塑料模具课程课件8冷却系统
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2020/9/22
主讲：王婷兰
第5张
均衡冷却
举例：
成型收缩率较大的结晶型塑料，不希望模 具温度波度大
提高模温能改善制品表面的粗糙度，使轮 廓清晰，熔合缝不显现。
2020/9/22
主讲：王婷兰
第6张
有效冷却
注射成型周期时间 Injection Molding Cycle Time
2020/9/22
一般来说，下列因素影响冷却水的流动：
✓ 进水管和出水管的压差； ✓水道横截面积； ✓水道长度及其设计布局； ✓冷却介质的粘度：高比例防冻剂或其他添加剂。 ✓ 冷却管道的状况：污垢和污染会严重影响冷却效率。减少热导率， 减小横截面积。
2020/9/22
主讲：王婷兰
第19张
冷却系统的简略计算
热平衡计算 ——冷却水每小时用量 湍流计算 ——管道直径 冷却面积计算——管长或孔数 理论上最短冷却时间
2020/9/22
主讲：王婷兰
第9张
冷却系统的简略计算
1.基本概念 2.冷却系统的简略计算
2020/9/22
主讲：王婷兰
第10张
基本概念
热量：
从热物块传递给冷物块的能量
✓温差用△T表示，传递的能量的大小： 正比于：△T，热导率，热量流过的横截面积A， 而反比于流动距离L，
✓在模具中，热量由塑料流进模具，然后由模具流进冷却介质中，只有很少一 部分进入到空气和注塑机的压板中。
2020/9/22
主讲：王婷兰
第11张
基本概念
温差：
三个△T：塑料由注射到顶出的△T，冷却介质进入模具和离开模具时的 △T，冷却时塑料与冷却介质间的△T。
✓塑料由注射到顶出的△T：已充分固化的原则中，受热变形温度，出模 温度，固熔点的影响。 ✓冷却介质进入模具和离开模具时的△T：冷却介质吸收能量，温度升高， 控制在5～6度内。 ✓塑料与冷却介质间的△T：△T越大，在一定时间内流走的能量就越多， 塑料会比温差小时冷却得快。
✓湍流和层流 ✓雷诺数
2020/9/22
主讲：王婷兰
第15张
基本概念
1.热量，温度和能量的基本知识 冷却水的流动：
✓湍流和层流
Turbulent and Laminar Flows
2020/9/22
主讲：王婷兰
第16张
基本概念
冷却水的流动：
✓雷诺数 Reynolds Number
不涉及理论来说，Re是水 道中液体速度，水道直径， 单位密度和单位粘度的冷 却介质对冷却效果的度量。
2020/9/22
主讲：王婷兰
第20张
热平衡计算
单位时间内熔体固化放出热量等于冷却水所 携走的热量
Qin imp
Qin为塑料熔体每小时冷却固化所放出的热量(kJ／h)； △i为每千克塑料熔体凝固时放出热焓量(kJ／kg)，由表
3.6-1查得； mp为每小时注射的塑料量(kg)
2020/9/22
冷却系统
主要内容
冷却目的及功用 冷却系统的简略计算 冷却系统的设计
典型的冷却系统 冷却设计原则
2020/9/22
主讲：王婷兰
第2张
冷却目的及功用
1. 均衡冷却(改良产品品质) Even Cooling (Improve Part Quality)
2. 有效冷却(提高生产力) Efficient Cooling (Increase Productivity)
2020/9/22
主讲：王婷兰
第3张
均衡冷却
快速达到合适的模具温度和制品温度， 保证模具温度的稳定和分布的均匀性， 使批量生产的制品质量稳定。
2020/9/22
主讲：王婷兰
第4张
均衡冷却
举例：
薄壳产品不像传统壁厚者一般可以承受较大 的因热传不均而产生的残余应力。 为了将 收缩弯翘控制在可以接受的程度，均衡的冷 却设计变得非常重要。
第26张
冷却面积计算
2020/9/22
主讲：王婷兰
第27张
冷却面积计算
由下式求出管长，或孔数 ：
ndl
2020/9/22
主讲：王婷兰
第28张
冷却面积计算
[例] 注射成型ABS塑件，产量为30kg／h。 用22℃的常温水作冷却液，模具出口的水温 28℃，要求模具温度50℃。由结构设计获知 冷却水管长度是200mm。求冷却水管直径及 模具上应开设的水管孔数。
主讲：王婷兰
第7张
有效冷却
举例：
对冰箱蔬果盘之类的大零件而言，材料往往 占成本50%以上。 对小而薄的零件而言， 成形机费用可占成本的90% ，材料6% ，而 模具只占4%。 小而薄的产品较之厚者更能 从冷却的改善而获得效益。
