模具冷却优化.doc

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1、模具冷却优化内容摘要:由谁负责模具冷却过程的优化。对于成型周期（80%是冷却时间）中如此重要的一步，在传统加工过程中却没有人直接负责。制模工程师认为好的冷却设计是工具车间的报价表中本来就有的。工具车间通常不优先考虑模具冷却，其设计者也不一定对热传输问题非常在行。由谁负责模具冷却过程的优化？为什么不在设计和生产时给它倾注更多的精力？对于成型周期（80%是冷却时间）中如此重要的一步，在传统加工过程中却没有人直接负责。12/12制模工程师认为好的冷却设计是工具车间的报价表中本来就有的。工具车间通常不优先考虑模具冷却，其设计者也不一定对热传输问题非常在行。他们的长处是切割钢铁并以尽可能经济

2、的方法生产模具。每一方都认为另一方负责而实际上哪一方都没有负责，这个工业链中的断层导致的是一种潜在的成本。部件冷却不足会增加循环时间、废料和尺寸问题。而且，对于尺寸相似的部件，每一个制造过程的冷却负载可以有很大的不同。比如，一个吹制部件只能在外表面冷却。该部件的内表面是一个空心腔体。因此，内表面无冷却的可能性极小。对于吹制模来说，部件的冷却全部在该部件外壁方向。把一个喷射成型部件和一个厚度完全相同的吹制部件相比，冷却发生在该部件的两侧。喷射成型部件会冷却的非常快，从而循环时间也更短。因此，对于每一工艺类型冷却部件所使用的技术必须很好地策划以保证竞争优势。吹制模具制造还有一段使用“浸

3、入加工”的历史。这种方法涉及使用有供水流通过的大开孔铸造模具。然而，这些系统把冷却水集中在部件的关键部位比如壁厚较大的部分或者尾部毛边。这种技术不能提供用于最大热量传送的水的湍流。切钢工具中一种钻制的水路系统允许最佳的流量通过水路并且允许选择在最需要冷却的位置布置水路。建议在要求高性能冷却和明确温度控制的所有系统中使用钻制水路系统。12/12模具冷却的重点可以概括为下列5个类别：1、模制塑料的热性能和模具的建造材料。2、从熔体准备到冷却循环时间的能量平衡。3、冷却剂流速对传热效率的影响。4、模具温度调节器的选择。5、最佳模具冷却的设计惯例。第一位的是理解与传热有关的部件——从热塑料

4、部件到工具钢——的热性能，最后才是对冷却介质的理解。不同塑料制品的热含量以及不同类型模具材料（钢材、合金，等等）的传热率有很大的差别，这一点没有得到普遍认识。塑料的热含量在估计模具温度调节器大小以及设计塑料模具冷却系统时，塑料的热含量通常是一个不被考虑的参数。每一种塑料都要求有一个特定的能量（每磅）以塑化固体树脂颗粒。这样的例子包括：12/12同样，为了形成一个稳定的部件，这个等量的热能必须被除掉。根本上讲，输出的能量必须与输入的能量相等。注意所有晶体材料的塑化要求的热能几乎是非晶体树脂的一倍。这在熔体准备时通常没有问题，尽管给料螺杆结构会影响熔体的准备。但是，对于烯烃材料而言两倍

5、的热量必须被除掉，而且就具有竞争性的非晶体树脂而言通常还是在同一个循环时间内，它确实含有这一层意思。因此，这种工具对烯烃树脂就要求较多的模具冷却以使循环时间保持竞争性。这些树脂的结晶度使这一点成为一个非常重要的问题，因为除热速度太慢会影响晶体增加并影响制成品的翘曲和尺寸的稳定性。由于很多工业企业把ABS或者PC方面的工程师转到像PP类的树脂方面，这明显表示模具冷却变得比以往任何时候都重要了。典型模具钢种的传导率从上表中可以看出，典型模具材料的热传导率（K）有很大的差异。K是热量能够在材料中行进（传输）的速度。这个值越高，热量的传输就更加有效。这个单位仅仅表示每单位时间可测量的热的数

6、量，其他的特性保持不变。12/12铜是一种非常优秀的传热材料（是P20的10倍），铝也是。然而，两种材料都比较软，都不用于大批量的生产工具。钛是一种热传导率非常低的硬金属。这种较差的热传导特征使得它能有效地用作热转动系统中的绝缘板。如果在某关键区域要求的热传输量很大，铍铜合金是最好的，它结合了优秀传热性能和硬度两个特征。水与热量传输毫无疑问，模具冷却最重要的并且完全在我们控制之中的一点是冷却剂的流速。回忆一下热传导率图表，水（静止的）传热效率不及P20钢的1/50。因此，水在热传输问题上是一个限制因素。然而，流动着的水因为湍流有相当好的传热性能。湍流使得冷却剂能够混合并能把热量从冷

7、却通道驱散。湍流可以从雷诺数计算而得。这是一个以通道直径、冷却剂速度和冷却介质粘度为基础的没有单位的值。大于5,000表示湍流和优秀的传热性能。湍流越多，传热效率越好。该公式的研究表明，对于一个给定的现有工具，管子直径不能改变，冷却剂保持不变，因此，只有改变冷却剂流速来积极地影响雷诺数。速度是GMP。增加GMP既能极大地改善从钢到冷却剂的热传输效率，也能改善模具温度调节器两端的温度差（△T）。使GPM最大化是最佳冷却的极好方法。最终结果是湍流改善了热传输的所有方面。因