3.10 温度调节系统设计

2020/2/23南京理工大学机械工程学院3.10温度调节系统设计2020/2/23南京理工大学机械工程学院3.10.1模具温度控制的必要性模具温度是否合适、均匀与稳定，对塑料熔体的充模流动、固化定型、生产效率及塑件的形状、外观和尺寸精度都有重要的影响。模具温度是指模具型腔和型芯的表面温度。①改善成型性能每一种塑料都有其适宜的成型温度，从改善塑料的成型性能出发，希望模具的温度要合适。↑模温→塑件在脱模后变形↑↓模温→塑料的流动性↓模温→直接影响塑件的冷却定型时间，进而影响塑件的成型周期2020/2/23南京理工大学机械工程学院模具温度控制的必要性①改善成型性能②稳定尺寸精度模具温度波动大，塑料的成型收缩率的变化也大→→塑件的尺寸分散范围也大→→模具的温度要稳定③防止塑件变形模具型腔各个部位的温度差异较大→→塑件各个部位的收缩率不均匀→→塑件容易发生翘曲变形→→模具的温度要平衡④提高表面质量2020/2/23南京理工大学机械工程学院模具温度控制的必要性①改善成型性能②稳定尺寸精度③防止塑件变形④提高表面质量⑤提高生产效率模具的生产效率主要取决于冷却介质的热交换效果。据统计，模具的冷却时间约占整个注射成形周期的2／3至4／5，因此缩短注射成形周期内的冷却时间是提高生产效率的关键。2020/2/23南京理工大学机械工程学院3.10.2模具温度控制的方法注入模具中的熔融塑料一般温度都比较高，必须在模具内冷却固化才能成为塑件。在这个过程中，熔融塑料所释放出来的热量对模具有一定的加热作用，考虑到模具热量的对外辐射，模具可能会在某一温度范围内达到平衡。如果平衡温度范围高于塑料成形要求的模具温度，就必须对模具采取冷却措施；反之，则需对模具采取加热措施。2020/2/23南京理工大学机械工程学院3.10.3影响模具温度的因素①塑料的流动性对于粘度低、流动性好的塑料，例如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰胺等，一般要求模温不太高，所以经常需要对模具采取冷却措施。对于粘度高、流动性差的塑料，例如聚碳酸酯、聚枫、聚甲醛、聚苯醚和氟塑料等，为了提高充模性能，一般要求有较高的模具温度，因此经常需要对模具进行加热。2020/2/23南京理工大学机械工程学院3.10.3影响模具温度的因素②塑料的玻璃化温度模具温度必须低于塑料的玻璃化温度塑料才会固化定型，而不同的塑料的玻璃化温度是不同的，所以可以采用的模具温度也就不同。③塑料的粘流温度粘流温度比较低的塑料，为了提高生产效率，可以采用较低的模温；而对于粘流温度比较高的塑料，成形时模具温度就不能太低。④塑件的结构对于流程长、璧厚较小的塑件，一般应该采用较高的模温；反之，则可以采用较低的模温；2020/2/23南京理工大学机械工程学院3.10.4模具冷却装置的设计模具冷却一般是在模具型腔周围或型芯内部开设冷却通道，然后在其中通入冷却介质，依靠冷却介质的流动带走模具的部分热量，从而达到控制模具温度的目的。冷却介质压缩空气常温水冷冻水√2020/2/23南京理工大学机械工程学院1.影响冷却效果的因素（1）模具材料热导率愈高，吸收热量愈迅速，冷却得愈快。（2）冷却介质温度及流动状态尽量减小冷却水出、入口温差，一般控制在5℃以内；在通道中流速以尽可能高为好；流动状态以湍流为好。（3）模塑材料（塑料）对热导率低的塑料，加入填充剂、改型剂进行改善。对成形时释放出热量多的塑料，应加强冷却。2020/2/23南京理工大学机械工程学院1.影响冷却效果的因素（4）塑件的厚度塑件璧厚越厚，传热阻力越大，因此应加强冷却。