2020/9/22
主讲：王婷兰
第8张
有效冷却
缩短冷却时间途径
扩大模具与冷却水的温差 增大冷却介质的传热面积 让冷却水处于湍流状态
2020/9/22
主讲：王婷兰
第12张
基本概念
热导率：
是材料将热量由热的地方向冷的地方传导的速率的度量。
✓塑料的热导率：热的不良导体。 ✓模具材料的热导率：钢材，铍铜合金，热导率高
2020/9/22
主讲：王婷兰
第13张
基本概念
2020/9/22
主讲：王婷兰
第14张
基本概念
冷却水的流动：
只有被加热的冷却水流走，并有新的冷却水流入，模具才会被冷却。
2020/9/22
主讲：王婷兰
第17张
基本概念
冷却水的流动：
✓雷诺数 Reynolds Number
研究发现： 当Re>4000时，由水道
壁向冷却介质的热传递效 果可得到很大改善。
因此称： Re>4000 湍流，Re<4000 层流。
2020/9/22
主讲：王婷兰
第18张
基本概念
冷却水的流动：
2020/9/22
主讲：王婷兰
第24张
湍流计算
圆管中湍流的雷诺数的计算式：
又：
也可由流量V，直接查表3.6-2，得温度10℃时保证雷诺数= 104以上的管道直径d
2020/9/22
主讲：王婷兰
第25张
冷却面积计算
进一步确定能保证冷却效率的冷却管道长度 和孔数：
2020/9/22
主讲：王婷兰
主讲：王婷兰
第21张
热平衡计算
Q ou m tw C w to utitn
2020/9/22
主讲：王婷兰
第22张
百度文库
热平衡计算
由热平衡条件
可得：
冷却水每小时用量 ：
2020/9/22
主讲：王婷兰
第23张
湍流计算
保证冷却水在管道中处于湍流状态，可确定 相应的管径d。
由水的密度ρ=1000kg／m3和每小时用水量mw， 可换算得冷却水的体积流量：
2020/9/22
主讲：王婷兰
2020/9/22
主讲：王婷兰
第5张
均衡冷却
举例：
成型收缩率较大的结晶型塑料，不希望模 具温度波度大
提高模温能改善制品表面的粗糙度，使轮 廓清晰，熔合缝不显现。
2020/9/22
主讲：王婷兰
第6张
有效冷却
注射成型周期时间 Injection Molding Cycle Time
2020/9/22
一般来说，下列因素影响冷却水的流动：
✓ 进水管和出水管的压差； ✓水道横截面积； ✓水道长度及其设计布局； ✓冷却介质的粘度：高比例防冻剂或其他添加剂。 ✓ 冷却管道的状况：污垢和污染会严重影响冷却效率。减少热导率， 减小横截面积。
2020/9/22
主讲：王婷兰
第19张
冷却系统的简略计算
热平衡计算 ——冷却水每小时用量 湍流计算 ——管道直径 冷却面积计算——管长或孔数 理论上最短冷却时间
2020/9/22
主讲：王婷兰
第9张
冷却系统的简略计算
1.基本概念 2.冷却系统的简略计算
2020/9/22
主讲：王婷兰
第10张
基本概念
热量：
从热物块传递给冷物块的能量
✓温差用△T表示，传递的能量的大小： 正比于：△T，热导率，热量流过的横截面积A， 而反比于流动距离L，
✓在模具中，热量由塑料流进模具，然后由模具流进冷却介质中，只有很少一 部分进入到空气和注塑机的压板中。
2020/9/22
主讲：王婷兰
第11张
基本概念
温差：
三个△T：塑料由注射到顶出的△T，冷却介质进入模具和离开模具时的 △T，冷却时塑料与冷却介质间的△T。
✓塑料由注射到顶出的△T：已充分固化的原则中，受热变形温度，出模 温度，固熔点的影响。 ✓冷却介质进入模具和离开模具时的△T：冷却介质吸收能量，温度升高， 控制在5～6度内。 ✓塑料与冷却介质间的△T：△T越大，在一定时间内流走的能量就越多， 塑料会比温差小时冷却得快。
✓湍流和层流 ✓雷诺数
2020/9/22
主讲：王婷兰
第15张
基本概念
1.热量，温度和能量的基本知识 冷却水的流动：
✓湍流和层流
Turbulent and Laminar Flows
2020/9/22
主讲：王婷兰
第16张
基本概念
冷却水的流动：
✓雷诺数 Reynolds Number
不涉及理论来说，Re是水 道中液体速度，水道直径， 单位密度和单位粘度的冷 却介质对冷却效果的度量。
2020/9/22
主讲：王婷兰
第20张
热平衡计算
单位时间内熔体固化放出热量等于冷却水所 携走的热量
