1、模具溫度控制系統設計要點概述本章基本內容本章基本內容n冷卻系統的設計原則n冷卻系統的結構設計n冷卻水道的設計n加熱系統的設計第章第章 模具溫度控制系統模具溫度控制系統第章 模具溫度控制系統 冷卻系統設計原則 冷卻系統的結構設計 加熱系統的設計本章重點本章重點第章 模具溫度控制系統第章 模具溫度控制系統本章難點本章難點 冷卻系統設計原則冷卻系統的結構設計第章 模具溫度控制系統6.1 概述6.2 冷卻系統設計6.3 加熱系統設計6.4 思考與練習第章 模具溫度控制系統 模具溫度是否合理直接關系到成型塑件的尺寸精度、表觀及內在質量，以及塑件的生產效率，因此是模具設計中的一項重要工作。 塑料品種不同則

2、對于模具的溫度要求也不同。總要求是，使模具溫度達到適宜制品成型的工藝條件要求，能通過控溫系統的調節，使模腔各個部位上的溫度基本相同；在較長時間內，即在生產過程中的每個成型周期中，模具溫度應均衡一致。6.1 概述 6.2.1 模具溫度分析模具溫度分析 6.2.2 冷卻系統設計原則冷卻系統設計原則 6.2.3 冷卻系統的結構設計冷卻系統的結構設計 （一）凹模冷卻系統（一）凹模冷卻系統 （二）型芯冷卻系統（二）型芯冷卻系統 、 冷卻水道的計算冷卻水道的計算 （一）模具帶有冷卻系統時的熱傳行為（一）模具帶有冷卻系統時的熱傳行為 （二）冷卻水回路數量的計算（二）冷卻水回路數量的計算 （三）冷卻水在回路中

3、的壓力降計算（三）冷卻水在回路中的壓力降計算 （四）冷卻回路計算示例（四）冷卻回路計算示例6.2 冷卻系統設計 對于模具要求在60左右的中型模具，而對大中型模具，尤其是大型模具，必須設計冷冷卻系統有效、控溫合理的功能齊全的冷卻系統。表61為常用塑料的料溫及模具溫度 。 正確地分析與判斷模具溫度狀況，應注意下述各點： （1）塑料的熱量與塑料重量成正比。 （2）在注射完成時，模腔內的塑料受到高壓作用，此 時型腔的溫度與型芯的溫度相同。 （3）當塑件為平板狀態時，每半模（動、定模）的溫度值接近。 （4）當塑件壁厚布均勻時，在塑件壁厚較厚處模具溫度較高。6.2.1 模具溫度分析 冷卻卻系統冷卻卻系統:

4、 : 是指模具中開設的水道系統，它與外界水源連通，根據需要組成一個或者多個回路的水道。 冷卻系統的設計原則冷卻系統的設計原則： 1 1 合理地進行冷卻水道總體布局合理地進行冷卻水道總體布局 2 2 合理確定冷卻水道與型腔表壁的距離合理確定冷卻水道與型腔表壁的距離 3 3 考慮和利用模具材料的導熱性考慮和利用模具材料的導熱性 應加強澆口處的冷卻應加強澆口處的冷卻 控制冷卻水入口處的溫度差盡量小控制冷卻水入口處的溫度差盡量小 應使冷卻水道中的水呈湍流狀態流動應使冷卻水道中的水呈湍流狀態流動 6.2.2 冷卻系統設計原則 當塑件厚度均勻時，各冷卻水孔至型腔表壁的距離最好取作相同，以使塑件冷卻均勻，如

