第十三章 冷却系统的设计

塑料品种
热扩散系数/ （/h）
热导率/ 比热熔/ ［ｋJ/（kg· ℃）］ ［kJ（kg· ℃）］
潜热/ （kJ/kg）
聚苯乙烯 ABS 硬聚氯乙烯 低密度聚乙烯 高密度聚乙烯 聚丙烯 尼龙 聚碳酸酯 聚甲醛 有机玻璃
3．2×1 9．6×1 2．2×1 6．2×1 7．2×1 2．4×1 3．9×1 3．3×1 3．3×1 4．3×1
2.考试时间：
15周周3晚上 3.上机时间：
11)合理地确定冷却管道的中心距以及冷却管道与型腔壁的距离。
12)尽可能使所有冷却管道孔到各处型腔表面的距离相等。
13)应加强浇口处的冷却。 14)应避免将冷却管道开设在制品熔合纹的部位。 15)注意水管的密封问题，以免漏水。 16)进、出口水管接头的位置应尽可能设在模具的同一侧，为了不影 响操作，通常应将进、出口水管接头设在注射机背面的模具一侧。
平 均 水 温/ ℃
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
ｆ
4 ． 91
5 ． 30
5 ． 68
6 ． 07
6 ． 45
6 ． 48
7 ． 22
7 ． 60
7 ． 98
8 ． 31
8 ． 64
8 ． 97
9 ． 30
9 ． 60
9 ． 90
1 0 ． 20
第三节 冷却系统的设计原则 1)在设计时冷却系统应先于推出机构。 2)注意凹模和型芯的热平衡。 3)对于简单的模具，可先设定冷却水出入口的温差，然后计算冷却 水的流量、冷却管道直径、保证湍流的流速以及维持这一流速所需 的压力降便已足够。 4)生产批量大的普通模具和精密模具在冷却方式上应有差异。 5)模具中冷却水温度升高会使热传递减小，精密模具中出入口水温 相差应在2℃以内，普通模具也不要超过5℃。
图9-12 浅型芯冷却回路
图9-13 中等高度型芯冷却回路
图9-14 斜交叉管道冷却回路
图9-15 直孔隔板式冷却回路
图9-16 喷流式冷却回路
图9-17 衬套式冷却回路
图9-18 细小型芯的间接冷却
图9-19 细小型芯的气体冷却
1.作业：
P30：5，P103:1； P118:1、5、6； P166:1； P181:2、3； P192:1、3
表9-4
塑 料 品 种 ABS 聚甲醛 丙烯酸 醋酸纤维素 聚酰胺
/（kJ/kg） 3．1×1～4．0 ×1 4．2×1 2．9×1 3．9×1 6．5×1～7．5 ×1
塑 料 品 种 低密度聚乙烯
/（kJ/kg） 5．9×1～6．9 ×1 高密度聚乙烯 聚丙烯 聚碳酸酯 聚氯乙烯
表9-5 不同水温下的ｆ值
第九章 注射模温度调节系统 第一节 温度调节的必要性 第二节 冷却管道的工艺计算 第三节 冷却系统的设计原则 第四节 冷却回路的形式
第一节 温度调节的必要性 一、温度调节对制品质量的影响 二、温度调节对生产效率的影响
一、温度调节对制品质量的影响
(1)变形 模具温度稳定、冷却速度均衡可以减小制品的变形。 (2)精度 利用温度调节系统保持模具温度的恒定，能减少制品成形收缩率的 波动，提高制品尺寸精度的稳定性。
(3)力学性能 对于结晶形塑料，结晶度越高，制品的应力开裂倾向越大，故
从减小应力开裂的角度出发，降低模温是有利的。 (4)表面质量 提高模具温度Hale Waihona Puke Baidu改善制品的表面质量，过低的模温会使制品轮
廓不清晰并产生明显的熔合纹，导致制品表面粗糙度提高。
二、温度调节对生产效率的影响
(1)提高传热膜系数h (2)提高模具与冷却介质之间的温度差Δθ 当模温一定时，适当降低冷却介质 的温度，有利于缩短模具的冷却时间t。
6)由于凹模与型芯的冷却情况不同，一般应采用两条冷却回路分别
冷却凹模与型芯。
7)当模具仅设一个入水接口和一个出水接口时，应将冷却管道进行 串联连接；若采用并联连接，由于各回路的流动阻力不同，很难形 成相同的冷却条件。 8)采用多而细的冷却管道，比采用独根大冷却管道好，因为多而细 的冷却管道扩大了模温调节的范围。 9)在收缩率大的塑料制品模具中，应沿其收缩方向设置冷却回路。 10)普通模具的冷却水应采用常温下的水，通过调节水的流量来调节 模具温度。
