塑料模具设计第十一周 第一讲(第四章)

第十四周第一讲目的和要求：了解注射模冷却系统的组成和连通方式，初步掌握冷却系统的计算，了解加热系统的设计，熟悉模架的设计（包括其结构、标准模架及其规格和选择方法、模架的装配要求），了解注射模材料的选用（模具零件的失效形式、选用要求、种类与选用）。

重点难点：模架的设计，注射模材料的选用，冷却系统的计算。

4.11.4 冷却系统的组成及连通方式模具本身可以视为一具热交换器，将塑料熔体所含的热量经由冷却循环系统的冷却水带走。

典型的模具冷却系统如图4-317所示。

冷却系统对应不同的冷却装置有不同的零件，主要有以下几种：（1）水管接头—一般由黄铜制成，对要求不高的模具也可用一般结构钢制成。

进水和出水的接头或水嘴的安装和密封形式如图4-318所示。

图4-318a是采用55度密封管螺纹的形式联接，安装比较方便、可靠，但在螺纹加工上稍微麻烦一些。

图4-318b和c都是采用细牙螺纹的联接形式，分别在螺纹的根部和端部用型环密封的。

图4-318b是将型环嵌入模体，用螺纹压紧，使其稳定可靠。

图4-318c是将型环含在水嘴内部，其稳定密封的作用的。

（2）螺塞—主要用来构造水路，起截流作用。

要求高的模具用黄铜制作螺塞。

（3）密封圈—主要用来使冷却回路不泄漏。

”O”形密封的结构常用”O”形密封圈及装配形式，如图4-319所示。

表4-28 常用密封圈规格及装配技术要求（4）密封胶带--主要用来使螺塞或水管接头与冷却管道连接处不泄漏。

（5）软管—主要作用是连接并构制模外冷却回路。

（6）喷管—主要用在喷流式冷却系统上，最好用铜管。

（7）隔片—用在隔片导流式冷却系统上，最好用黄铜片。

（8）导热杆—用在导热式冷却系统上，主要由铍青铜制成。

另外还有模温控制单元、冷却水供应歧管、冷却水收集歧管、水泵。

4.11.5 冷却系统的计算冷却介质有冷却水和压缩空气，但用冷却水较为普遍，这是因为水的热容量大，传热系数大，成本低。

1. 冷却时间的确定在注射过程中，塑件的冷却时间，通常是指塑料熔体从充满模具型腔起到可以开模取出塑件时止的这一段时间。

这一时间标准以制品已充分固化定型而且具有一定强度和刚度为准，这段冷却时间一般约占整个注射生产周期的80%。

在生产中利用冷却时间与制品厚度关系的经验数据列表4-34，计算时可以参考。

表4-34 常用塑料制品壁厚与冷却时间的关系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，一般可忽略空气对流、辐射以及与注射机接触传走的热量，同时也忽略高温喷嘴与模具的接触传给型腔的热量。

（1）单位时间内注入模具中的塑料熔体的总重量W（kg/h）可由下面两种方法求得方法[I]1）计算每次需要的注射量（kg）=型腔数目*单个塑件质量+浇注系统质量2）确定生产周期（t）= 注射时间（可参考所选用注射机的注射时间来确定）+冷却时间（可查表4-34）+脱模时间（根据塑件取出的难易程度确定，一般8s左右）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=每小时可以注射的次数*每次需要的注射量方法[II]1）计算每次需要的注射量=型腔数目*单个塑件质量+浇注系统质量2）已知需要的生产数量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=（每小时可以注射的次数*每次需要的注射量）/总的生产时间t （2）确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量Qs（kJ/kg）式中涉及的物理量有塑料的比热容、塑料熔体的温度、塑件在脱模前的温度及结晶型塑料结晶时放出的熔化潜热。

可查表4-35常用塑料熔体的单位热流量Qs（3）计算冷却水的体积流量qv 这里假定塑料熔体凝固和冷却过程中放出的热量全部被冷却水带走，则式中涉及的物理量有冷却水的密度、冷却水比热容、水管出口和进口的设定温度。

（4）确定冷却水路的直径d 计算出冷却水的体积流量后，可根据表4-30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，确定模具冷却水路的直径。

（5）冷却水在管内的流速v（m/s）与冷却水的体积流量和冷却水路的直径有关。

（6）求冷却管壁与水交界面的膜传热系数式中涉及的物理量有冷却介质在一定温度下的密度、冷却介质在圆管内的流速、水孔直径、与冷却介质温度有关的物理系数。

（7）计算冷却水通道的传热总面积A式中涉及的物理量有冷却管壁与水交界面的膜传热系数h、模具平均温度与冷却水平均温度之间的差值、每小时的注射量、塑料熔体的单位热流量Qs，即（8）计算模具所需冷却水管的总长度L 与传热总面积A和水孔直径有关。

（9）冷却水路的管道根数x 由于受模具尺寸限制，每根水路的长度由模具的尺寸决定。

射每条水路的长度为l，则冷却水路的管道根数=冷却水管的总长度L/每条水路的长度为l4.11.6 加热系统设计在一般情况下，对热固性塑件成型模具需要设计加热系统，而对于热塑性塑料注射成型时在以下四种情况也需要加热：1）对要求模具温度在80度以上的塑料成型--某些熔融粘度高，流动性差的热塑性塑料，如PC、POM、氯化聚醚、PSF、PPO等，要求有较高的模具温度，需要对模具进行加热。

