模具温度控制器
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在注塑工业中,模具的温度对注塑件的质量和注塑时间有着决定性的作用。模温机的作用就是用来加热模具并保持它的工作温度,保证注塑件品质稳定和优化加工时间,今天我们先学学如何“纸上谈兵”,然后看看实际又是怎么做的。

1、模具温度对产品的重要意义

关于这方面的内容,公众号以前发表的文章已经对此解释的很详细了,有兴趣的小伙伴可以翻看《论模具温度对产品的影响》,这里就不再赘述了。

2、注塑模具的热平衡

2.1、热平衡公式
谈论这方面的时候几乎都回避不了的一个公式:P=Pm-Ps,
P      由模温机带走的热量
Pm   由塑料引入的热量
Ps    模具散发到大气的热量
模具内部,由塑料带来的热量通过热辐射传递给材料和模具的钢材,通过对流传递给导热流体。另外,热量通过热辐射被传递到大气和模架。被导热流体吸收的热量由模温机来带走。

2.2、隔热板的使用
众所周知,金属的导热性是十分优秀的,模具如果与注塑机直接接触的话,很多热量就会白白浪费掉了,于是注塑模具几乎都安装了隔热板,来减少上述公式中Ps的数值,但是隔热板的选材和用方式也是很有讲究的。

相比较传统的石棉板,现在的隔热板材质大部分是由玻璃纤维和耐高温的树脂合成的复合材料,有很好的抗形变和抗压性能。但是实际使用时,总能发现模具的隔热板不就是裂了,就是哪里少一块。有一次去模具厂家试模的时候,发现模具轻微下沉,最后他们换了一块某士领的绿色隔热板就好了。

隔热板放在模具背板外面(如上图所示),比放在背板和支撑块之间一般情况下要好,因为这样隔热板的受力面积较大,更换的便捷性,稳定性和可靠性都很强。

3、模温机的工作原理

循环油泵使热流体从装有内置加热器和冷却器的水箱中到达模具,再从模具回到水箱。温度传感器测量热流体的温度并把数据传送到控制部分的控制器。控制器调节热流体的温度,从而间接调节模具的温度。如果在生产中,模具的温度超过控制器的设定值,控制器就会打开电磁阀接通进水管,直到热流液的温度,即模具的温度回到设定值。如果模具温度低于设定值,控制器就会打开加热器。

4、 模具散热方面的一些公式

4.1冷却水的体积流量的计算
式中:  V—冷却水的体积流量(m3/min);
            G—单位时间内注入模具内的塑料熔体的质量(㎏/h);
            Δi—塑料成形时在模具内释放的热量(J/㎏);
            C—冷却水的比热容[J/(㎏×K)];
            ρ —冷却水的密度(㎏/m3);
            t1—冷却水的出口温度(℃);
            t2—冷却水的入口温度(℃)。

4.2、冷却水道直径d的确定

根据计算出的冷却水体积流量,为了使冷却水处于湍流状态最低速度v(m/s),选择合适的冷却水道直径d

4.3冷却水道的导热总面积A的计算
A=GΔi/3600(Tw-Tv)
式中:G—单位时间内注入模具内的塑料熔体的质量(㎏/h);
Δi—塑料成形时在模具内释放的热量(J/㎏);
          Tw—模具成型表面温度(℃);
          Tv—冷却水平均温度(℃);

4.4、模具所需冷却水管的总长度L的计算
L=A/πd
式中:A—冷却水道的导热总面积;
          d—冷却水道直径(m)

4.5、冷却水流动状态的校验
冷却水介质处于层流还是湍流,其冷却效果相差10~20倍。因此在模具冷却系统设计完成后,尚须对冷却介质的流动状态进行校核。我们规定使用的雷诺值为:

上面是典型的经验值,如果你去查书本的话,书上面会告诉你:雷诺数小于2300的流动是层流,雷诺数等于2300~4000为过渡状态,雷诺数大于4000时的是湍流。实际上,我们为了使水在流动过程中达到理想的湍流状态,理论计算都要超过6000。

5、模具温度实操

5.1模具温度控制之外部设备

如果上面的理论知识你们都懂的话,恭喜你,你已经到达了“纸上谈兵”的最高境界,那么模具温度实际应用是什么样子的呢?就像我在《摒弃注塑“洋”思想》里面提到过的,有的厂家只给一台1420T的双色注塑机配备两台模温机,即定模一台,动模一台,人家照样生产产品,至于过程能力怎么样?这个真的说不好了。

我们经常用“傻大黑粗”来形容一个设备,几乎都是贬义词!但是用在模具温度管控这方面,无疑是最实用的。没人会在乎热流体在管道里面

是层流还是湍流,反正就是水管越粗越好,模温机越多越好!

我总感觉上面这些做法有些极端,一台模温机的价格一般在5位数以上,放置这么多的确有些浪费,况且有没有效果真的很难说。模具温度需要单独控制的部位也不算太多,比如动定模型腔,热流道附近,大滑块,特殊结构部位(回复反射器结构,铍铜镶针等),对于生产尾灯双色灯罩的注塑机来说,有7台模温机足够了。

最后说说冷却水分流器,很多人对它寄以厚望,实际上确实中看不中用的“绣花枕头”,为什么这么说呢?因为它的使用局限性太强了,温度超过50摄氏度后各种问题,漏水是最主要的问题,其次是透明管开裂,更换破损件比较困难。温度超过50摄氏度以后,考虑到热损失及安全

问题,很多工厂用过之后,直接把它们放到库房压箱底了

5.2、模具内部实际水路设计
上面说到的公式,他们肯定是没错的!但是有几个模具设计师在设计模具真正能运用呢?相反,某些经验数值就将这些公式取而代之了,于是,在某些公司内部模具设计标准里出现了这些内容:

1、所有水孔到钢料边缘位置的距离要大于15mm;

2、孔壁与型腔壁的间距为(1.5-3)D,孔壁之间的距离为(2.5-4)D;

3、一般情况下,模具的水路必须仿照产品形状设计,尽量少采用翻水孔并确保翻水的长度越短越好:特别注意过水孔的直径不能小于12mm最小为10mm;

4、模具内单组水路的长度不能超过1200mm。。。

从事注塑行业的小伙伴,你们是否了解这些冷却公式呢?你们的模具温度实际是怎么控制的呢?欢迎在评论区留言,大家共同探讨进步。

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