青鸟化工学院学报 Vol. 15 No 4 Jour nal of Qingdao Institute of Chemical Technology 对大型注塑模具加热系统的初步分析 尹清珍栾瑞英 (机被系) 摘要:讨论了注塑模加热的作用,热流道的保温和隔热原理,以及加热 功率的汁舁 关键词:模具加热;作用;原理;计舁 1注塑模加热的意义和作用 在注射成型过程中,模具的温度直接影响到塑件的质量和生产效率。由于各种塑料的性 能和成型工艺要求不同,对模具的温度也有不同要求。一般注射到模内塑料温度为(160~ 300c)而从模具中取出制品的温度在(30~80C),这时需要冷却以维持模具至某一适当温 度,将其多余燕送出褀外,但对以下三种情况例外,在生产过程中需输入适当的热量,以使 塑料制品生产过程中能正常进行。 1)对大型注塑模来说,为使塑件尺寸性能均匀一致以及提高制件的合格率,在开车前 必需将模具预热到某一适宜温度。例如为把5吨重的大型模具以室温(20℃)提高到成型所 适宜的温度(60C),设由碳钢制成的模具的比热为0.46Kg/Kg·C,那么所需热量是 Qn=0.46×5000(60—20)=92000(kJ) 式中Q为热量。 若这些热量不是由予热模具所得,而是由注射到模腔内的ABS塑料熔体传给,ABS熔体凝 固放出热量为Q=300~400kJ/kg),设该模具每小时生产量为60kg,则ABS熔体每小时传 送给模具的热量为 Qp=60×350=21000(kJ) 显然该模具预热所需的热量相当于连续注塑成型 Q/Q=92000/21000=4.38h 由此可知,大型注塑模在间断操作,更换模具情况下,必须对模具进行加热 (2)对于一些流动性差的塑料如聚碳酸酯,聚苯醚、聚甲醛等高粘性塑料和结晶性塑 料,要求有较高的模温。若模具温度过低则会影响塑料的流动,增大流动剪切力,使塑料内 应力较大,甚至会出现冷流痕,银丝,注不满等缺陷。实践证明,若只靠熔体凝固时所释放出 收稿日期:199311-27 o1994-2009chinaAcademicJOurnalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp:/www.cnki.net
青 岛 化 工 学 院 学 报 】 , 对大型注塑模具加热系统的初步分析 尹清珍 亲瑞英 机械系 摘 要 功 率 的 计算 。 关键词 讨论 注 塑模 加 热 的 作 用 , 热流道 的 保 盈 和 隔 热原理 , 以 及 加 热 模其加 热 作 用 原 理 计葬 注塑模加热的意义和作用 在注 射成型过程 中 , 模具的温度直接影响到 塑件的质量和 生产效率 。 由于 各种塑料 的性 能和 成 型工艺要求不 同 , 对模具的温度也有不 同要求 。 一般注射到 模 内塑料温度 为 ℃ 而从模具中取 出制 品的温度 在 ℃ , 这 时需要冷却 以维持模具至 某一适 当温 度 , 将其多 余热量送 出模外 , 但对 以下三种情况例 外 , 在生产过程 中需输入适当的热量 , 以使 塑料制品生 产过程 中能正常进行 。 对大型 注塑模来说 , 为使塑件尺寸性能均匀 一致 以及提高制件的合格率 , 在开车前 必需将模具预热到某一适宜温度 例如 为把 吨重 的大型模具 以室温 ℃ 提高到 成型所 适宜的温度 ℃ , 设 由碳钢制成的模具 的 比热为 · , 那 么所需热量是 ’〕 , 一 式 中 仇 为热 量 。 若这些 热量不是 由予热模具所得 , 而是 由注 射到 模腔 内的 塑 料熔 体传给 , 卫 熔 体凝 固放 出热量为 ‘ , 设该模具每小时生 产量为 , 则 熔体每小 时传 送给模具 的热量为 显然该模具预热所需 的热量相当于连续注塑成型 , 一 由此可知 , 大型注塑模在间断操作 , 更换模具情况下 , 必须对模具进行加热 。 对于 一些流动性差 的塑料如聚 碳酸醋 , 聚 苯醚 、 聚 甲醛等高粘性塑 料和 结 晶性 塑 料 , 要求有较高的模温闭 。 若模具温度过低则会影响塑料 的流动 , 增大流动剪切力 , 使塑 料 内 应力较大 , 甚至 会出现冷流痕 , 银丝 , 注不 满等缺 陷 。 实践证 明 , 若 只靠熔体凝 固时所释放 出 收稿 日期 一 一
