注射模设计与制造课件第九章

模具温度调节系统设计 一、 模具温度与塑料成型温度的关系
不同的塑料要求有不同模具温度： •粘度低、流动性好，用温水或冷凝处理后的冷水对模具冷却
•粘度高、流动性差，对模具进行加热 •粘流温度或熔点低，用常温水或冷水对模具进行冷却 •粘流温度或熔点高，用温水进行模温控制 •热固性塑料，模温要求150～200℃，必须对模具加热 •流程长，壁厚较小，设置加热装置对模具进行预热 •粘流温度或熔点不高但成型面积很大，对模具预热 •小型薄壁塑件，要求模温不太高，不设置冷却装置靠 自然冷却
冷却回路尺寸的确定
一、冷却回路所需的总表面积
冷却回路所需总表面积可按下式计算：
Mq A 3600 ( m w ) a
（1）
式中：A——冷却回路总表面积，m2； M——单位时间内注入模具中树脂的质量，kg/h； q——单位质量树脂在模具内释放的热量，J/kg
模具温度调节系统设计 二、 冷却回路的尺寸确定与布置
1、冷却回路尺寸的确定 ⑴冷却回路所需的总表面积： A=Mq/3600a(θm- θw) 冷却水的表面传热系数：a=Ф (ρ ν )0.8/d0.2 ⑵冷却回路的总长度 ：L=1000A/πd
无论多大的模具，冷却水孔的直径不能大于14mm
⑶冷却水体积流量的计算 冷却水体积流量：qv=Mq/60cρ (θ1- θ2) 塑料树脂传给模具的热量与自然对流散发到空气中的模具 热量、辐射散发到空气中的模具热量及模具传给注射机热 量的差值，即为冷却水扩散的模具热量。
冷却的目的 成型周期主要取决于冷却定型时间（约占80%）， 通过降低模温来缩短冷却时间，是提高生产 效率的关键。
模具温度调节系统设计 一、 模具温度与塑料成型温度的关系
模温过低 塑料流动性差，塑件轮廓不清晰，表面无光泽； 热固性塑料则固化不足，性能严重下降。 模温过高 易造成溢料粘模，塑件脱模困难，变形大；热固 性塑料则过熟。 模温不均 型芯型腔温差过大，塑件收缩不均、内应力增大、 塑件变形、尺寸不稳定。
模具温度调节系统设计
模具温度是指模具型腔和型芯的表面温度。模具中设置 温度调节系统的目的就是要通过控制模具的温度，使 注射成型塑件有良好的产品质量和较高的生产效率。 加热的目的 ※热固性塑料需要较高的模具温度促使交联反应进行
※某些热塑性塑料也需维持80度以上的模温，如聚甲
醛、聚苯醚等
※大型模具要预热 ※热流道模具的广泛使用
采用冷水调节模温时，可能影响塑件表面质量 采用加热措施后，可能造成某些零件卡死或无法工作
模具温度调节系统设计 二、 冷却回路的尺寸确定与布置
冷却回路的设计应做到回路系统内流动的 介质能充分吸收成型塑件所传导的热量，使模 具成型表面的温度稳定地保持在所需的温度范 围内，并且要做到使冷却介质在回路系统内流 动畅通，无滞留部位。
（2）
q——单位质量树脂在模具内释放的热量， J/kg，查表1
表1 单位质量树脂成型时放出的热量 105 J/kg
树脂名称 q值
ABS AS POM PAVC 3~ 4 3.35 4.2 2.9
树脂名称 q值
CA CAB PA66 LDPE HDPE PC 2.9 2.7 6.5~7.5 5.9~6.9 6.9~8.2 2.9
模具温度调节系统设计 二、 冷却回路的尺寸确定与布置
2、冷却水回路的布置 冷却回路设置的基本原则： ⑴冷却水道应尽量多、截面尺寸应尽量大 ⑵冷却水道离模具型腔表面的距离
⑶水道出入口的布置
⑷冷却水道应沿着塑料收缩方向设置 ⑸冷却水道的布置应避开塑件易产生熔接痕的部位
模具温度调节系统设计 三、常见冷却系统的结构
排气槽不应正对操作工人
排气槽最好开设在靠近嵌 件和塑件最薄处
排气和引气系统设计
一、排气系统的设计
⑷顶针排气 侧视图
0.04mm
可以用铣床、磨床加工
顶针孔＝φ + 0.01mm
排气和引气系统设计
二、引气系统的设计
大型深壳形塑件包紧型芯形成真空，难以脱 模，需要引气装置。
镶拼式侧隙引气 气阀引气
树脂名称 q值
PP PA6 PS PTFE PVC SAN 5.9 56 2.7 5.0 1.7~3.6 2.7~3.6
丙烯酸类 2.9 PMMA 2.1
小提示：注意单位换算，将所查得的数值X
105再代入公式（1）
α——冷却水的表面传热系数，W/(m2. ℃)；按下面公式计算
Φ——与冷却水温度有关的系数，查表2 表2 水的Φ值与温度的关系

冷却水道直径/ mm
8
最低流速/ （m /s）
