模具加热与冷却系统设计

关于模具加热与冷却系统设计14.04.2024一、模具加热与冷却的目的※热固性塑料需要较高的模具温度促使交联反应进行※某些热塑性塑料也需维持80度以上的模温，如聚甲醛、聚苯醚等※大型模具要预热※热流道模具的广泛使用1.加热模塑周期主要取决于冷却定型时间（约占80%），通过降低模温来缩短冷却时间，是提高生产效率的关键。2.冷却第2页,共30页，2024年2月25日，星期天14.04.2024模具温度与塑件质量的关系模温过低塑料流动性差，塑件轮廓不清晰，表面无光泽；热固性塑料则固化不足，性能严重下降。模温过高易造成溢料粘模，塑件脱模困难，变形大；热固性塑料则过熟。模温不均型芯型腔温差过大，塑件收缩不均、内应力增大、塑件变形、尺寸不稳定。第3页,共30页，2024年2月25日，星期天14.04.20241.模具加热的方法有二、模具加热装置的设计气体加热（蒸汽）工频感应加热：设备复杂电阻加热：最常用2.电阻加热元件第4页,共30页，2024年2月25日，星期天14.04.20243.电阻加热的计算1)理论计算第5页,共30页，2024年2月25日，星期天14.04.2024加热模具所需的电功率(P)可按模具的重量(m)近似计算：

P=0.24m(T2-T1)

其中：T2-T1—模具加热前后的温度差例题已知：模具总重量：m=50Kg模具成型温度T2=155℃

室温T1=20℃，计算所需电功率。2)近似计算P=0.24×50(155-20)=1620W结论：可以取400W的电热棒4根第6页,共30页，2024年2月25日，星期天14.04.20243)经验法

①电热环加热小型模具：Pu=40W／kg；大型模具：Pu=60W／kg；②电热棒加热小型模具(40kg以下)：Pu=35W／kg；中型模具(40～100kg)；Pu=30W／kg；大型模具(100kg以上)：Pu=20W／kg。可以根据加热方式和模具的大小，采用下面经验数据计算单位质量模具的电加热功率Pu。第7页,共30页，2024年2月25日，星期天14.04.2024三、模具冷却装置的设计冷却介质：水、压缩空气、冷冻水、油冷却通道设计原则冷却装置的形式冷却通道的形式冷却回路的尺寸确定第8页,共30页，2024年2月25日，星期天14.04.2024从型腔表面到冷却水孔的距离⑴冷却水孔相对位置尺寸1.冷却通道设计原则—型腔底面第9页,共30页，2024年2月25日，星期天14.04.2024

冷却水道数量传热关系⑵模具结构允许，冷却孔尽量大、多，使冷却更均匀。第10页,共30页，2024年2月25日，星期天14.04.2024⑶冷却孔要避开塑件的熔接痕部位第11页,共30页，2024年2月25日，星期天14.04.2024⑷水孔排列与型腔形状吻合(5)浇口附近与壁厚处加强冷却第12页,共30页，2024年2月25日，星期天14.04.2024

凹模与型芯的冷却

(6)定模与动模要分别冷却，保证冷却平衡。第13页,共30页，2024年2月25日，星期天14.04.2024⑺冷却通道应密封且不应通过镶块接缝，以免漏水。⑻进出水温差不宜过大（9）节约用水原则第14页,共30页，2024年2月25日，星期天14.04.20242.冷却回路的尺寸确定1）所需冷却水体积的计算表10-2常用塑料在凝固时所放出的热焓量（KJ／kg）塑料Δi塑料Δi高压聚乙烯低压聚乙烯聚丙烯聚苯乙烯聚氯乙烯有机玻璃583.33～700.14700.14～816.48583.33～700.14280.14～349.85210.00285.85尼龙聚甲醛醋炭纤维素丁酸-醋炭纤维素ABSAS700.14～816.48420.00289.38259.14326.76～396.48280.14～349.85求出所需冷却水体积后，可根据处于湍流状态的流速、流量与管道直径的关系，确定模具上的冷却水道孔径。第15页,共30页，2024年2月25日，星期天14.04.2024

无论多大的模具，水孔的直径不能大于14mm，否则冷却水难以处于最佳流动状态，以致降低热交换效率。

一般水孔直径可根据塑件的平均壁厚来确定。平均壁厚为2mm时，水道直径可取10～14mm。2）冷却水孔直径的确定

冷却流道直径d速度vV冷却流道直径d速度vV810121.661.321.105.0×10-36.2×10-37.4×10-31520250.870.660.539.2×10-312.4×10-315.5×10-3表10-3冷却流道的稳定湍流速度、流量、流道直径

注：在Re=10000和水温10°C的条件下(Re为雷诺系数)。第16页,共30页，2024年2月25日，星期天14.04.20243）冷却水道导热总面积的计算第17页,共30页，2024年2月25日，星期天14.04.20244）冷却水道总长度的计算5）冷却水道数目的计算

由于受模具尺寸的限制，每根水路的长度由模具尺寸决定。设每条水路的长度为l，则冷却水道的数目n＝L/l。第18页,共30页，2024年2月25日，星期天14.04.2024例：零件A的质量为20g(已考虑浇注系统凝料），成型周期时间t=50s，材料ABS，在出口处水温400，入口处冷却温度200，C=4183J/kg·k,ρ=998.203kg/m3,解：所需冷却水体积的计算G=20（60×60）/50=1440=1.44kg/hΔi=4×105J/KGV=(1.44×4×105)/(60×4183×998(40-20))=576000/5009560800=1.15×10-4m3/min

<5.0×10-3m3/min

由上述计算可知，因为模具每分钟所需的冷却水体积流量较小，故可不设冷却系统，依靠空冷的方式冷却模具即可。第19页,共30页，2024年2月25日，星期天14.04.20243.冷却装置的形式第20页,共30页，2024年2月25日，星期天14.04.2024细型芯的冷却装置第21页,共30页，2024年2月25日，星期天14.04.2024大型芯的冷却装置a)b)第22页,共30页，2024年2月25日，星期天14.04.2024

隔板式冷却装置第23页,共30页，2024年2月25日，星期天14.04.2024

水管喷流式冷却装置

第24页,共30页，2024年2月25日，星期天14.04.20244.冷却通道的形式第25页,共30页，2024年2月25日，星期天14.04.2024第26页,共30页，2024年2月25日，星期天14.04.2024第2