8 工乎院掌报 的热量来维持其高模温是不可能的。因此在设计这一类塑料模时,考虑加热也是必要的 (3〕在当今兴起的热流道模具中,为使塑料熔体在其流道内始终保持熔融状态,在停车 后不需打开流道取出凝料,再开车时只需加热流道达到所需求的温度即可。也必须考虑其 流道板的加热和相应的温度控制 2热流道的保温与隔热 在热流道模具中为使进入流道的熔融塑料不致冻结流道周围通常都需进行保温或适 当加热,以维持熔体粘度的稳定。与此同时模具的型腔还要进行冷却,使制品固化,因此在流 道板与型腔板之间必须进行隔热。图15表示为主流道型腔上热流道多腔模。由图1可以看 出流道周围(即热流道板内)黹要加热,以抵消热损失,维持流道内熔料的温度不致下降。流 道板的下面为支撑板和型腔板,为使注入型腔的熔体冷却,此两板(3和4)都开设有冷水通 道。在流道板和支撑板之间需要良好的隔热,以尽量减少热损失。这一隔热层通常为一平板 状的空气层。图26所示为外加热式单腔模。模腔与支架之间,靠一环形的空气层来隔热。因 此,我们可以把隔热层的形状化简为“平壁”和“圆筒”两种简单的模型来讨论它们的传热问 12S 图1主流道型浇口热流道模具 图2外加热热流道单腔模 1一主型芯2一推板3一型腔板,4一支撑板, 1一喷嘴2一加热线图3一定模型腔板(支架) 5一浇口套,6一支承板,7一扭塞8一堵头 4一型芯,5一推料板6一固定板7一垫板 9一定位钉,10一支承钉·11一浇口套.12一流通板 一定模底板,14一支块.15一滑动压环,16-嗔嘴 o1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp:/www.cnki.net
青 岛 化 工 学 陇 学 报 卷 的热量来维持其高模温是不可能 的 。 因此在设计这一类塑 料模时 , 考虑加热也是必要 的 。 在当今兴起 的热流道模具中 , 为使塑料熔体在其流道 内始 终保持熔融状态 , 在停 车 后不需打开流道 , 取 出凝料 , 再开车时只需加热流道达到 所需求 的温度即可 。 也必须考虑其 流道板的加热和相应 的温度控制 。 热流道的保温与隔热 在热流道模具中为使进入流道 的熔融塑 料不致冻结 , 流道周 围通 常都需进行保温 或适 当加热 , 以维持熔体粘度的稳定 。 与此 同时模具的型 腔还要进行冷却 , 使制 品固化 , 因此在流 道板与型 腔板之 间必须进行隔热 。 图 表示 为主流道型腔上热流道多腔模 。 由图 可以看 出流道周 围 即热流道板 内 需要加热 , 以抵消热损失 , 维持流道 内熔 料的温度不致下 降 。 流 道板的下面为支撑板和 型 腔板 , 为使注入型腔的熔体冷却 , 此两板 和 都开设有 冷水通 道 。 在流道板和 支撑板之 间需要 良好的隔热 , 以尽量减少热损失 。 这一隔热层通常为一平板 状的空气层 。 图 幻 所示为外加热式单腔模 。 模腔与支架之 间 , 靠一环形 的空气层来隔热 。 因 此 , 我 们可 以把隔热层 的形状化 简为 “ 平壁 ”和 “ 圆筒 ”两种 简单 的模型来讨论它 们的传热 问 题 。 态 澎理 才鳅冬 次 琢甲 红介撼瓢拼 吧 些卜诩娜 寻黔镯敷二 只 , 毛牛傀 一 丫 一 ,么 洲 、 、 、 ‘、 · ‘ ‘、 议 丫 七 洲口尸一 , 一 里到 〕 沁乙今丫 冷…丫 图 主流道型浇 口 热流道模具 一 主型芯 , 一 推板 一 型腔板 卜支撑板 一 浇口 套 一 支承板 , 一 扭塞 一 堵头 一 定位钉 一 支承钉 一 浇 口 套 一 流通 板 一 定模底板 一 支块 , 一 滑动压环 一 喷嘴 。 图 外加热热流道单腔模 一 喷嘴 一 加热线圈 一 定模型 腔板 支架 一 型 芯 一 推料板 一 固定板 一 垫板
