模具加熱與冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

目的與要求：重點(diǎn)和難點(diǎn)：1.要求掌握加熱與冷卻裝置設(shè)計(jì)計(jì)算2.掌握設(shè)計(jì)原則理論與實(shí)際相結(jié)合第13講模具加熱與冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)2/3/2023一、模具加熱與冷卻的目的※熱固性塑料需要較高的模具溫度促使交聯(lián)反應(yīng)進(jìn)行※某些熱塑性塑料也需維持80度以上的模溫，如聚甲醛、聚苯醚等※大型模具要預(yù)熱※熱流道模具的廣泛使用1.加熱模塑周期主要取決于冷卻定型時(shí)間（約占80%），通過降低模溫來縮短冷卻時(shí)間，是提高生產(chǎn)效率的關(guān)鍵。2.冷卻2/3/2023模具溫度與塑件質(zhì)量的關(guān)系模溫過低塑料流動(dòng)性差，塑件輪廓不清晰，表面無光澤；熱固性塑料則固化不足，性能嚴(yán)重下降。模溫過高易造成溢料粘模，塑件脫模困難，變形大；熱固性塑料則過熟。模溫不均型芯型腔溫差過大，塑件收縮不均、內(nèi)應(yīng)力增大、塑件變形、尺寸不穩(wěn)定。2/3/20231.模具加熱的方法有二、模具加熱裝置的設(shè)計(jì)氣體加熱（蒸汽）工頻感應(yīng)加熱：設(shè)備復(fù)雜電阻加熱：最常用2.電阻加熱元件2/3/20233.電阻加熱的計(jì)算1)理論計(jì)算2/3/2023加熱模具所需的電功率(P)可按模具的重量(m)近似計(jì)算：

P=0.24m(T2-T1)

其中：T2-T1—模具加熱前后的溫度差例題已知：模具總重量：m=50Kg模具成型溫度T2=155℃

室溫T1=20℃

，計(jì)算所需電功率。2)近似計(jì)算P=0.24×50(155-20)=1620W結(jié)論：可以取400W的電熱棒4根2/3/20233)經(jīng)驗(yàn)法

①電熱環(huán)加熱小型模具：Pu=40W／kg；大型模具：Pu=60W／kg；②電熱棒加熱小型模具(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?？梢愿鶕?jù)加熱方式和模具的大小，采用下面經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算單位質(zhì)量模具的電加熱功率Pu

。2/3/2023三、模具冷卻裝置的設(shè)計(jì)冷卻介質(zhì)：水、壓縮空氣、冷凍水、油冷卻通道設(shè)計(jì)原則冷卻裝置的形式冷卻通道的形式冷卻回路的尺寸確定2/3/2023從型腔表面到冷卻水孔的距離⑴冷卻水孔相對(duì)位置尺寸1.冷卻通道設(shè)計(jì)原則—型腔底面2/3/2023冷卻水道數(shù)量傳熱關(guān)系⑵模具結(jié)構(gòu)允許，冷卻孔盡量大、多，使冷卻更均勻。2/3/2023⑶冷卻孔要避開塑件的熔接痕部位2/3/2023⑷水孔排列與型腔形狀吻合(5)澆口附近與壁厚處加強(qiáng)冷卻2/3/2023

凹模與型芯的冷卻

(6)定模與動(dòng)模要分別冷卻，保證冷卻平衡。2/3/2023⑺冷卻通道應(yīng)密封且不應(yīng)通過鑲塊接縫，以免漏水。⑻進(jìn)出水溫差不宜過大（9）節(jié)約用水原則2/3/20232.冷卻回路的尺寸確定1）所需冷卻水體積的計(jì)算表10-2常用塑料在凝固時(shí)所放出的熱焓量（KJ／kg）塑料Δi塑料Δi高壓聚乙烯低壓聚乙烯聚丙烯聚苯乙烯聚氯乙烯有機(jī)玻璃583.33～700.14700.14～816.48583.33～700.14280.14～349.85210.00285.85尼龍聚甲醛醋炭纖維素丁酸-醋炭纖維素ABSAS700.14～816.48420.00289.38259.14326.76～396.48280.14～349.85求出所需冷卻水體積后，可根據(jù)處于湍流狀態(tài)的流速、流量與管道直徑的關(guān)系，確定模具上的冷卻水道孔徑。2/3/2023無論多大的模具，水孔的直徑不能大于14mm，否則冷卻水難以處于最佳流動(dòng)狀態(tài)，以致降低熱交換效率。一般水孔直徑可根據(jù)塑件的平均壁厚來確定。平均壁厚為2mm時(shí)，水道直徑可取10～14mm。2）冷卻水孔直徑的確定

冷卻流道直徑d速度vV冷卻流道直徑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冷卻流道的穩(wěn)定湍流速度、流量、流道直徑

注：在Re=10000和水溫10°C的條件下(Re為雷諾系數(shù))。2/3/20233）冷卻水道導(dǎo)熱總面積的計(jì)算2/3/20234）冷卻水道總長(zhǎng)度的計(jì)算5）冷卻水道數(shù)目的計(jì)算由于受模具尺寸的限制，每根水路的長(zhǎng)度由模具尺寸決定。設(shè)每條水路的長(zhǎng)度為l，則冷卻水道的數(shù)目n＝L/l。2/3/2023例：零件A的質(zhì)量為20g(已考慮澆注系統(tǒng)凝料），成型周期時(shí)間t=50s，材料ABS，在出口處水溫400，入口處冷卻溫度200，C=4183J/kg·k,ρ=998.203kg/m3,解：所需冷卻水體積的計(jì)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

由上述計(jì)算可知，因?yàn)槟＞呙糠昼娝璧睦鋮s水體積流量較小，故可不設(shè)冷卻系統(tǒng)，依靠空冷的方式冷卻模具即可。2/3/20233.冷卻裝置的形式2/3/2023細(xì)型芯的冷卻裝置2/3/2023大型芯的冷卻裝置a)b)2/3/2023

隔板式冷卻裝置2/3/2023

水管噴流式冷卻裝置

2/3/20234.冷卻通道的形式2/3/20232/3/20232/3/20232/3/20232/3/2023練習(xí)：零件B的質(zhì)量為20