熱平衡計(jì)算剖析

1、2.熱平衡計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)熔體固化放出的熱量等于冷卻水所帶走的熱量進(jìn)入模腔的總熱量Q二nxAixGin公式11-1）18式中：Qin進(jìn)入模腔的總熱量（KJ/h）n每小時(shí)注射次數(shù)Ai塑料熔體進(jìn)入模腔時(shí)（皿乂）及冷卻結(jié)束時(shí)（t1min）塑料熱含之差（KJ/kg）查圖4-2-13公式計(jì)算Ai=Cp（timax爲(wèi)）+LE。（公式IDCp平均比熱，查表4-2-4；LE潛熱，查表4-2-4(kJ/kg)。公式11-3）每次注射量（kg）模具散熱量Q=Q+Q+QoutcRL1）對流散發(fā)走的熱量Qc=a1XFXL-10)(公式ll-4)式中：QC對流散發(fā)走的熱量（KJ/h）"1傳熱系數(shù)數(shù)1=m-10公

2、式11-5）模具表面積（m2）12m模具平均溫度（C）查表4-2-6t0室溫(°C)公式11-6）F''F'為模具四側(cè)面積，F(xiàn)''為模具對合面積t9”6+9'）為開模率t=gr公式11-7）e注射時(shí)間，9制件冷卻時(shí)間，9»»注射周期A二4.1868x(0.25+)it+3002m當(dāng)0<t300°C時(shí)，由實(shí)驗(yàn)得:2m2) 制品所需冷卻時(shí)間計(jì)算冷卻時(shí)間定義：從熔體充滿型腔起，到可以開模取出制件止的這段時(shí)間。常以制件巳充分凝固，具有一定強(qiáng)度和剛性為準(zhǔn)，具體的標(biāo)準(zhǔn)為：(a) 制件最厚部斷面中心層溫度冷卻到該種

3、塑料的熱變溫度以下所需的時(shí)間。(b) 制件斷面的平均溫度，冷卻到所要求的某一溫度以下所要的時(shí)間：(c) 某些較厚的制品，斷面中心部分尚未凝固，但有一定的殼層已經(jīng)凝固，此時(shí)取出制品，可不產(chǎn)生讓大的變形，這段時(shí)間也可定為制件的冷卻時(shí)間。(d) 結(jié)晶性塑料制件最厚部位斷面的中心層溫度，冷卻到其熔點(diǎn)以下所需的時(shí)間。2) 制品所需冷卻時(shí)間計(jì)算 可查表4-2-5確定 可理論計(jì)算制件最厚部斷面中心層溫度冷卻到熱變溫度以下所需的時(shí)間。公式11-8)仁ln兀2-kt制品的壁厚，mmTw模具溫度，Cw表4-2-6Tm-塑料熔體溫度表4-2-6Ts-塑件的熱變形溫度，sK塑料熱擴(kuò)散系數(shù)，m2/s表4-2-43) 由

4、輻射散發(fā)的熱量公式11-9)(273+t丫2mI100丿(273+1)40I100丿式中：由輻射散發(fā)的熱量(KJ/h)RF'為模具四側(cè)面積(m2)輻射率，磨光面0.040.05一般加工面0.80.9（取一般加工面）毛坯1.0t室溫t平均模溫表4-2-6o2m4）向注塑機(jī)工作臺面所傳熱量Q二3.6«F'''It-1（公式11-10）L2m0式中：Ql向注塑機(jī)工作臺面所傳熱量（KJ/h）a傳熱系數(shù)，普通鋼a=140（W/m2c）合金鋼a=105（W/m2c）F'''模具與工作臺接觸面積（血2）熱平衡條件Q=Q+Q+Q=Q當(dāng)Q<

5、Q模具需設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)outcRLinoutin當(dāng)Q>Q模具需設(shè)計(jì)加熱系統(tǒng)當(dāng)Q=Q.模具不需設(shè)計(jì)調(diào)溫系統(tǒng)outinoutin2.冷卻回路的尺寸確定當(dāng)Q<Q模具需設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)AQ=Q-Qoutininout由于動定模的冷卻水道是分別設(shè)置的，因此應(yīng)將ql分解為凹模帶走的熱量Q和凸模帶走的熱量Q，由經(jīng)驗(yàn)得:TQ=0.4AQ；Q=0.6AQAT公式11-11）1）冷卻水用量計(jì)算AQ=mcp(t-1)woutinAQmw=CpC-1)woutin公式11-12）AQ冷卻水每小時(shí)從模具所帶走的熱量，KJ/hm冷卻水每小時(shí)用量，KJ/hwc冷卻水比熱容，4.18KJ/（Kg°C）wt模具