第4期 对大型注塑模具加热兢的初步分析 369 2.1大平壁的一维稳定传热 如图1所示的空气隔热层可以认为上面的热流道板和下面的定模型腔板是在正常恒 温下操作的,在这样的条件下,隔热层的厚度远较长度和宽度为小,处于半密闭状态。因此 层内空气对流很小,可以忽略不计。另外热塑性塑料熔体的加热温度一般均低于300℃,因 而热辐射也可忽略不计。再是隔热层内自身没有内 热源这样就使得问题大为简化,可以作为“平壁”的 维稳定传热来考虑。在平壁的长度和宽度各超过 其厚度10倍时,平壁的边界效应已减小到可在工程 计算里当作“薄平板”来处理。如图3所示的情况,在 平壁两侧的表面平行的各个平面都成等温面。其温 BRr2接近于无限的圆筒壁,使问题 简化。这样当内、外壁温度各维持为等温1,和t2,则对“无限长”圆筒壁来说:各个等温面都 将是彼此同心的圆柱面圆柱面的表面积为F=2rt,随着半径r的增加而加大。r为n1>r> r2的任意数。这种长圆筒壁的壁内温度分布成轴对称的一维温度场,热流朝着径向,在没有 内热源的情况下,q沿途不变。据此建立圆柱座标系的稳定热微分方程。 (rdF)=0 根据导热基本定律 o1994-2009chinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp:/www.cnki.net
第 期 对 大 型注 塑模其 加 热 京拢的 初 步分析 大平壁的一维稳定传热 如 图 所示 的空气隔热 层 , 可以认为上面的热流道板和 下面 的定模型腔板 , 是在正常恒 温下操作 的 , 在这样 的条件下 , 隔热层 的厚度远较长度和宽度为小 , 处于半 密闭状态 。 因此 , 层 内空气对流很小 , 可 以忽略不计 。 另外热塑性塑料熔体的加热温度一般均低于 ℃ , 因 而热辐射也可忽略不计 。 再是隔热层 内 自身没有 内 热源 , 这样就使得 间题大为简化 , 可以作为 “ 平壁 ”的 一维稳定传热来考虑 。 在平壁的长度和宽度各超过 其厚度 倍时 , 平壁 的边界效应 已减小到 可在工程 计算里当作 “ 薄平板 ”来处理 。 如图 所示 的情况 , 在 平壁两侧 的表面平行的各个平面都成等温面 。 其温 度只沿 轴方向 , 即垂直于表面 的厚度方向改变 。 由傅立叶经验定律表达式表示 , 决 , ” 代一 二 —人 二 , 户 动忍 可知在 稳定 传热 时 , 每单位 时 间内的传热量为一定 值 , 故 得 长飞 吞 ,一 粤口“ 图 大平壁的壁内沮度分布 式 中婴为单位时间 内传热量 ‘ 口为热量 力 , 为 时 间 久 为热导系数 ℃ , 久、久。 几 几 为温度系数 ℃ 决 加 为温度梯度 ℃ ‘ 为温度 ℃ 产 为等温面垂直距离 为垂直于热流方 向的传 热面积 。 把 图 所示 的空气隔热层看成是单层 “ 大平壁 ” , 于是 式简化 为 。一 二鱼粤兰旦 这求得 了保持流道板温度 为 ‘ , 用厚度 为 ‘ 的空气隔热层进行绝热 , 模板温度为 时间内 。 所需 补加 的热量 若这种 补加的热量 以 电能形式进行 , 则所需功率为 。 , 单位 尸 丛丛二 生丝 尸 口 式 中 是流道 板向空气层传热 的面积 圆筒壁的一维稳定传热 图 所示 的空气隔热层 , 是属 于 圆筒壁结构 的传热 问题 。 