Qin imp
Qin为塑料熔体每小时冷却固化所放出的热量(kJ／h)； △i为每千克塑料熔体凝固时放出热焓量(kJ／kg)，由表
3.6-1查得； mp为每小时注射的塑料量(kg)
2020/9/22
冷却系统
主要内容
冷却目的及功用 冷却系统的简略计算 冷却系统的设计
典型的冷却系统 冷却设计原则
2020/9/22
主讲：王婷兰
第2张
冷却目的及功用
1. 均衡冷却(改良产品品质) Even Cooling (Improve Part Quality)
2. 有效冷却(提高生产力) Efficient Cooling (Increase Productivity)
2020/9/22
主讲：王婷兰
第3张
均衡冷却
快速达到合适的模具温度和制品温度， 保证模具温度的稳定和分布的均匀性， 使批量生产的制品质量稳定。
2020/9/22
主讲：王婷兰
第4张
均衡冷却
举例：
薄壳产品不像传统壁厚者一般可以承受较大 的因热传不均而产生的残余应力。 为了将 收缩弯翘控制在可以接受的程度，均衡的冷 却设计变得非常重要。
第26张
冷却面积计算
2020/9/22
主讲：王婷兰
第27张
冷却面积计算
由下式求出管长，或孔数 ：
ndl
2020/9/22
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第28张
冷却面积计算
[例] 注射成型ABS塑件，产量为30kg／h。 用22℃的常温水作冷却液，模具出口的水温 28℃，要求模具温度50℃。由结构设计获知 冷却水管长度是200mm。求冷却水管直径及 模具上应开设的水管孔数。
主讲：王婷兰
第7张
有效冷却
举例：
对冰箱蔬果盘之类的大零件而言，材料往往 占成本50%以上。 对小而薄的零件而言， 成形机费用可占成本的90% ，材料6% ，而 模具只占4%。 小而薄的产品较之厚者更能 从冷却的改善而获得效益。
2020/9/22
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第8张
有效冷却
缩短冷却时间途径
扩大模具与冷却水的温差 增大冷却介质的传热面积 让冷却水处于湍流状态
2020/9/22
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第12张
基本概念
热导率：
是材料将热量由热的地方向冷的地方传导的速率的度量。
✓塑料的热导率：热的不良导体。 ✓模具材料的热导率：钢材，铍铜合金，热导率高
2020/9/22
主讲：王婷兰
第13张
基本概念
2020/9/22
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第14张
基本概念
冷却水的流动：
只有被加热的冷却水流走，并有新的冷却水流入，模具才会被冷却。
2020/9/22
主讲：王婷兰
第17张
基本概念
冷却水的流动：
✓雷诺数 Reynolds Number
研究发现： 当Re>4000时，由水道
壁向冷却介质的热传递效 果可得到很大改善。
因此称： Re>4000 湍流，Re<4000 层流。
2020/9/22
主讲：王婷兰
第18张
基本概念
冷却水的流动：
2020/9/22
主讲：王婷兰
第24张
湍流计算
圆管中湍流的雷诺数的计算式：
又：
也可由流量V，直接查表3.6-2，得温度10℃时保证雷诺数= 104以上的管道直径d
2020/9/22
主讲：王婷兰
第25张
冷却面积计算
进一步确定能保证冷却效率的冷却管道长度 和孔数：
2020/9/22
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主讲：王婷兰
第21张
热平衡计算
Q ou m tw C w to utitn
2020/9/22
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第22张
百度文库
热平衡计算
由热平衡条件
可得：
冷却水每小时用量 ：
2020/9/22
主讲：王婷兰
第23张
湍流计算
保证冷却水在管道中处于湍流状态，可确定 相应的管径d。
由水的密度ρ=1000kg／m3和每小时用水量mw， 可换算得冷却水的体积流量：
2020/9/22
主讲：王婷兰