5、圖61a所示。 若塑件的壁厚不均，較厚處熱量較多，則可采取冷卻水道較為靠近厚壁型腔的辦法，如圖61b所示。 1 1 、合理地進行冷卻水道總體布局、合理地進行冷卻水道總體布局6.2.2 冷卻系統設計原則 圖62a,b的水孔到型腔的最短距離（垂直距離）相同,但水道數量卻不一樣,從而型腔熱量向冷卻源流動的路程彼此不同 。 圖63型腔表面到冷卻水孔的距離的尺寸關系。合理地距離它不僅關系到型腔是否冷卻均勻，而且關系到模具的剛度、強度問題。、合理確定冷卻水道與型腔表壁的距離、合理確定冷卻水道與型腔表壁的距離6.2.2 冷卻系統設計原則 如圖表62在100下，各種材料的傳熱系數 如圖64所示 ，當鑲拼成型零

6、件較大或較高時，應該優先考慮將冷卻水道直接開設在成型零件上，同時，固定板仍需開設一定數量的水道，以調節整個模具冷卻均勻。 3 3、考慮和利用模具材料的導熱性、考慮和利用模具材料的導熱性6.2.2 冷卻系統設計原則 見圖65a、b、c示例、 應加強澆口處的冷卻應加強澆口處的冷卻6.2.2 冷卻系統設計原則精密塑件要求該溫度差在2以內，一般塑件在5以內。對模具水道有串聯式和并聯式兩種使用方式，例如圖66所示 。、控制冷卻水入口處的、控制冷卻水入口處的 溫度差盡量小溫度差盡量小 6.2.2 冷卻系統設計原則 雷諾數是用以判定水流狀態的參數，對于塑料模，雷諾數Re取 400010000。其校核公式為：

7、 100004000dVRe 、應使冷卻水道中的水呈湍流狀態流動、應使冷卻水道中的水呈湍流狀態流動6.2.2 冷卻系統設計原則 如圖67 雷諾準數對熱傳導的影響 除了上述幾項基本原則應遵循外，還應注意以下事項注意以下事項：（） 應避免在制品容易產生熔結痕的部位開設冷卻水道；（） 必須注意密封水，防止水流入型腔；（） 當水道發生相貫時，應采取措施使水只可定方向連續流出，避免有水不能流動的死角。水道壁應加工光滑，以使清楚水道污垢方便，經較長使用時間后，冷卻效果一致。（）由于凹模與型芯的冷卻情況不同，需用兩個調溫器分別控制各自回路中冷卻液的溫度、壓力、流量和速度。 6.2.2 冷卻系統設計原則 常見

8、結構如圖68鉆孔式水道系統 、69所示溝槽式水道系統 6.2.3 冷卻系統結構設計(一)、 凹模冷卻系統(二)、型芯冷卻系統設計 設計型芯冷卻系統要比設計凹模時復雜得多，需視型芯的粗細高低，鑲拼狀況，推桿位置等情況靈活地采用不同形式的冷卻裝置。圖610所示為大行型的冷卻裝置 。 圖611所示為隔板式冷卻裝置 。 圖612所示為水管噴流式冷卻裝置。 圖613a,b,c所示對細長型芯的冷卻 。 圖614所示冷卻側型芯。6.2.3 冷卻系統結構設計(二)、型芯冷卻系統設計 熱傳遞的三種基本方式：熱傳導、熱輻射熱傳導、熱輻射和對流傳熱和對流傳熱在設置有冷卻系統的模具上均存在，并且是相互伴隨，同時對冷卻

9、模具產生作用。傳熱行為體現在如下四方面： (1)傳導 (2)對流 (3)輻射 (4)傳導 6.2.4 模具溫度控制系統 （一）模具帶有冷卻系統時的熱傳行為 模具向設備工作臺面所傳導的熱量應為：)(smsttFQ）（hKJ 由型腔向冷卻水道傳導熱量的關系式如下： LttFTQ216.2.4 模具溫度控制系統)(1ePLCttGQ)hKJ( （二）冷卻水回路數量計算 設塑料傳給模具的多余熱量為Q，輻射散熱量為Q，模具向安裝設備傳導的熱量為Qs，冷卻統帶走的熱量為 Qf，則可建立下式)sfQQQQ（ 1.求塑料傳給模具的多余熱量Q6.2.4 模具溫度控制系統 2.計算由冷卻系統攜帶出模外 的熱量 式