如果筒壁 内外半径各为 , , 和 , , 长度 超过 , 的 倍时 , 在工程计算 中就可以看作是 接近于无限 的圆筒壁 , 使 问题 简化 。 这样 当 内 、 外壁温度各维持为等温 ‘ , , 和 儿 , 则对 “ 无限长 ”圆筒壁来说 各个等温面都 将是彼此 同心 的圆柱面 , 圆柱面 的表面积为 二月 , 随着半径 , 的增加而加大 一 为 , , , , 的任意数 。 这种长 圆筒壁 的壁 内温度分布成轴对称的一维温度场 , 热流朝着径 向 , 在没有 内热源的情况下 , 沿途不变 。 据此建立 圆柱座标系的稳定热微分方程 。 生 票 , 攀 一 。 护 根 据导热基本定律 一 坐
370 青鸟化工学院学报 15卷 联立求解得 2rL(41-t2) (4) 这表明从长圆筒内壁到外壁间的温度分布是一条对数曲线。(4)式表示了单层圆筒稳定传 热时单位时间内的热损失量。显然,为使操作能正常进行,其所损失的热量必须给以补充,若 以电加热器的电能补充,则热流道所需的电功率为: 2xL(t1-t2) 0001nn 式中P为电功率kW;L为厚度m;n为电加热效率;式中其它符号代表内容同前所述。 参考文献 1成都科技大学合编塑料成型模具,北京:北京轻工业出版社,1985.68-70 2唐志正工程塑料应用1982,(2):18-2 3申开智.四川塑料1981:(2)82-92 4 Lenk R. S Polymer Rkeology. London: Applied Science Publishers. 1978.74 5 Juciana Jodn. Plastics Technology. 1980. 26(4):107-111 6 Dym J B. Injection Molds and Molding. Titton Edulational Publishing, 199 Preliminary Anaiysis of Mould Heating Yin Qingzhen Luan Ruiying Abstract: The effect of mould heating, the principle of keeping heat and heat insulation of the mould path are discussed and the heating power is calculated Key Words mould heading effect pronciple; calculation 201994-2009chinaAcademicJournalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp://www.cnki.net
青 岛 化 工 学 陇 学 报 卷 联立求解得 叮 , 一, 尸 气 人 — 这表明 , 从长 圆筒内壁到 外壁 间的温度分布是一条对数曲线 。 式表示 了单层 圆筒稳定传 热 时单位时 间 内的热 损失量 。 显然 , 为使操作能正常进行 , 其所损失 的热量必须给以 补充 , 若 以 电加热器的 电能补充 , 则热流道所需 的电功率为图 尸一 卫些二全二旦 李 全 人 式 中 尸 为 电功率 为厚度 。为 电加热效率 式 中其它符号代表 内容同前所述 。 参 考 文 献 成都科技大学合编 塑料成型模具 北京 北京轻工业出版社 一 唐志正 工程塑料应用 , 一 申开智 四川塑料 一 众 目 叮比 她 人 】记 七 倪 ” , 认 那 名 , 一 加尤 山 耐 们口 , 〔凌 一 璐宜 加 即 池 阶 , 沈 污 沁 林 公名 几 仆 州 怡 , 钾 义进 · 二 ·
