均温度已达到所规 定的制品的出模温度定的制品的出模温度对于结晶型塑料，最大壁厚的中心层温度达到固熔点，或者结晶对于结晶型塑料，最大壁厚的中心层温度达到固熔点，或者结晶

7、度达到某一百分比度达到某一百分比制品一维导热微分方程制品一维导热微分方程 制品在型腔内的冷却简化为一维瞬态导热问题制品在型腔内的冷却简化为一维瞬态导热问题由于塑料的热传导系数远远低于金属模具的热传导系数，可假定由于塑料的热传导系数远远低于金属模具的热传导系数，可假定 制品在型腔内冷却时，温度只沿着垂直于型腔壁的方向传递制品在型腔内冷却时，温度只沿着垂直于型腔壁的方向传递t1t2t3 t4 t500ww2x1t1 t5 不同时刻的冷却时间x1 制品的半个厚度0 熔体温度w 模壁温度冷却时间计算公式冷却时间计算公式 制品最大壁厚中心部分温度达到热变形温度时所需的冷却制品最大壁厚中心部分温度达到热变

8、形温度时所需的冷却 时间为（准则一）时间为（准则一）制品截面内平均温度达到规定的制品出模温度时所需的冷制品截面内平均温度达到规定的制品出模温度时所需的冷 却时间为（准则二）却时间为（准则二）1m 0m 4 ln t 12as21s 制品厚度a 热扩散系数 注射温度 中心面温度 模具温度101m m t s22 0m 2 8 l n 1 2a2s 制品厚度 a 热扩散系数 注射温度 截面平均温度 模具温度102m冷却时间的计算冷却时间的计算 冷却时间的计算尚无精确的计算公式，只能借助于一些简冷却时间的计算尚无精确的计算公式，只能借助于一些简 化公式或经验公式对冷却时间作粗略的计算化公式或经验公式

9、对冷却时间作粗略的计算 冷却时间与制品壁厚的平方成正比冷却时间与制品壁厚的平方成正比冷却管道的简易计算冷却管道的简易计算 忽略模具因空气对流、热辐射以及与注射机接触所散发的忽略模具因空气对流、热辐射以及与注射机接触所散发的 热量热量 计算结果：传热面积及管道数目计算结果：传热面积及管道数目 计算实例计算实例某注射模成形聚丙烯制品，产量某注射模成形聚丙烯制品，产量为为50kg/h，用用20的水作为冷却的水作为冷却 介质，其出口温度为介质，其出口温度为27，水呈湍流状态，若模具平均温度为，水呈湍流状态，若模具平均温度为 40，模具宽，模具宽度度为为 300mm，求冷却管道直径及所需冷却管道孔数求冷

10、却管道直径及所需冷却管道孔数简易计算：第简易计算：第1 1步步 求塑料制品在固化时每小时释放的热求塑料制品在固化时每小时释放的热量量Q查表得聚丙烯的单位热流量查表得聚丙烯的单位热流量所以所以1Q 5.9 102 kJ/kg1Q WQ 50 5.9 102 kJ/h 2.95 104 kJ/h简易计算：第简易计算：第2 2步步 求冷却水的体积流量求冷却水的体积流量 1.67 10 2 m3/min 计算冷却管道的直计算冷却管道的直径径d，为了使冷却水处于稳定的湍流状，为了使冷却水处于稳定的湍流状 态，查表态，查表取取 d=25mmm/min2.95 104/603310 4.187 (27 20

11、)1c1(1 2)WQqv 简易计算：第简易计算：第3 3步步 求冷却水在管道内的的流速求冷却水在管道内的的流速m/s 0.57 m/s4 1.67 10 24qv v d 23.14 (25/1000)2 60简易计算：第简易计算：第4 4步步 求冷却管道孔壁与冷却介质之间的传热膜系求冷却管道孔壁与冷却介质之间的传热膜系数数h 1.001 104 kJ/(m2 h C)kJ/(m2 h C)(25/1000)0.24.187 7.22 (0.996 103 0.57)0.8h 4.187 d 0.2f(v)0.8 简易计算：第简易计算：第5 5步步 求冷却管道总传热面求冷却管道总传热面积积A

12、 h t 0.178 m22 m60WQ41.001 10 40 27 20/260 2.95 104/60A 1 简易计算：第简易计算：第6 6步步 模具上应开设的冷却管道的孔模具上应开设的冷却管道的孔数数n 8 孔 0.178A dL3.14 (25/1000)(300/1000)n 冷却管道的详细计算步骤冷却管道的详细计算步骤 单位时间里型腔内的总热单位时间里型腔内的总热量量 Q 通过自然冷却所散发的热通过自然冷却所散发的热量量 QC、QR、QL 模板的热传导阻力模板的热传导阻力 由冷却管道带走的热由冷却管道带走的热量量 Q2 冷却过程中制品和模壁的温度冷却过程中制品和模壁的温度 所需冷