6、的出水溫度，Cout匕進(jìn)入模具的冷卻水溫度，c2）冷卻面積、管徑、流速確定d管徑（m）、v流速（m/s）（查表6-4可得）1）（冷卻面積計(jì)算）冷卻水從模具中帶走的熱量為：AQAt=t-1=t-0.5（t-1）At-A（KJ/h）t模具溫度，。cm公式11-13)表4-2-6t冷卻水平均溫度，ccpAt模具與冷卻水的平均溫度差，cmcpmoutin冷卻水的管壁傳熱系數(shù)，KJ/（m2hC）A管道的有效冷卻面積，m長徑比L/d50的細(xì)長冷卻水管，載熱模具管壁對冷卻水的傳熱系數(shù)a=3.6A0d0.2式中，p冷卻水密度v流速，(m/s)(查表6-4)d管徑，（m）（查表6-4）A0冷卻水物理性質(zhì)參量的函

7、數(shù)（表4-1-1）Z0o6C0.4A=0。023-w0卩0.4水的熱導(dǎo)率九，比熱容C及粘度卩W均是水溫的函數(shù)。3）冷卻回路長度計(jì)算A=n兀dL簡單粗略計(jì)算L-(AQ(3.6兀A.(pdh0一t4m5m理論計(jì)算t冷卻水平均溫度4mQ應(yīng)排除的熱量t5m冷卻水管壁平均溫度5m4）冷卻回路壓降計(jì)算Ap=32epp.公式11-14)式中：Le冷卻回路因孔徑變化或改變方向引起局部阻力的當(dāng)量長度（m）on水在t時(shí)的運(yùn)動粘度（m2/s）5mp水在t時(shí)的密度（kg/m3）5m水的流速（m/s）5）紊流計(jì)算（管徑d,最低流速u,）計(jì)算在紊流狀態(tài)，冷卻水的體積流量V和相應(yīng)的管徑。由于水的密度p=1000kg/m3每

8、小時(shí)用量mm冷卻水的體積流量q=wv60p(m=AQ公式11-15)(m3/min)wCpVt一t丿woutin由紊流體積流量q_，查表4-2-2得處于紊流狀態(tài)的管徑d（mm）R=p-°-d>104e卩卩粘度圓管中紊流狀態(tài)雷數(shù)的計(jì)算式：U:管中的最低流速（m/s）確定實(shí)際冷卻水流速U=6：qvd60兀d2二0.0202qvm/s)6）冷卻面積計(jì)算冷卻水從模具中帶走的熱量為：Q=dAt-A（KJ/h）outAt=t-1mcp=t-0.5(t+1)moutint:模具溫度，。cmt:冷卻水平均溫度，CcpAt:模具與冷卻水的平均溫度差，c:冷卻水的管壁傳熱系數(shù)，KJ/（m2hC）A

9、:管道的有效冷卻面積，m2長徑比L/d>50的細(xì)長冷卻水管，載熱模具管壁對冷卻水的傳熱系數(shù)vd0.2式中,p-冷卻水密度v:流速,(m/s)d:管徑,(m)“：與冷卻水溫度有關(guān)的物理系數(shù)，可查表求。冷卻回路計(jì)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。工藝設(shè)計(jì)參數(shù)：注射量，kg/次0.186每小時(shí)成型次數(shù)180每小時(shí)注射量33.48比熱，KJ/kg°C2.302潛熱，KJ/kg243成型時(shí)間，秒/模20熱平衡設(shè)計(jì)：1）冷卻水用量計(jì)算2）冷卻面積計(jì)算3）冷卻水體積流量計(jì)算及冷卻水管徑確定4）紊流計(jì)算5）冷卻回路長度計(jì)算6）冷卻回路壓降計(jì)算加熱或冷卻方案

10、初定查表4-2-6高密度聚乙烯模溫5070C一般要求設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng);模溫取值偏低值，為38C查表4-2-6高密度聚乙烯塑料熔料溫度150C260C取稍高值，為230C取水溫低于模溫14C,為24Co根據(jù)塑件的質(zhì)量要求，擬控制各條冷卻回路的出入口溫度為3C。查表11-5高密度聚乙烯熱變形溫度6082C模具外形400X400X400（mm）現(xiàn)擬出具體使用參數(shù)如下：熔料溫度，C230模溫，C38塑件脫模溫度，C80注射量，kg/次0.186每小時(shí)注射量，,33.48比熱，KJ/kgC2.302潛熱，KJ/kg243成型時(shí)間，秒/模20每小時(shí)成型次數(shù)180水溫C24平均水溫C26計(jì)算步驟如下：1.熱平衡