1.66
பைடு நூலகம்
流量/ （cm3/min)
5
10
12 15 20
1.32
1.10 0.87 0.66
6.2
7.4 9.2 12.4
( v) 0.8 a 0.2 d
（3）
d——冷却水孔直径，m； 一般冷却水孔的直径可根据平均壁厚来确 定：
平均壁厚为2mm时，水孔直径可取8~10mm 平均壁厚为2~4mm时，水孔直径可取10~12mm 平均壁厚为4~6mm时，水孔直径可取10~14mm
α——冷却水的表面传热系数，W/(m2. ℃)
θm——模具平均温度； ℃ θw ——冷却水的平均温度； ℃
M——单位时间内注入模具中树脂的 质量，kg/h；
3600 M nM 1 （nm塑件 m浇） T成型周期
T成型周期——该塑料制品的成型周期，s
n——模具内模腔数目，个 m塑件——单个塑件产品的质量，kg m浇——浇注系统凝料塑料的质量，kg
排气和引气系统设计
一、排气系统的设计
排气系统：为排除型腔内和成型过程中产
生的气体，避免形成气泡、产生熔接不 牢、表面轮廓不清、充填不满以及塑件 炭化和烧焦等缺陷而开设的排除气体的 结构称为排气系统。
排气和引气系统设计
一、排气系统的设计
排气不良所产生的问题
烧焦 填充不足 阴影 色差 流紋 不熔合
排气不良
短射
脱模不良
气泡
缩水
表面凹陷
排气和引气系统设计
一、排气系统的设计
⑴利用模具分型面和配合间隙自然排气 排气间隙以不产生溢料为限，通常为0.03～0.05mm
⑵利用烧结金属块排气：通气孔直径D不宜太大。
排气和引气系统设计
一、排气系统的设计
⑶排气槽排气：适用于较大塑件或成型过程中有 大量气体产生的情况。 排气槽应开在型腔最后填 充部位
实际水道长度要比计算的有效长度要大
三、粗算冷却水道的根数
n水道=L/L1 L——冷却水回路的总长度，m；
L1——型腔的长度，m； 然空冷
若算得n水道小于0.5可采用自
θm——模具平均温度； ℃ θw ——冷却水的平均温度； ℃
表4 部分树脂的模具温度 θm
树脂名称
LDPE HDPE PP PA6 PA66 PA610 POM ℃
模具温度
20~60 20~60 20~60 40~60 40~80 36~60 60~120
树脂名称
PS AS ABS PMMA 硬PVC 软PVC PC
冷却水道的形式是根据塑件的形状而设置的，塑件的形状 是多种多样的，因此，对于不同塑件，冷却水道的位置与 形状也不一样。 •浅型腔扁平塑件 •中等深度的塑件 •深型腔塑件 •细长塑件 在设计冷却水道时必须对结构问题加以认真考虑，但另外 应该引起重视的就是冷却水道的密封问题。模具的冷却水 道穿过两块或两块以上模板或镶件时，其接合面要用密封 圈或橡胶皮加以密封。
平均水温/ ℃ 5 Φ值 6.16 10 6.60 15 7.06 20 7.50 25 7.95 30 8.40 35 8.84 40 9.28 45 9.66 50 10.05
( v) 0.8 a 0.2 d
（3）
ρ——冷却水的密度，kg/m3； ρ =103 kg/m3 v ——冷却水的流速，m/s； 查表3 d---水孔直径，m 表3 冷却水的稳定湍流（雷诺准数Re= vd =10000）速度与流量
模具温度
20~70 40~80 40~80 20~90 20~60 20~60 90~110
θw ——冷却水的平均温度； ℃，与表2取Φ值时的数值一致；
二、冷却回路的有效长度计算
1000 A L d
L——冷却水回路的总长度，m； A——冷却水回路的总表面积，m2； d——冷却水孔直径，mm； （4）
模具温度调节系统设计 三、常见冷却系统的结构
当注射成型工艺要求模具温度在80℃以上时，当对大型 模具进行预热时，或者采用热流道的模具时，模具中必须设 置加热装置。对大型模具的预热除了采用电加热方法外，还 可在冷却水管中通入热水、热油、蒸汽等介质进行预热。对 于模温高于80℃的注射模或热流道注射模，一般采用电加热 的方法。电加热可分为电阻丝加热、电热棒加热和电热圈加 热。 模具温度及调节的重要性：注射成型工艺过程中，模具 温度会直接影响到塑料的充模、塑件的定型、成型周期、塑 件质量。温度控制系统的功能：模具设置的温控系统，应使 型腔和型芯的温度保持在规定的范围之内，并保持均匀的模 温，以便成型工艺得以顺利进行，并有利于塑件尺寸稳定、 变形小、表面质量好、物理和机械性能好。