4.11温度调节系统

4.11注射模温度调节系统设计一、温度调节的必要性1.温度调节的方式①设置冷却系统的模具对于要求较低模温（低于80ºC）的塑料，仅需要设置冷却系统，主要采用循环水冷却的方式，通过调节水的流量就可以调节模具的温度。②设置加热系统的模具对于要求较高模温（80~120ºC）的塑料，若模具较大，模具散热面积大，需要设置加热装置。主要方式有通入热水、蒸汽、热油或安放电阻丝。塑料注射温度(℃)模腔表壁温度(℃)塑料注射温度(℃)模腔表壁温度(℃)ABSAS(SAN)ASAGPPSHIPSLDPEHDPEPPGRPPCAPMMA软PVC硬PVCPA-6GPRA-6PA-66200~270220~280230~260180~280170~260190~240210~270250~270260~280170~250170~270170~190190~215230~260270~290260~29050~9040~8040~9010~705~7520~6030~7020~6050~8040~7020~9015~5020~6040~6070~12040~80GPRA-66矿纤维PA-66PA-11,PA-12PA-610POMPPOGRPPOPCGRPCGRPBTGRPETPBTPETPESPEEKPPS280~310280~305210~250230~290180~220220~300250~345280~320300~330245~270260~310330~360340~425330~370360~400300~36070~12090~12040~8030~6060~12080~11080~11080~100100~12065~11095~140约20065~175110~150160~18035~80、120~150高温注射，低温脱模，模温低于80℃时需冷却降温，高于80℃(如聚碳酸酯）需加热。2.温度调节对塑件质量的影响①变形②尺寸精度③力学性能④表面质量热塑性塑料热固性塑料制品缺陷产生原因制品缺陷产生原因制品填充不足模具温度偏低制品表面起泡或鼓起模具过热或过冷制品有溢边模具温度太高制品翘曲模具温度过高或表面温差过大制品有气泡模具温度太低，充模不完全制品欠压（成型不完全，疏松）模具温度过高制品有明显熔合纹、鳞片模具温度太低，模具与熔体温差过大制品表面灰暗模具温度过高或过低制品翘曲变形、褶皱模具温度太高，模具温度不均制品变色模具温度过高制品粘模模具温度太高制品机械强度低模具温度太低制品强度下降模具温度太低制品的尺寸不稳定模具温度不稳定制品的尺寸不稳定模具温度不稳定制品粗糙或出现条状皮纹模具温度太低3.温度调节对生产效率的影响在注射模中从2000C左右降低到600C左右，所释放的热量约有5％左右以辐射、对流的方式散发到大气中，其余95％以冷却介质带走，因此注射模的冷却时间主要取决于冷却系统的冷却效果。据统计，模具的冷却时间约占整个注射循环周期的2/3，因此缩短注射循环周期的冷却时间是提高生产率的关键。冷却系统是通过冷却水的循环将热量带出模具。一般冷却水处于湍流状态冷却效果好，为了使冷却水处于湍流状态，希望水的雷诺数Re达到6000以上。根据牛顿冷却定律，冷却系统从模具中带走的热量(KJ)为3600/thAQ22(/())()()()QhkJmhCAmCts模具与冷却系统之间所传递的热量－冷却通道孔壁与冷却介质之间膜的传热系数冷却介质的传热面积－模具温度与冷却介质温度之间的差值冷却时间当所需传递的热量不变的情况下，可通过三个途径来所短冷却时间：①提高传热膜系数②提高模具与冷却介质的温度差③增大冷却介质的传热面积0.80.24.187()fvhd二、冷却系统的设计原则及注意事项1.冷却系统的设计原则①动模、定模要分别冷却，保证冷却平衡②浇口附近与壁厚处加强冷却③冷却水孔的数量越多，模具内温度梯度越小，冷却越均匀④冷却通道不能穿过镶件与镶件的交界面，以免漏水。⑤水孔排列与型腔相吻合⑥应降低进水与出水的温差。