11、計(jì)算進(jìn)入模腔的總熱量（公式iii）Q=nxAixG=180x600x0.186=20088（KJ/h）inQin進(jìn)入模腔的總熱量（KJ/h）n每小時(shí)注射次數(shù)180Ai塑料熔體進(jìn)入模腔時(shí)（t）及冷卻結(jié)束時(shí)（1max1min）塑料熱含之差（KJ/kg）查圖4-2-13公式11-2）Ai=C(tt)+Lp1max1minE查圖確定t1max=800(KJ/kg)t1min=200(KJ/kg)Ai=800200=600KJ/kg)模具散熱量Qout=Qc+Qr+Ql(公式11-3)1)對流散發(fā)走的熱量(公式11-4)Q=qxFx(tt)=6.58x0.88x18=104(KJ/h)c12m0式中：Q

12、c對流散發(fā)走的熱量（KJ/h）彳專熱系數(shù)a=A：tt=1.55xA.3820=6.5811V2m0公式11-5）A1=1.55360A=4.1868x(0.25+)1t+3002m模具表面積（m2）t模具平均溫度（38°C）查表4-2-62m10室溫20(C)F=F'+F%=0.4X0.4X4+0.4X2X0.3=0.88公式11-6）F'為模具四側(cè)面積，F(xiàn)''為模具對合面積;06+0)201420=0.3公式11-7）0注射時(shí)間2秒，查表4-2-5,制件冷卻時(shí)間12秒，9”注射周期20秒當(dāng)0<t<300C時(shí),2m2)由輻射散發(fā)的熱量A二4

13、.1868x(0.251360+)t+3002mQF'-sR(273+t)I100丿=0.8F(273+38、100丿(273+20、100丿=15.9x0.64=10.2KJ/h)公式11-9)式中：QD由輻射散發(fā)的熱量(KJ/h)RF'為模具四側(cè)面積0.4X0.4X4=0.64(m2)輻射率，磨光面0.040.05一般加工面0.80.9(取一般加工面)毛坯1.0t室溫20t平均模溫38表4-2-6o2m3) 向注塑機(jī)工作臺面所傳熱量Q3.6«-F'i-1L3.6x140xF'I38-209072x0.322903L2m0KJ/h)公式11-10)式

14、中：QL向注塑機(jī)工作臺面所傳熱量(KJ/h)傳熱系數(shù)，普通鋼a=140(W/m2jc)合金鋼a=105(W/m2jc)F'''m模具與工作臺接觸面積0.4X0.4X2=0.32(QQ+Q+QoutcRL=10410.2'2903=3107KJ/h)熱平衡條件Q=Q+Q+Q=Qoutcin當(dāng)Q-Q.inoutin模具需設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)當(dāng)Q、Qoutin模具需設(shè)計(jì)加熱系統(tǒng)當(dāng)QtQ.模具不需設(shè)計(jì)調(diào)溫系統(tǒng)outin2.冷卻回路的尺寸確定AQ=Qin一Q=20088-3017=17071KJ/hout由于動定模的冷卻水道是分別設(shè)置的，因此應(yīng)將Ql分解為凹模帶走的熱量匕和凸模帶

15、走的熱量Q，由經(jīng)驗(yàn)得:TQ=0.4AQ=6828KJ/hAQ=0.6AQ=10242KJ/h(公式11-11)T1）冷卻水用量計(jì)算AQm-c-p-(t-t)wwoutinAQ17071C-p(t-1)4.18x1000x3inout1.361m3/h(公式11-12)冷卻水每小時(shí)從模具所帶走的熱量，KJ/h冷卻水每小時(shí)用量，m3/h冷卻水比熱容，4.18KJ/（Kg°C）tout模具的出水溫度24Ctin進(jìn)入模具的冷卻水溫度27C2）冷卻面積、管徑、流速確定d管徑（m）、v流速（m/s）（查表6-4可得）冷卻面積計(jì)算）冷卻水從模具中帶走的熱量為:AQa-At-A17071(KJ/h)