10、中G 每小時注射的塑料重量，； 進入模具時的塑料熔料溫度與制品在脫模時 的溫度之差； 塑料的比熱，kJ/（）,參見表63。 塑料熔解潛熱，kJ/，參見表63。無定形塑料 21tt pCeL0eL1.求塑料傳給模具的多余熱量)(1ePLCttGQ)hKJ(6.2.4 模具溫度控制系統tWQ）（hKJ式中 每小時流經模具的冷卻液重量，； 冷卻液比熱，kJ/（）， 水的=4.186 kJ/（.） 冷卻液比熱，kJ/（）， 水的=4.186 kJ/（.） 2. 計算由冷卻系統攜帶出模外的熱量6.2.4 模具溫度控制系統 （1）關于 =每小時液體流量液體比重 =水道截面積液體流速水流時間（每小時）液體比

11、重 故，求得的算術式為TVdW24 將其代入式（65）中，便得到如下公式tTVdQ24 式中 d水道孔徑，m；水流速度，m/s； 每小時水流持續時間，s/h， 若水一直流動，則=3600 s/h。 冷卻液比重，/m676.2.4 模具溫度控制系統 表64所列為當水溫為23，Re=4000時，產生穩定湍流狀態的冷卻水應達到的流量與流速。 表65所列為不同溫度下，水的運動粘度值。 在每一成型周期里，流經模具的冷卻水總長度為l，用下式計算： TVl（m） 式中 V 水流速度，m /s； T一個周期的時間，s （2）關于t6.2.4 模具溫度控制系統 在每一周期里，由冷卻液帶走的熱量為 ，計算公式為：

12、 式中 A 水道的截面積； 每一周期里流經模具的冷卻水重量 iQtpAltWQiiiW ittn （條） 模具應設計冷卻回路數目n，即：6.2.4 模具溫度控制系統 （三）冷卻水在回路中的壓力降計算 在同樣的控制條件下，如果模具各條冷卻回路的長度和截面積相同，水在各條回路的壓力降也就相等，那么個條回路水溫基本均勻。 冷卻回路壓力降P可按下面經驗公式計算： gVdlFp228. 3 (大氣壓) 6.2.4 模具溫度控制系統（四）冷卻回路計算示例 有一成型高密度聚乙烯食品盒模具，每一模一件，塑件壁厚為1.9mm。現確定對模具型腔和型芯均進行冷卻。考慮到塑件壁厚值不大，但塑料流程較長，因而對塑料熔料

13、溫度取稍高值，為230（手冊數據為150260），模溫取值偏低，為38（手冊資料為3570），取水溫低于模溫14，為24。根據塑件的質量要求，擬控制各條冷卻回路的出入口溫度為3。6.2.4 模具溫度控制系統現擬出具體使用參數如下：熔料溫度， 230模溫， 38塑件脫模溫度， 94注射量，kg/次 0.186每小時注射量，, 33.48比熱，KJ/kg 2.302潛熱，KJ/kg 243成型時間，秒/模 20 每小時成型次數 180水溫 24平均水溫 266.2.4 模具溫度控制系統 計算步驟如下： 1.計算塑料傳給型腔和型芯的多余熱量和根據公式（64）便可求得塑料傳給模具的總的多余熱量： =3

14、3.48( 230 -94 ) 2.302 + 243 = 18617.29（KJ/h） 若按冷卻系統完成排出總多余熱量的90的 任務來計算，冷卻系統應排除熱量為： =18617.290.9=16755.56（kJ/h）ePLCttGQ）（6.2.4 模具溫度控制系統 因為型芯的高度和直徑較大，故認為型芯和型腔各吸收熱量的比例為60和40。所以，它們分別排除熱量：型芯應排除熱量 型腔(凹模)應排除熱量 2.確定冷卻水道的孔徑d 本模具適用于在鎖模力500噸的注射機上成型，查表65，確定水孔直徑d取12mm。確定采用水為冷卻液。由表65同時查知雷諾準數Re=4000時的水流速度=0.43m/s.