（5）冷却回路的布置冷却回路的分布状态、冷却水孔的孔径和位置、与成型零件表面的距离等。（6）模具温度的要求选择合适的模温不仅有利于缩短成形周期，而且有利于提高塑件质量，减少废品率。设计时应综合考虑上述因素的影响，抓住主要矛盾。2020/2/23南京理工大学机械工程学院2．冷却参数计算（1）传热面积的计算假设塑料在模具内释放的热量全部由冷却水带走，则模具冷却时所需冷却水的体积流量)(6043TTCGVt式中查表3-16可确定冷却管道的通径2020/2/23南京理工大学机械工程学院（1）传热面积的计算冷却水孔的总传热面积式中)(360065TTGAt2020/2/23南京理工大学机械工程学院（2）冷却水孔的长度的计算如果冷却水道的孔径受模具结构限制应经确定，则对于圆形冷却水孔，冷却水孔的长度为式中)()(36008.0BWtTTvdGL2020/2/23南京理工大学机械工程学院（3）冷却水孔的数量的计算如果冷却水道的孔径受模具结构限制已经确定，则对于圆形冷却水孔，冷却水孔的数量为ldAnnVd900如果冷却水道的数量受模具结构限制已经确定，所需体积流量、流速已知，则对于圆形冷却水孔，冷却水孔的孔径为2020/2/23南京理工大学机械工程学院3．冷却回路的设计要点（1）冷却水孔数量尽可能多、孔径尽可能大水孔数量多、孔径大时，型腔表面温度分布均匀水孔数量少、孔径小时，型腔表面温度分布不均匀2020/2/23南京理工大学机械工程学院3．冷却回路的设计要点（2）冷却水孔距型腔表面的距离应尽可能相等塑件冷却不匀时容易发生翘曲变形塑件冷却均匀时收缩均匀不会发生翘曲变形2020/2/23南京理工大学机械工程学院3．冷却回路的设计要点（3）对热量积聚大，温度上升高的部位应加强冷却对浇口部位的冷却必须适当。过分的冷却不仅会影响熔体的顺利填充和补料，而且可能会造成塑件与料把的分离困难。2020/2/23南京理工大学机械工程学院3．冷却回路的设计要点（4）降低冷却水出、入口处的温度差（5）冷却水孔应避免设置在熔体合流处（6）合理确定冷却水接头位置（7）冷却水道要便于加工和清理（8）处理好水道的密封一般模具控制在5℃以内；精密模具控制在2℃左右。主要从制作方便、尽量减少多操作过程的影响。水孔直径8~12mm、直通道、镶嵌结构2020/2/23南京理工大学机械工程学院4．常见的冷却回路结构（1）用于扁平塑件成型的冷却回路2020/2/23南京理工大学机械工程学院4．常见的冷却回路结构（2）用于中等高度塑件成型的冷却回路环形冷却水槽凸模冷却水槽结构2020/2/23南京理工大学机械工程学院4．常见的冷却回路结构（3）用于大尺寸塑件成型的冷却回路2020/2/23南京理工大学机械工程学院4．常见的冷却回路结构（4）用于细长塑件成型的冷却回路1-支承板2-密封圈3-型芯固定板4-型芯5-水管6-推件板7-凹模板2020/2/23南京理工大学机械工程学院4．常见的冷却回路结构（4）用于细长塑件成型的冷却回路1-进水管2-支承板3-型芯4-型芯固定板5-凹模板6-密封圈7-铍铜杆8-推件板型芯小无法开设冷却水道时，利用铍铜良好的导热性进行冷却2020/2/23南京理工大学机械工程学院大作业零件如图所示。材料为ABS，材料的主要参数如下：密度1.02~1.16kg/dm3收缩率0.2~0.4%模具温度50~80℃注射压力60~100MPa塑件壁厚1.5~5.0mm脱模斜度35′~1°注射行程L/t=160~280按照模具设计的一般程序，完成注射模设计，包括：设计依据说明、相关的计算、模具的装配结构、成形零件的零件图等。