模具设计--热平衡计算

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第三章 热平衡计算与模温调节系统的结构设计

3.1 热平衡计算

塑料注射模温调节能力，不仅影响到塑件质量，而且也决定着生产效率。实际上模温设计恰当与否，直接关系到生产成本和经济效益。所以说，模具温度对塑件的质量及生产效率有极大的影响，热塑性塑料熔体进入型腔后，释放大量的热而凝固。不同的塑料品种，需要模腔维持在一定的适当温度。模温对塑件质量的影响主要表现在以下六个方面：①改善成型性（塑件轮廓、充模质量，形状、尺寸精度）②成型收缩率③塑件变形（收缩不均导致翘曲）④尺寸稳定性⑤力学性能⑥外观质量

HPVC的成型温度的模具温度分别为190℃-215℃、20℃-60℃用温水对模具进行冷却。

（1）进入模腔的总热量

Qin

n i G

=60*250*0.062=930（KJ/h）

Qin——进入模腔的总热量（KJ/h）

G——一次注射量（kg）

n——每小时注射次数（3600/60）

i——塑料熔体进入模腔时（t

1max

）及冷却结束时（t1min）塑料热含之差（KJ/kg）

由课本知PVC的 i为170—360，取值为250 (2)模具散热量

Qout Qc QR QL (3-1)

①对流散发走的热量：

Qc 1 F t2m t0 （KJ/h） (3-2)

式中： QC——对流散发走的热量（KJ/h）

1——传热系数

F——模具表面积（m2）

t2m——模具平均温度（40℃）

t0——室温25（℃） 传热系数 1当0<t2m<300℃时,

A1

t2m t0

(3-3)

360t2m 300

)

A1 4.1868 (0.25

A1=5.480 ∴ 1=21.22

F F' F'' (3-4)

其中 F'——为模具四侧面积； F''——为模具对合面积；

为开模率

=（ ''- '- ）/ '' =0.65 (3-5)

θ注射时间0.9891秒， '制件冷却时间20秒， ''注射周期60秒 带入数据得F=0.320

带入数据计算得QC=101.856KJ②由辐射散发的热量

44

273 t 273 t0 '2m

F

100100

/h

(3-6)

QR

式中：QR——由辐射散发的热量（KJ F'——为模具四侧面积

/h）

ε—— 辐射率，磨光面0.04～0.05一般加工面为0.8～0.9（取一般加工面毛坯取 1.0

t0——室温

25℃

t2m

——平均模温40℃

带入数据得： QR=15.64KJ/h ③向注塑机工作台面所传热量

QL 3.6 F

'''

t2m

t0 (3-7)

式中：

QL

——向注塑机工作台面所传热量（KJ/h）

α—— 传热系数，普通钢 α=140（W/m2 ℃） 合金钢 α=105（W/m2 ℃） F'''——模具与工作台接触面积 带入数据得：QL=1457.31KJ/h ④热平衡条件

Qout Qc QR QL=101.856＋15.64＋1457.31=1575（KJ/h） Qin=930（KJ/h）

因此，Qout≥Qin,所以无需设置冷却系统。但是为了提高生产效率以及提高制品的质量，所以还是设置了冷却水道。

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3.2 模温调节系统的结构设计

（1） .冷却介质

冷却介质有冷却水和压缩空气，但用冷却水较多，因为水的热容量大，传热系数大、成本低。用水冷却，即在模具型腔周围或内部开设冷却水道

（2）.冷却回路的确定

冷却回路的设计应该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的保持在所需的范围内，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。 1) 冷却回路所需的总表面积

A

Mq3600a( m w)

2

式中 A——冷却回路总表面积，m

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 a

2

——冷却水的表面传热系数，W/( m

·K)

m——模具成型表面温度，℃ w——冷却水的平均温度，℃。 冷却水表面传热系数a计算：

a

( v)d

0.80.2

2

式中， a——冷却水的表面传热系数，W/( m ·K) （kg/m ） ——冷却水在该温度下密度，v——冷却水的流速，m/s d——冷却水孔直径，m

——与冷却水温有关的物理系数，

3

通过查表，取d=0.008m， m=200℃，带入公式中， 得出，A=0.0216 m （3）冷去水回路的布置

设置冷却效果良好的冷却水回路的模具是缩短成型周期、提高生产效率的最有效办法。所以根据塑件的形状、壁厚及塑料的品种，设计与制造出能实现均一、高效的冷却回路。冷却回路设计原则如下： （1）冷却水道应尽量多、截面尺寸应尽量大 （2）冷却水道离模具型腔表面的距离（10-15mm） （3）水道出入口的布置

（4）冷却水道应沿着塑料收缩方向布置

（5）冷却水道的布置应避开塑件易产生熔接痕的地方

2