0．452 1．055 0．574 1．206 1．733 0．423 0．837 0．695 0．829 0．754
1．340 1．047 1．824 2．094 2．554 1．926 1．884 1．717 1．759 1．465
— — — 1．30×1 2．43×1 1．80×1 1．30×1 — 1．63×1 —
图9-10 沿制品形状多层冷却回路
图9-11 圆形镶块上的冷却沟槽
二、型芯冷却回路
(1)台阶式管道冷却法 如图9-10所示，在型芯内靠近表面的部位开设出冷却 管道，形成台阶式冷却回路。 (2)斜交叉管道冷却法 如图9-14所示，采用斜向交叉的冷却管道在型芯内形
成冷却回路。
(3)直孔隔板式管道冷却法 如图9-15所示，采用多个与型芯底面相垂直的管 道与底部的横向管道形成冷却回路，同时为了使冷却水沿着冷却回路流动，
1．66 1．32 1．10 0．87
5．0×1 6．2×1 7．4×1 9．2×1
0．66 25 30
12．4×1 0．53 0．44
第二节 冷却管道的工艺计算 一、冷却时间的计算 二、冷却管道传热面积及管道数目的简易计算
一、冷却时间的计算
1)制品最大壁厚中心部分的温度已冷却到该种塑料的热变形温度以下。 2)制品截面内的平均温度已达到所规定的制品的出模温度。 3)对于结晶形塑料，最大壁厚的中心层温度达到固熔点，或者结晶度达到某
一百分比。
1)制品最大壁厚中心部分温度达到热变形温度时所需的冷却时间t１(s)为 2)制品截面内平均温度达到规定的制品出模温度时所需的冷却时间ｔ２(ｓ)为
3)结晶形塑料制品的最大壁厚中心层温度达到固熔点时所需的冷却时间为：
① 聚乙烯(PE) ② 聚丙烯(PP) ③ 聚甲醛(POM)
表9-2
无定形塑 料
POM
二、冷却管道传热面积及管道数目的简易计算
解： 1)求塑料制品在固化时每小时释放的热量Q 2)求冷却水的体积流量
3)求冷却管道直径d
4)冷却水在管道内的流速v 5)求冷却管道孔壁与冷却介质之间的传热膜系数ｈ
6)求冷却管道总传热面积Ａ
7)求模具上应开设的冷却管道的孔数ｎ
表9-3 常用塑料的热扩散系数、热导率、比热容及熔化潜热
图9-2 冷却回路的布置
图9-3 沿收缩方向设置冷却回路
图9-4 型腔表面的温度变化
图9-5 型腔壁厚均匀时冷却管道的布置
图9-6 型腔壁厚不均匀时冷却管道的布置
图9-7 冷却回路入口的选择
第四节 冷却回路的形式 一、凹模冷却回路 二、型芯冷却回路
图9-8 直流冷却回路
图9-9 冷却回路的结构
在每一个直管道中均设置了隔板。
(4)喷流式冷却法 如图9-16所示，在型芯中间装有一个喷水管，冷却水从喷 水管中喷出，分流后向四周流动以冷却型芯壁。 (5)衬套式冷却法 衬套式冷却法如图9-17所示，冷却水从型芯衬套的中间水 道喷出，首先冷却温度较高的型芯顶部，然后沿侧壁的环形沟槽流动，冷却 型芯的四周，最后沿型芯的底部流出。
(3)增大冷却介质的传热面积A 增大冷却介质的传热面积A，就需在模具上开
设尺寸尽可能大和数量尽可能多的冷却管道。
表9-1 冷却水的稳定湍流速度与流量
冷却通道 直径 d/mm 8 10 12 15
最低流速 v/（m/s）
流 量 /（/min）
冷却通道 直径 d/mm 20
最低流速 v/（m/s）
流 量 /（/min）
塑料代号 PC CA CAB CP PS SAN ABS PMMA PVC
/（m/s） 0．１０５ 0．085 0．085 0．085 0．080 0．080 0．080 0．075 0．070
结晶形塑 料
塑料代号
/（m/s） PBTP PA66 PA6 PP LDPE HDPE
模温/℃ 0．090 0．085 0．070 0．065 0．090 0．075 0．095 0．055 0．065 0．050