13、却水流所需冷却水流量量 qV、管、管径径 d 和流和流速速 v 冷却水管壁与冷却水交界面的传热膜系冷却水管壁与冷却水交界面的传热膜系数数 h所需冷却水管的表面所需冷却水管的表面积积 所需冷却水管的总长所需冷却水管的总长度度 L 冷却水流动状态的校核冷却水流动状态的校核 冷却水压降的计算冷却水压降的计算冷却系统的设计原则冷却系统的设计原则 冷却系统与推出机构的协调冷却系统与推出机构的协调冷却系统应先于推出机构，以便能得到较优的冷却效果冷却系统应先于推出机构，以便能得到较优的冷却效果 凸凹模热平衡凸凹模热平衡型芯散热困难，是冷却设计的重点型芯散热困难，是冷却设计的重点凸凹模采用各自的回路分别冷却凸

14、凹模采用各自的回路分别冷却 快冷与缓冷的关系快冷与缓冷的关系大批量生产的普通塑料制品，采用快冷以获得较短的注射周期大批量生产的普通塑料制品，采用快冷以获得较短的注射周期精密制品须精密制品须采采用缓冷用缓冷 冷却回路入口和出口的温差尽量小冷却回路入口和出口的温差尽量小精密模具中出入口水温相差应精密模具中出入口水温相差应在在2以内，普通模具也不要超以内，普通模具也不要超过过5回路的长度回路的长度应应在在1.21.5m以下，回路的弯头数目不希望超以下，回路的弯头数目不希望超过过15个个冷却系统的设计原则冷却系统的设计原则 串联优于并联串联优于并联各回路的流动阻力不同，采用并联连接很难形成相同的冷却条

15、件各回路的流动阻力不同，采用并联连接很难形成相同的冷却条件 多而细优于少而粗多而细优于少而粗多而细的冷却管道扩大了模温调节的范围多而细的冷却管道扩大了模温调节的范围冷却系统的设计原则冷却系统的设计原则 合理确定冷却管道的中心距以及冷却管道与型腔壁的距离合理确定冷却管道的中心距以及冷却管道与型腔壁的距离 尽可能使所有冷却管道孔分别到各处型腔表面的距离相等尽可能使所有冷却管道孔分别到各处型腔表面的距离相等冷却系统的设计原则冷却系统的设计原则 加强浇口处的冷却，将冷却回路的入口设在浇口处加强浇口处的冷却，将冷却回路的入口设在浇口处 避免将冷却管道开设在制品熔合纹的部位避免将冷却管道开设在制品熔合纹的

16、部位 注意水管的密封问题，以免漏水，冷却管道应避免穿过镶注意水管的密封问题，以免漏水，冷却管道应避免穿过镶 块，否则应加设密封圈块，否则应加设密封圈 进、出口水管接头的位置应尽可能设在模具的同一侧，通进、出口水管接头的位置应尽可能设在模具的同一侧，通 常应将进、出口水管接头设在注射机背面的模具一侧常应将进、出口水管接头设在注射机背面的模具一侧冷却系统的设计原则冷却系统的设计原则 冷却系统出口、入口温差尽量小，通过改变冷却水路的排冷却系统出口、入口温差尽量小，通过改变冷却水路的排 布方式可以消除这个问题布方式可以消除这个问题冷却系统的设计原则冷却系统的设计原则 冷却回路应沿着塑料收缩的方向设置，

17、以减小冷却收缩冷却回路应沿着塑料收缩的方向设置，以减小冷却收缩 以冷却效果来选取模具材料，常用模具钢的导热系数均比以冷却效果来选取模具材料，常用模具钢的导热系数均比 较低，含碳量和含铬量越高的模具钢导热性愈差，不锈钢较低，含碳量和含铬量越高的模具钢导热性愈差，不锈钢 相比之下可视为绝热材料。铍铜合金的导热性和热稳定性相比之下可视为绝热材料。铍铜合金的导热性和热稳定性 较好，且可获得较高硬度较好，且可获得较高硬度冷却回路的形式冷却回路的形式 普通水管普通水管 特殊结构：隔板、喷流管、螺旋管特殊结构：隔板、喷流管、螺旋管 铜棒、热管铜棒、热管 气体冷却、负压冷却气体冷却、负压冷却隔板隔板喷流管喷流