15、34.100536 . 0QQ芯21.67024 . 0QQ腔6.2.4 模具溫度控制系統6.3.1 加熱對象6.3.2 加熱方式6.3.3 電加熱系統設計6.3.4 防止熱量散失的方法6.3 加熱系統設計 6.3.1 6.3.1 加熱對象加熱對象 （1）熱固性塑料模 （2）熱流道模的流道板 （3）小型塑件的熱塑性塑料注射模 （4）某些高粘性或結晶性塑料注射模 除了上述在整個生產過程中都需要加熱模具的情況之外，有時要求對模具先進行短期加熱，然后再冷卻，大型熱塑性塑料注射模就是如此。 6.3 加熱系統設計6.3.2 6.3.2 加熱方式加熱方式 通常采用的加熱方式有兩種 ： 1.電加熱式 2.在

16、模具內部通入熱介質 對于需要提供足夠熱能，溫度要求較高的模具采用電加熱式，例如熱固性塑料模、熱塑性熱流道模的流道板等。也采用熱水、過熱水或熱油加熱、蒸汽加熱式、而煤氣、天燃氣燃燒加熱的方法一般不太使用。6.3 加熱系統設計6.3.3 6.3.3 電加熱系統設計電加熱系統設計 電加熱式具有溫度調節范圍較大!裝置結構簡單，安裝及維修方便，清潔、無污染等優點。缺點是升溫較緩慢，改變溫度時有時間滯后效應。 1.電加熱系統設計的基本要求 6.3 加熱系統設計6.3 加熱系統設計2.電加熱裝置的形式1.電加熱系統設計的基本要求 （1）計算模具的加熱功率 （2）合理地分布電熱組件 （3）防止熱量散失的工作

17、（4）建立必要的控溫系統6.3.3 6.3.3 電加熱系統設計電加熱系統設計 6.3 加熱系統設計 2.電加熱裝置的形式 電加熱裝置有兩大類型電加熱裝置有兩大類型 ： (1) 電阻加熱 (2) 感應加熱 常用的電阻加熱裝置常用的電阻加熱裝置 ： (1)電阻絲直接加熱 (2)電熱套、電熱片加熱裝置 如圖615 (3)電熱棒（如圖616）6.3 加熱系統設計6.3.3 6.3.3 電加熱系統設計電加熱系統設計 電熱功率的計算 （1）計算在要求時間內將模溫升至工作溫度所需的總功率 （2）計算成型過程中要求模具對塑料加熱到一定溫度所需的熱功率 電熱棒的根數n TktGCppktCGpsSePPn 6.

18、3 加熱系統設計6.3.4 防止熱量散失的方法1.減小接觸面積法2.空氣層隔熱法3.安裝隔熱板隔熱法6.3 加熱系統設計思考與練習1 1、對模具電加熱基本要求有哪些？、對模具電加熱基本要求有哪些？（答案）（答案）、塑料熔體充滿型腔后冷卻到脫模溫度所、塑料熔體充滿型腔后冷卻到脫模溫度所需的冷卻時間與哪些因素有關？需的冷卻時間與哪些因素有關？ （答案）（答案）、塑料模具冷卻裝置設計要遵循什么原則？、塑料模具冷卻裝置設計要遵循什么原則？ （答案）（答案）、冷卻系統設計原則？、冷卻系統設計原則？ （答案）（答案）電阻加熱的基本要求：采用電阻加熱時要合理布設電熱元件，保證電熱元件的功率。如電熱元件的功率

19、不足，就不能達到模具的溫度：如電熱元件功率過大，會使模具加熱過快，從而出現局部過熱現象，就難于控制模溫。要達到模具加熱均勻保證符合塑件成型溫度的條件，在設計模具電阻加熱裝置時，必須考慮以下基本要求以下基本要求：、正確合理地布高電熱元件、大型模具的電熱板，應安裝兩套控制溫度儀表，分別控制調節電熱板中央和邊緣部位的溫度、電熱板的中央和邊緣部分分別采用不同功率的電熱元件，一般模具中央部位電熱元件功率稍小，邊緣部位訴電熱元件功率稍大、加強模具的保溫措施，減少熱量的傳導和熱輻射的損失，通常，在模具與壓機的上、下壓板之間以及模具四周設置石棉隔熱板，厚度約為46mm 、 對模具電加熱基本要求有哪些？對模具電