若温差过大，会使模具的温度分布不均匀，一般温差不大于5ºC。⑦标记出冷却通道的水流方向进水口(IN)出水口(OUT）⑧进口和出口水管接头应尽可能设在同一侧。为了不影响操作，尽量设在注射机背面。塑件精度要求较高时，为使凹模冷却均匀，采用多层冷却形式，每层水道都绕凹模一周，用串联或并联的连接方式进水或出水，多在大型模具中应用。三、冷却系统的结构形式1.凹模的冷却方式2.型芯的冷却方式采用斜孔交叉贯通的方式在型芯内形成冷却回路。长条形型芯还可以采用多组斜孔交叉贯通并将它们串联在一起。对于直径较大但高度不高的型芯，可直接将平面回路开设在型芯端部。对于中等高度型芯，可在型芯的底端面上开设矩形冷却水槽回路。对圆柱型芯可作环形布置，再加工横沟，安装挡板和防漏橡胶圈。对矩形型芯则铣出相通的矩形布置沟槽。当型芯较大时的冷却，可采用如图所示的螺旋式冷却方式。使冷却水在模具中产生螺旋状回路，冷却效果好，但制造比较麻烦(2)喷流式：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。这种冷却方法适用于高度大而直径小的型芯冷却。3.小型芯的冷却(1)隔片导流式：在小型芯上垂直钻出主要冷却孔通道，并在冷却孔中加入一片隔片，将其分成两个半圆形流路。(3)导热杆：对于直径5mm左右的细长型芯，可用紫铜或铍青铜导热杆压配在型芯的中央小孔中。用冷却水冲冷该导热芯棒的根部。五、冷却系统的计算1.冷却时间的确定冷却时间：塑料熔体从充模具型腔起到可以开模取出塑件时的时间。这一时间标准常以塑件已充分固化成型而且具有一定强度和刚度为准，约占整个注射生产周期的80%2.冷却管道传热面积及管道数目的简易计算通常对于中小型模具以及对塑料制品要求不太严格时，可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.(1)单位时间内注入模具的塑料熔体的总质量W(kg/h)方法一：①计算每次需要的注射总量(kg)m=nm件+m浇②确定生产周期(s)t=t注+t冷+t脱③求每小时可以注射的次数N=3600/t④求每小时的注射量（kg/h）W=Nm方法二：①计算每次需要的注射总量(kg)m=nm件+m浇②已知所需要的生产数量N(件)③估算总的生产时间t（h），以每月x天，每天y小时估算④求每小时的注射量(kg/h)W=Nm/t(3)计算冷却水的体积流量qV(m3/min)假定塑料熔体凝固和冷却过程中放出的全部热量都被冷却水带走，则1260sVWQqc冷却水的密度水管进口设定温度水管出口设定温度冷却介质的比热容(2)确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量Qs(kJ/kg)34[]ssQcucs:塑料的比热容θ3:塑料熔体的温度θ4:塑件在脱模前的温度u:结晶型塑料结晶时放出的熔化潜热（4）冷却水路的直径d根据表中所示的冷却水处于湍流状态下的流速与通道直径的关系，可确定模具冷却水路的直径d2460vqvd（5）冷却水在管内的流速v(m/s)冷却水道直径d(mm)最低流速v(m/s)流量qV(m3/min)冷却水道直径d(mm)最低流速v(m/s)流量qV(m3/min)81012151.661.321.100.875.0×10-36.2×10-37.4×10-39.2×10-32025300.660.530.4412.4×10-315.5×10-318.7×10-3(6)求冷却管壁与水交界面的膜传热系数h0.80.24.187()fvhd(7)计算冷却水通道的传热总面积(9)冷却管道的孔数nLxl每条水路的长度(m)12()/2msWQAh(8)计算模具所需冷却水管的总长度LALd例：某注射模成型聚丙烯塑件，产量为50kg/h，用20℃的水作为冷却介质，其出口温度为27℃，水呈湍流状态，若模具平均温度为40℃，模具宽度为300mm，求冷却管道直径及所需冷却管道孔数。