18、管螺旋管螺旋管直流式冷却回路直流式冷却回路 直流冷却回路，它采用软管将直通的管道连接起来。结构直流冷却回路，它采用软管将直通的管道连接起来。结构 简单，加工方便，但模具的冷却不均匀，这种单层的冷却简单，加工方便，但模具的冷却不均匀，这种单层的冷却 回路通常用于成形面积较大且较浅的型腔回路通常用于成形面积较大且较浅的型腔循环式冷却回路循环式冷却回路 为了避免设置外部接头，冷却管道之间可以采用内部钻孔为了避免设置外部接头，冷却管道之间可以采用内部钻孔 的方法沟通，非进、出口均用螺塞堵住，并用堵头或隔板的方法沟通，非进、出口均用螺塞堵住，并用堵头或隔板 使冷却水沿所规定的回路流动使冷却水沿所规定的回

19、路流动多层冷却回路多层冷却回路 冷却回路应尽可能按照型腔的形状布置，对于侧壁较厚的冷却回路应尽可能按照型腔的形状布置，对于侧壁较厚的 型腔，如圆筒形和矩形塑料制品的凹模塑腔，通常分层设型腔，如圆筒形和矩形塑料制品的凹模塑腔，通常分层设 置布局相同的矩形冷却回路，对型腔侧壁进行冷却置布局相同的矩形冷却回路，对型腔侧壁进行冷却镶块上的冷却回路镶块上的冷却回路 一般不宜在镶块上钻出冷却孔道，对于圆形镶块，此时可一般不宜在镶块上钻出冷却孔道，对于圆形镶块，此时可 在圆形镶块的外圆上开设环形冷却水沟槽在圆形镶块的外圆上开设环形冷却水沟槽型芯冷却回路型芯冷却回路 对于很浅的型芯，可将上述的单层冷却回路开设

20、在型芯的对于很浅的型芯，可将上述的单层冷却回路开设在型芯的 下部下部型芯冷却回路型芯冷却回路 对于中等高度的型芯，可在型芯上开出一排矩形冷却水槽对于中等高度的型芯，可在型芯上开出一排矩形冷却水槽 构成冷却回路构成冷却回路 对于较高的型芯，用单层冷却回路已不能使冷却水迅速地对于较高的型芯，用单层冷却回路已不能使冷却水迅速地 冷却型芯的表面，因此应设法使冷却水在型芯内循环流动冷却型芯的表面，因此应设法使冷却水在型芯内循环流动型芯冷却回路型芯冷却回路 台阶式管道冷却法台阶式管道冷却法在型芯内靠近表面的部位开设出冷却管道，形成台阶式冷却回路在型芯内靠近表面的部位开设出冷却管道，形成台阶式冷却回路将影响

21、型芯的表面粗糙度，这是台阶式冷却管道的缺点将影响型芯的表面粗糙度，这是台阶式冷却管道的缺点型芯冷却回路型芯冷却回路 斜交叉管道冷却法斜交叉管道冷却法采用斜向交叉的冷却管道在型芯内形成冷却回路。对于宽度较大采用斜向交叉的冷却管道在型芯内形成冷却回路。对于宽度较大 的型芯还可以采用几组斜交叉冷却管道并将它们串联在一起的型芯还可以采用几组斜交叉冷却管道并将它们串联在一起型芯冷却回路型芯冷却回路 直孔隔板式管道冷却法直孔隔板式管道冷却法采用多个与型芯底面相垂直的管道与底部的横向管道形成冷却回采用多个与型芯底面相垂直的管道与底部的横向管道形成冷却回 路，同时为了使冷却水沿着冷却回路流动，在每一个直管道中

22、均路，同时为了使冷却水沿着冷却回路流动，在每一个直管道中均 设置了隔板设置了隔板型芯冷却回路型芯冷却回路 喷流式冷却法喷流式冷却法在型芯中间装有一个喷水管，冷却水从喷水管中喷出，分流后向在型芯中间装有一个喷水管，冷却水从喷水管中喷出，分流后向 四周流动以冷却型芯壁。这种冷却方式适合于高度大而直径小的四周流动以冷却型芯壁。这种冷却方式适合于高度大而直径小的 型芯冷却型芯冷却型芯冷却回路型芯冷却回路 衬套式冷却法衬套式冷却法冷却水从型芯衬套的中间水道喷出，首先就冷却温度比较高的型冷却水从型芯衬套的中间水道喷出，首先就冷却温度比较高的型 芯顶部，然后沿着侧壁的环形沟槽流动，冷却型芯的四周，最后芯顶部

23、，然后沿着侧壁的环形沟槽流动，冷却型芯的四周，最后 沿型芯的底部流出沿型芯的底部流出这种冷却方式冷却效果好，但模具结构比较复杂，故只适合于直这种冷却方式冷却效果好，但模具结构比较复杂，故只适合于直 径较大的圆筒形型芯的冷却径较大的圆筒形型芯的冷却型芯冷却回路型芯冷却回路 细小型芯的间接冷却细小型芯的间接冷却在型芯中心压入热传导性能好的软铜或铍铜芯棒在型芯中心压入热传导性能好的软铜或铍铜芯棒采用气体冷却采用气体冷却dd(型芯3)(型芯5)型芯冷却回路型芯冷却回路 热管冷却方式热管冷却方式其导热效率约为同样大小铜棒的其导热效率约为同样大小铜棒的1000倍，有倍，有“热的超导体热的超导体”之称，之称