20、加熱基本要求有哪些？、塑料熔體充滿型腔后冷卻到脫模溫度所塑料熔體充滿型腔后冷卻到脫模溫度所需的冷卻時間與哪些因素有關？需的冷卻時間與哪些因素有關？與模具熱量、傳熱面積、型腔和塑料的平均溫差度、塑料對型腔的傳熱系數有關。設計原則如下：、冷卻通道離凹模壁不宜太遠或太近，以免影響冷卻效果和模具的強度，其距離一般為冷卻通道直徑的12倍。、在模具結構允許的情況下，冷卻通道的孔徑盡量大，冷卻回路的數量盡量多，這樣冷卻會愈均勻。、應與塑件厚度相適應。塑件壁厚基本均勻時，冷卻通道與型腔表面各處的距離最好相同，即冷卻通道的排列與型腔的形狀相吻合。塑件局部壁厚處應增加冷卻通道，加強冷卻。、冷卻通道不應通過鑲塊和鑲

21、塊接縫處，以防止漏水。、塑料模具冷卻裝置設計要遵循什么、塑料模具冷卻裝置設計要遵循什么原則？原則？、冷卻通道內不應有存水和產生回流的部位，應暢通無阻。冷卻通道直徑一般為812mm。進水管直徑的選擇，應使進水處的流速不超過冷卻通道中的水流速度，要避免過大的壓力降。、澆口附近溫度最高，距澆口愈遠溫度愈低，因此，澆口附近應加強冷卻，通常可使冷水先流經澆口附近，然后再流向澆口遠端。、冷卻通道要避免近塑件的熔接部位，以免使塑件產生熔接痕，降低塑件強度。、進出口冷卻水溫差不宜過大，避免造成模具表面冷卻不均勻、凹模各凸模要分別冷卻，要保證冷卻的平衡，而且對凸模內部的冷卻要注意水道穿過凸模與模板接縫處時進行密

22、封，以防漏水。、要防止冷卻通道中的冷卻水泄漏，水管與水嘴連接處必須密封。水管接頭的部位，要設置在不影響操作的方向，通常朝向注射機的背面。、 冷卻系統的設計原則？(1).合理地進行冷卻水道總體布局(2).合理確定冷卻水道與型腔表壁的距離(3).考慮和利用模具材料的導熱性(4).應加強澆口處的冷卻 (5). 控制冷卻水入口處的溫度差盡量小 (6).應使冷卻水道中的水呈湍流狀態流動 表表6 61 1 常用塑料在成型時的熔料溫度和模具溫度常用塑料在成型時的熔料溫度和模具溫度（）塑料品種熔料溫度模具溫度PSAS(SAN)ABSPMMACARPVCFRVCPCPE200300200260200260180

23、2501602501802101701902803201502604060406040604060406040603060901203570塑料品種塑料品種熔料溫度模具溫度PPPAPOMPPOPSFPBT160260200320180220280340300340250270556555120801101101501001506080純銅銅合金鋁（2017）黃銅鈹銅鋼（含碳量1）工具鋼P20 1084913464337313127103 工具鋼H13不銹鋼316水PSPEPP/PA空氣 59491.900.340.880.68/0.340.68 表表62在在100下，各種材料的傳熱系數下，各種材料的傳熱系數千卡千卡/（米（米小時小時）塑料名稱 比熱kJ/ 潛熱kJ/ 結 晶 型 塑 料縮醛塑料尼龍低密度乙烯高密度乙烯聚丙烯聚酯 1.4651.6742.3022.7211.952 163130130243209125 無定型塑料 高強度聚苯乙烯ASABS丙