六、加热系统设计一般情况下，对热固性塑料成型模具需要设计加热系统，对于热塑性塑料注射成型时在以下四种情况也需要加热。对要求模具温度在80℃以上的塑料成型对于大型模具的预热模具有需要加热的局部区域热流道模具的局部加热1.模具的加热方式(1)介质加热利用冷却水道通入热水、热油、热空气及蒸汽等介质进行模具加热。(2)电阻加热利用电热棒或电热环作为加热元件进行加热2.电阻加热的常用元件的结构、要求及计算(1）电阻加热的常用元件的结构电热棒电热圈电阻加热的基本要求正确合理布置加热元件，保证电热元件的加热功率大型模具，加装两套控温仪表加热板中央和两边分别采用不同功率元件加强模具的保温措施①加热模具所需的电功率(P)可按模具的质量(m)近似计算：P=qmq—每千克模具维持成型温度所需的电功率，可查表获得②根据加热板的尺寸确定电热棒的数量，进而计算每个电热棒的功率，设电热棒采用并联接法，P每=P/n，根据P每查表即可查得电热棒尺寸。（3）电阻加热的计算4.12模架设计一、注射模模架的结构模架又称为模体，是注射模的骨架和基体，模具的每一部分都寄生其中。一般由定模座板（定模底板）、定模固定板（定模板）、动模固定板（型芯固定板）、动模垫板、垫块（垫脚、模脚）、动模座板（动模底板）、推板（推出底板）、推杆固定板、导柱、导套、复位杆等组成。另外，根据需要还有特殊结构的模架，如点浇口模板、带脱模板的模架等。二、标准模架的结构与形式我国注射模架标准有两个，GB/T12556-1990和GB/T12555-1990.1.中小型标准注射模架（1）中小型模架的四种基本类型①A1型：定模采用两块模板，动模采用一块模板，设置推杆推出机构，适用于单分型面注射模具。②A2型：定、动模均采用两块模板，设置推杆推出机构，适用于直接浇口，采用斜导柱侧抽芯的注射成型模具。③A3型：定模采用两块模板，动模采用一块机构，设置脱模板推出机构，适用于薄壁壳体类型塑件的成型以及脱模力大、表面不允许留有推出痕迹的注射模具。④A4型：定、动模均采用两块模板，设置脱模板推出机构，适用范围与A3基本相同。（2）中小型模架的九种派生型模架P1~P4分别由基本型模架A1~A4型对应派生而成；P5型模架的动、定模各由一块模板组合而成，适用于直接浇口、简单整体凹模；P6~P9型模架适用于复杂结构的注射模，如定距分型自动脱落浇注系统凝料的注射模等。2.大型模架基本型：A型和B型派生型：P1~P4型四、中小型标准模架的选择方法模具的大小主要取决于塑件的大小和结构。对于模具而言，在保证足够强度和刚度的条件下，结构越紧凑越好。可以以塑件布置在推杆推出的范围之内及复位杆与型腔保持一定距离为原则来确定模架大小，可以大致按下列经验公式来计算：塑件在分型面上的投影宽度W´须满足：W´≤W2-10mm塑件在分型面上的投影长度L´须满足：L´lt-d-30mm例题4.3W2：推板宽度lt：复位杆在长度方向的间距d：复位杆直径5模架的装配要求动模、定模安装平面的平行度按国标，或表4-39垂直零件的垂直度按国标，或表4-40模具所有活动部分位置准确、动作可靠。固定零件不得窜动。嵌件的定位准确，可靠。分型面间的间隙小于塑料的溢料间隙。4.13注射模材料的选用一、模具的失效形式1.表面磨损失效①模具型腔表面粗糙度恶化②模具尺寸磨损失效③模具表面腐蚀失效2.塑性变形失效3.断裂失效二、成型零件材料的选择1.材料高度纯洁2.良好的冷、热加工性能3.抛光性能良好4.淬透性高5.耐磨性和抗疲劳性能好6.具有耐蚀性和一定的耐热性三、注射模材料的种类与选用可用作注射模具的钢材有碳素结构钢、碳素工具钢、合金结构钢、合金工具钢和不锈钢等。1.碳素结构钢可用来制造形状较简单，精度要求不高的模具成型零部件，但其使用寿命较低，抛光性不好。45钢可以通过调质处理来改善其性能，制造包括成型零部件在内各种模具零件。2.碳素工具钢T8、T10，可以在塑件尺寸不大、形状简单但生产批量较大的场合下用作模具的成型零部件。也可用