冷却系统设计

模具3.9.3冷却系统结构设计1.模具冷却系统设计原则2.冷却系统常用结构形式3.冷却水道的密封及水嘴连接模具1.模具冷却系统设计原则为了提高生产率，保证制品质量，模具冷却系统设计以保证塑件均匀冷却为基本原则。具体设计时注意以下几点：模具①冷却水孔数量尽量多、尺寸尽量大型腔表面的温度与冷却水孔的大小、疏密关系密切。冷却水孔孔径大、孔间距小，型腔表面温度均匀，如图3-9-3所示。模具②冷却水孔至型腔表面距离要适宜孔壁离型腔的距离要适宜，一般大于10mm，常用12~15mm。太近，型腔表面温度不均匀，参见图3-9-3d；太远，热阻大，冷却效率低。当塑件壁厚均匀时，各处冷却水孔与型腔表面的距离最好相同，如图3-9-4，a比b好。模具当塑件壁厚不均匀时，厚壁处冷却水通道要适当靠近型腔，如图3-9-4，c比d好。模具③水料并行，强化浇口处的冷却成型时高温的塑料熔体由浇口充入型腔，浇口附近模温较高、料流末端温度较低。将冷却水入口设在浇口附近，使冷却水总体流向与型腔内物料流向趋于相同（水料并行），冷却比较均匀。模具模具模具④入水与出水的温差不可过大如果入水温度和出水温度差别太大，会使模具的温度分布不均。为取得整个制品大致相同的冷却速度，需合理设置冷却水通道的排列形式，减小入出水温差。如图3-9-6，a形式会使入水与出水的温差大，b形式相对较好。模具⑤冷却水孔布置要合理冷却水通道尽可能按照型腔形状布置，塑件的形状不同，冷却水道位置也不同，例如：图3-9-9：扁平塑件，侧面进浇。动定模均距型腔等距离钻孔。模具图3-9-10：浅壳类塑件定模钻孔、动模组合型芯铣槽。模具图3-9-11：中等深度壳类塑件。凹模距型腔等距离钻孔，凸模钻斜孔得到和塑件形状类似的回路。模具图3.9+1：深腔制品。凸凹模均采用组合式，车螺旋槽冷却，从中心进水，在端面（浇口处）冷却后沿环绕成型零件的螺旋形水道顺序流出模具。模具⑥冷却水道要便于加工装配冷却水道结构设计必须注意其加工工艺性，要易于加工制造，尽量采用钻孔等简单加工工艺。对于镶装组合式冷却水道还要注意水路密封，防止冷却水漏入型腔造成型腔锈蚀。模具2、冷却系统常用结构形式如上所述，模具冷却系统要求根据塑件的形状、型腔内的温度分布等合理设计，但受模具上各种结构（顶杆孔、型芯孔、螺钉孔、镶拼接缝等）的限制，只能在满足结构设汁的情况下开设冷却水道。由于塑件的形状多种多样，模具结构各不相同，冷却系统结构也是千变万化的，设计者需根据实际情况灵活掌握。下面介绍几种在型腔、型芯上设置冷却系统的常用结构形式，供设计时参考。模具1）凹模冷却水道的设置单层冷却回路对于型腔较浅的模具，通常采用单层冷却回路。凹模直接加工在模板上的浅腔模具多采用外接直通式（图3.9+2）或平面回路式（图3-9-18、3-9-19、3-9-20）的单层冷却回路。采用拼镶结构的模具多采用环槽式（图3.9+3、3-9-21、3-9-23）。模具图3.9+2外接直通式冷却水道①单层外接直通式外接直通式冷却水道是在模板上打直通孔与模外软管连接构成单回路或多回路。这种冷却水道加工容易，但冷却水道不是围绕型腔设置，在成型过程中，制品的散热不太均匀。模具②单层平面回路式平面回路式冷却水道通常采用打相交直孔，镶入挡板、堵头等控制冷却水流向的方法构成模内回路。根据具体情况也可设计成单回路或多回路。这种水道排列对于模腔的散热略好于外接直通式。模具单层平面双回路模具单层平面双回路模具③环槽式环槽式冷却水道是在模板上打孔与加工在镶件或模板上的环形槽连接构成单回路或多回路。这种冷却水道正好围绕镶件分布，对于模腔的散热较好。图3.9+3环槽式冷却水道单层环槽式双回路模具在模板上打孔将镶件或模板上的环形槽串连，构成用于镶入式多腔模的环槽式水路。单层环槽式单回路模具环槽式水路用于镶件紧邻的多腔模，将模板上的环形槽连通。单层环槽式单回路模具多层冷却回路对于型腔较深的模具，常采用多层回路式冷却水道。