16、(公式11-13)Attm-tcptm-0.5(tout-n)=36.5C-模具溫度，。C表4-2-6tcp冷卻水平均溫度，CAt模具與冷卻水的平均溫度差，C冷卻水的管壁傳熱系數(shù)，KJ/（m2hC）A=17071/(XAt)=0.044m2管道的有效冷卻面積，m2長徑比L/d>50的細(xì)長冷卻水管，載熱模具管壁對冷卻水的傳熱系數(shù)a3.6A6v'0d0.28(1000x052).8-3.6x7.95x0000,5-106610.010.2式中，p冷卻水密度v=0.52(m/s)流速，(查表6-4)D=10(m)管徑,(查表6-4)A=7.95冷卻水物理性質(zhì)參量的函數(shù)（表4-1-1）水

17、的熱導(dǎo)率，比熱容C及粘度卩均是水溫的函數(shù)。W簡單粗略計(jì)算Z0o6-Co.4A二0。023w0卩0.43）冷卻回路長度計(jì)算A=n兀dLL=An兀0.0442x兀x0.014）冷卻回路壓降計(jì)算公式11-14）Ap=32.q.p.u.、+L力2eLe式中：一一冷卻回路因孔徑變化或改變方向引起局部阻力的當(dāng)量長度（m）。n水在t時(shí)的運(yùn)動粘度（m2/s）5mp水在t時(shí)的密度（kg/m3）5mv水的流速（m/s）寰2-4-1注射機(jī)公稱注W*Qn與注射時(shí)間0公稱注射量Qti(cms)60125250350bOO100020003000公稱注射量Qn(cm3)400U6000800012000160002400

18、03200064000的關(guān)系（s）寒彳一28各種料材料的成型溫度與模溫的關(guān)系材料.名稱-.材斜溫度CC）1模具溫,®（°c）聚苯乙烯（PS）200務(wù)0;40GOAS樹脂(AS)-.200260:4050ABS樹脂(ABS)-"_2002604060丙烯酸樹脂.-*-_._-_180250-|._.-4060聚乙烯（PE）：1302505070聚丙烯（FT）16Q26040&0聚酰胺(PA)200-3005565.-._I_-”.-*_-.聚甲醛(POM)I180220,80120聚碳酸酯(PC);280320:801丄0醋酸纖維素（CA）.16025。19

19、0120-:硬聚氯乙烯(RPVC)-._.180210，_：4060軟聚氯乙烯（FP¥C）.170-J9014560i冇機(jī)玻璃（PM何A）22027030601氯化聚瞇CPE）1902104060聚苯醯(PBO)-k-._.2曲340；110150聚亦（PSF）300340100150礙&一1仏與水沒的羌系平均水溫（X）01旦1520253035A°值5.71|6.166.607.0617.507*950.40j8.84平均水溫（°C）40!45505560657075Ao值9.28!9.6610.051043110#82i11.16-°11,5

20、111.863二籌V800HDPE1FFXPA66PA6/2FTFE-3呂<1(b>圖4-2-13臬些塑料熬*舍量與溫度的關(guān)系表4一23常用址料熔ft凝固時(shí)放出的塑料品種Ai侑Ai值(tJ/kg)塑料品種(kJ/kg)ABS300400LDPE590690AS335:IIDPE690820POM420PC290PVAC290|ipp590丙烯酸類頰料290IPA6500600PMMA2101PS270CA290|；ptfe500CAB270iPVC170360PA6G650750|SAN270360農(nóng)A2A塑料的導(dǎo)溫系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容、密度和潛熱的關(guān)系密度P1潛熱匚(kg/m&

21、#39;)(k*；kg)I熱獷散率k丨導(dǎo)熱系數(shù)X!比熱容C料i5/)W/mJC)PSi8e9xlOa0.126i1*3391050ABS.,2.7x1曠八0.293'1,0471050RPVC6*2xlQe0.19b.1*8421400LDPEim0.335i2,093920130HOPE2,0XIO-7,0.481；2.553940243PP6,7xlO80.1171.926900180PA661.1X10-70.233-1.8841140130PC9.4X10-80.193i1,7161200POM9.2X1Q7:0,230|1.7581420163PMMAl#2xl0-70*20

22、9-.1.4651200聚三氟氯乙烯9t5xl010,209:1.047i2100PTFE1.1xIO'7*»-i*r0*244'；一-1E047'2100_一表4一25塑件障嵐與所禰冷卻時(shí)間的關(guān)系-nipe"1:.rc''>v-制件厚度：冷PAj卻時(shí)HDPE1間LDPE1ozPF'PVC(mm)1ABSPSG.5,1.8|1.810.8i1.82.5!'.3.02,33.01朋2.1一-1.0'2.93,84.513,54.52.9._*>nJ1,34.15_36.21.仁9£.24.14.61.5,5.7