24、，热管最早用于美国的航天工业，热管最早用于美国的航天工业，80年代开始在塑料注射模中应用年代开始在塑料注射模中应用将热管技术用于塑料注射模的冷却，至少可以缩短注射成形周期将热管技术用于塑料注射模的冷却，至少可以缩短注射成形周期30%以上，并以上，并能能使使模模温恒定温恒定负压水路负压水路 普通冷却系统是将压力水送入模具冷却系统，当模具的水普通冷却系统是将压力水送入模具冷却系统，当模具的水 道通过镶拼结构时易发生漏水的问题，因此常不得不将冷道通过镶拼结构时易发生漏水的问题，因此常不得不将冷 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

25、为降低率大为降低 美国美国Logic Devices公司研制了一种负压冷却水系统，通过公司研制了一种负压冷却水系统，通过 特殊的容积泵来抽吸模具冷却水路中的冷却水，使冷却系特殊的容积泵来抽吸模具冷却水路中的冷却水，使冷却系 统中形成负压，即使冷却水孔直接通过镶拼模块的镶拼缝统中形成负压，即使冷却水孔直接通过镶拼模块的镶拼缝 时，而不采用特殊的密封装置，也不会发生漏水的问题时，而不采用特殊的密封装置，也不会发生漏水的问题逻辑密封装置逻辑密封装置 图图 (a)为在开模状态时动定模都同时进行吸水，为在开模状态时动定模都同时进行吸水，图图 (b)为在为在 闭模的同时，电磁阀立即改变通路，在型芯和凹模之

26、间形闭模的同时，电磁阀立即改变通路，在型芯和凹模之间形 成冷却回路，成冷却回路，图图(c)为在开模前的一瞬间电磁阀交换到图为在开模前的一瞬间电磁阀交换到图(a)的状态，回路中容积泵开始吸水的状态，回路中容积泵开始吸水 无论是闭模还是开模状态，冷却回路都不会出现向外漏水无论是闭模还是开模状态，冷却回路都不会出现向外漏水 的现象，注射时还可把型腔中的残余气体吸到水路中去的现象，注射时还可把型腔中的残余气体吸到水路中去(a)(b)(c)思考题思考题 为什么注射模具要设置温度调节系统？为什么注射模具要设置温度调节系统？冷却时间的计算准则有哪几种？冷却时间的计算准则有哪几种？凹模常见的冷却回路形式有哪几

27、种？凹模常见的冷却回路形式有哪几种？什么是隔板式冷却回路、喷流式冷却回路？各有什么特点？什么是隔板式冷却回路、喷流式冷却回路？各有什么特点？简述热管冷却工作原理。简述热管冷却工作原理。为何冷却系统的设计应优先于推出机构的设计？为何冷却系统的设计应优先于推出机构的设计？若把质量为若把质量为1吨的模具从大气温吨的模具从大气温度度20升至升至60，取模具的比，取模具的比 热容为热容为0.4187 kJ/(kg C)，试问需要给该模具提供多大的热量？，试问需要给该模具提供多大的热量？若该模具在没有预热的情况下仅依靠注入的塑料熔体供热，设若该模具在没有预热的情况下仅依靠注入的塑料熔体供热，设 每小时能成

28、形每小时能成形20kg，比热容为比热容为1.7 kJ/(kg C)的塑料，塑料的注的塑料，塑料的注 射温度为射温度为200，顶出温度为顶出温度为70，问需要几个小时，问需要几个小时？模具才模具才 能达到正常工作温能达到正常工作温度度60 ，从计算结果你能得出什么结论？，从计算结果你能得出什么结论？习题解答习题解答 把质量为把质量为1吨的模具从大气温吨的模具从大气温度度20升升至至60，需要给该，需要给该 模具提供的热量为模具提供的热量为Q 1000kg 0.4187 kJ/(kg C)(60 20)C 16748 kJ 如果该模具在没有预热的情况下仅依靠注入的塑料熔体供如果该模具在没有预热的情况下仅依靠注入的塑料熔体供 热，塑料熔体每小时带入的热量为热，塑料熔体每小时带入的热量为Q1 20 kg/h 1.7 kJ/(kg C)(200 70)C 4420 kJ 则要使模具达到正常工作温则要使模具达到正常工作温度度60需要的时间为需要的时间为t Q/Q1 16748/4420 4 小时致谢致谢