采用圆形镶件镶拼的深腔模，在型腔镶件外表面加工螺旋槽，并将其进出口通过模板与模外连通，构成的螺旋式冷却水道（图3-9-22）,相当于模内互连的多层冷却回路。型腔直接加工在模板上的深腔模和非圆形镶件镶拼的深腔模，通常采用多层外接直通式或平面回路式冷却水道（图3.9+4、图3.9+5），各层可各自独立，也可用软管在模外互连。模具④螺旋式冷却水道在圆形镶件外表面加工螺旋槽，并将其进出口通过模板与模外连通，构成螺旋式冷却水道。模具⑤多层平面回路式冷却水道沿型腔深度方向布置多层平面回路式冷却水道。图3.9+4多层平面回路式冷却水道模具沿型腔深度方向布置多层平面回路式或外接直通式冷却水道。模具2）凸模（型芯）冷却水道的设置在塑件成型过程中，型芯总是被温度高、导热性差的塑料包围着，型芯的热量很难通过自然对流、辐射的方式散发。因此，型芯的散热问题比型腔更关键。也正是因为型芯被塑件包围，不便与模外连通，所以型芯中冷却水道的设置也更困难。通常，型芯中冷却水道的设置有下列几种方式。模具①单层冷却回路对于直接加工在模板上的低矮型芯，采用加工在模板上的外接直通式或平面回路式单层冷却回路，图3-9-9。对于采用拼镶结构的低矮大型芯，可在型芯上加工平面回路式单层冷却回路，图3-9-10。②钻孔式型芯冷却水道对于中等高度的较大型芯，可采用在型芯上钻斜孔的方法构成冷却回路，图3-9-11、图3-9-5d。模具③喷泉式型芯冷却水道（图3-9-12）在型芯中间装一个喷水管，进水从管中喷出后再向四周冲刷型芯内壁，如图所示。低温的进水直接作用于型芯顶部（中心进浇的浇口处），冷却效果好。这种方式特别适合冷却细长的圆形型芯。模具喷泉式冷却水道也可用于较粗大异型型芯的冷却，方法是在喷水管出口端设一边缘开口的隔板，控制回水流向（图3-9-15）。模具喷泉式冷却水道不仅可用于单个小型芯，也可用于多个小型芯的串（并）联冷却。图3.9+6为并联喷泉式型芯冷却水道图3.9+6并联喷泉式型芯冷却水道模具④螺旋式型芯冷却水道（图3-9-13）对于大直径圆柱型芯，可在型芯内开大圆孔，孔中压入中心有进水孔外壁有螺旋槽的“芯柱”构成螺旋式型芯冷却水道。冷却水从中心孔引向芯柱顶端，沿螺旋槽流下进行热交换后从芯柱底部流出，可获得极佳的效果模具⑤隔板式型芯冷却水道在型芯上沿型芯轴向打盲孔，孔与孔间铣连通槽，孔中镶入比孔深略短的隔板，就构成了隔板式型芯冷却水道。水从隔板一边流入另一边流出，在经连通槽依次进入相邻的孔。隔板式型芯冷却水道可用于单个细高型芯的冷却，也可用于多个细高型芯的串联冷却，以及各种异型型芯的周圈或整体冷却。模具隔板式型芯冷却水道模具⑥型芯传导冷却在对于特别细小无法开设冷却水道的型芯，可用铍铜合金等导热性良好的材料制造或镶入构成导热型芯，并使冷却水直接与导热型芯接触。使热量经导热型芯传导并由冷却水带走。模具3、冷却水道的密封及水嘴连接1)冷却水道的密封模具中的冷却水道经常要穿越不同模具零件的结合处，如模板与模板、模板与型芯（或型腔）镶件等。这些地方会因配合间隙的存在而产生冷却水泄漏现象。为避免泄漏现象的发生，必须处理好冷却水道的密封问题。通常采用O型圈对模具结构中那些冷却水道将通过的结合处实行密封。密封用O型圈的选用及使用中需注意的问题和要求与通用机械中的密封设计相同，不再赘述。模具2)水管与模具的连接模具冷却系统设计中需要注意的另一个问题，是冷却水管与模具的连接，即水嘴的安装要求。这一问题看上去很小，但是如果处理不当的话，会给用户带来许多不必要的麻烦。因此，模具设计者在开始设计冷却系统时，就应该充分考虑“连接”这一环节。设置模具冷却水道的水嘴（出、入水口）在模具上的位置时，应注意以下问题：模具①模具安装在注射机上后，模具上的水嘴不能正对着注射机的拉杆，以免安装水管困难。②模具上的水嘴最好装在注射机非操作侧，以免影响操作。③卧式注射机用模具，水嘴不要设置在模具顶端，以免在拆装水管时残留的冷却水流入型腔。④对于自动成型的卧式注射机用模具，水嘴不要安装在模具底面，以免水管妨碍制品的脱落，影响自动成型。⑤动、定模的水嘴不能相互靠得太近，以便于水管的安装固定。