如果这些塑料在成型时模温过低，则会影响塑料熔体的流动性，从而加大流动的剪切力，使塑件的内应力增大，甚至还会出现冷流痕、银丝、轮廓不清等缺陷。

2）对于大型模具的预热。

大型模具在初始成型时其模温是室温，仅靠熔融塑料的热量使其达到相应的温度是十分困难的，这时就需要在成型前对模具进行预热，才能使成型3）模具有需要加热的局部区域。

在远离浇口的模具型腔，由于模温过低可能会影响塑料熔体的流动，这时可以对该处进行局部加热。

4）热流道模具的局部加热。

热流道模具有的需要对浇注系统部分进行局部加热。

1. 模具加热方式根据加热资源不同，模具加热常常分为介质加热和电加热两大类。

（1）介质加热—利用冷却水道通入热水、热油、热空气及蒸汽的加热介质进行模具加热。

其装置和调节方法与冷却水路基本相同，结构也比较实用。

但是对于持续维持80度以上高温的模具最好不要用热水加热，因为，高温易使未经软化的水产生水垢而影响传热效率，甚至堵塞通道。

（2）电阻加热—用电热棒或电热环作为加热元件进行模具加热。

由于电加热具有清洁、简便、可随时调节温度等优点，在大型模具和热流道模具中逐渐得到广泛的应用。

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—电阻加热的常见形式是电热棒，如图4-320所示。

根据模具体积，靠改变电热元件的功率、安装数目和输入电压来调节加热速度和温度。

电热棒一般装在通用电热板内，通常用于热固性塑料模具的加热。

如图4-321所示为常用电热板结构。

除了采用电热棒外，也可以根据模具结构的不同采用其他形式的加热元件，如电热圈等，如图4-322所示。

（2）电阻加热的基本要求1）正确合理布置加热元件，保证电热元件的加热功率。

如电热元件的功率不足，就不能达到模具要求的温度；如电热元件的功率过大，会使模具加热过快，从而出现局部过热现象。

2）对大型模具的加热板应安装两套控温仪表，用来分别控制和调节加热板中央和边缘部位的温度。

3）加热板的中央和边缘部位要分别采用不同功率的电热元件，一般在模具中央部位电热元件功率稍小，边缘部位的电热元件功率稍大。

4）加强模具的保温措施，减少热量的传导和热辐射的损失，通常在模具与压力机的上、下压板之间以及模具四周设置石棉隔热板，厚度为4-6mm。

（3）电阻加热的计算--电阻加热的计算的任务是根据模具工作的实际需要计算出所需要的电功率，并选用电热元件或设计电阻丝的规格。

要得到所需电功率的数值，须作热平衡计算，即通过单位时间内供应模具的热量与模具所消耗的热量平衡，从而求出所需电功率。

但这种计算方法太复杂，计算选用的参数不一定符合实际，所以计算结果也并不精确。

在实际生产中广泛采用简化的计算方法求得所需的电功率，并有意适当增大计算结果，通过电控装置加以控制与调节。

加热模具所需电功率可按模具质量按经验公式计算电功率= 模具质量*每千克模具维持成型温度所需要的电功率每千克模具维持成型温度所需要的电功率(W/kg)，其值可查表4-36表4-36 电功率q值总的电功率算出来以后，即可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，设采用并连接法，则P每= P/n式中涉及的物理量有每个电热棒的功率、电热棒的根数。

根据P每按表4-37 可查得电热棒的外形尺寸和功率4.12.1 注射模模架的结构模架也称模体，是注射模的骨价和基体，模具的每一部分都寄生在其中，通过它将模具的各个部分有机地联系在一起。

我国市场上销售的标准模架如图4-323所示。

它一般由定模座板（或叫定模底板）、定模固定板（或叫定模板）、动模板（或叫型芯固定板）、动模垫板、垫块（或叫垫脚、模角）、动模座板（或叫动模底板）、推板（或叫推出底板）、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，如点浇口模架、带脱模板的模架等。

4.12.2 标准模架的结构与形式我国的注射模架标准有两个，即《注射模中小型模架及技术条件》（GB/T 12556—1990）和《大型塑料注射模架》（GB/T 12555—1990）。

中小型模架有四种基本类型。

1. 中小型模架（1）中小型模架的四种基本类型--如图4-324所示的A1型-A4型，是中小型模架的四种基本类型，适用于W*L<=500mm*900mm的场合。

1）A1型模架定模采用两块模板，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成型模具。

2）A2型模架定模、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。

3）A3型模架定模采用两块模板，动模采用一块模板，设置脱模板推出机构，适用于薄壁壳体类的成型以及脱模力大、塑件表面不允许留有推出痕迹的注射成型模。

4）A4型模架定模均采用两块模板，设置脱模板推出机构，适用范围与A3型基本相同。

（2）中小型模架的九种模架--如图4-325所示，派生型分为P1型-P9型9个品种。

1）P1型-P4型模架由基本型模架A1型-A4型对应派生而成。

结构形式的差别在于去掉了A1型-A4型定模座板上的固定螺钉，使定模一侧增加了一个分型面，成为双分型面成型模具，多用于点浇口。

其他特点和用途同A1型-A4型模架。

2）P5型模架的动、定模均由一块模板组合而成，主要适用于直接浇口、简单整体凹模结构的注射成型模具。

3）在P6型-P9型模架中，P6型与P7型、P8型与P9型是相互对应的结构，P7型和P9型相对于P6型和P8型只是去掉了定模座板上的固定螺钉。

P6型-P9型模架均适用于复杂结构的注射成型模，如定距分型自动脱落浇注系统凝料的注射模等。