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【原创】如何降低注塑成本之冷却效率篇
作者:浙江体彩网    发布日期:2020-02-25 13:46


  一般来讲,冷却时间占整个注塑周期的80%左右,所以如何提高冷却效率对降低注塑成本来说至关重要。今天我们就一起来探讨下如何设定最有效的冷却时间及提高冷却效率的几种措施。

  首先从模具角度来讲,模具钢的选材比较重要,如果想提高冷却效率,在选材时需要优先考虑导热系数比较好的模具钢。如下表所示,一般铜及铍铜和铝的导热系数比较好,在没有强度要求的情况下可以考虑选择铜或铝来做一些镶件,有强度要求时可以考虑选择铍铜来做一些镶件。

  另外,在进行模具水路设计时,需要充分评估产品结构设计的热点区域。所谓的热点一般指产品壁厚过厚的区域、产品有狭窄空间和拐角的区域及加强筋比较密集的区域。

  对于这些区域就需要考虑单独设计一组循环水路,以及采用刚才所提到的铍铜镶件或增加导热针、导热管适用于薄壁镶件的一些冷却工具。在个别案例中,我们也可以考虑3D打印的带有异形水路的镶件来增强冷却。

  冷却水路的布局原则上是要顺着产品填充的方向,其次要考虑布局平衡,不平衡不对称的冷却水路会加重注塑件的变形。另外,对于对称的水路设计,在实际连接水路时,也要尽量分成独立的冷却循环组来保证冷却的同步。

  模具水路尽量采用直通型水路,减少冷却水井及拐角过多的水路设计避免过多的死水区域。水路中心离产品型腔面的距离一般需控制在两倍的水路直径左右,不宜太远或太近。水路的直径也并非越大越好,一般都控制在16mm以内,否则冷却液不容易形成湍流。

  在模具设计阶段,控制好了冷却水路的合理布局,冷却的效率基本就有了保证了。目前随着软件性能越来越强大,在设计完水路后,可以考虑用分析软件来分析一下冷却水路的效果。

  起码可以通过理论的计算提前消除一些大的影响或不合理的布局。网上也有很多关于冷却时间的理论计算公式,大家也可以自行计算一下,作为一个设置的参照。下图中的公式为其中的一个,公式来源于山东工程学院学报第8卷第2期,仅供参考。

  其中t为冷却时间(s),S为壁厚的一半(m),a为塑料的导温系数(m^2/s),To为注塑温度(℃),Tc为塑料的热定型温度也是顶出温度,Tw为模温。通过这个公式,我们可以大约计算一下理论需要的冷却时间,作为设置冷却时间的参照。公式中的参数均可通过网络查询得到,自己可以用EXCEL设计一个自动计算的公式,在此不一一赘述。

  关于模温机功效的确认,我们不得不搞清楚一个概念:雷诺系数。(以下雷诺系数的解释来源于百度百科)雷诺数(Reynolds number)一种可用来表征流体流动情况的无量纲数。Re=ρvd/μ,其中v、ρ、μ分别为流体的流速、密度与黏性系数,d为一特征长度。

  例如流体流过圆形管道,则d为管道的当量直径。利用雷诺数可区分流体的流动是层流或湍流,也可用来确定物体在流体中流动所受到的阻力。搞清楚了这个概念,我们就知道该如何确认模温机功效了。

  首先我们需要使用流量计来测量水路流经模具型腔后的实际流速。流速的单位应换算成m/s。测出水路从模温机到模具型腔流出后的实际流速后,我们就可以轻松地计算出雷诺系数了。

  如下图,我自己设计了一个自动计算雷诺系数的表格,输入模温、流速和水路内径即可计算出雷诺系数,如雷诺数4000即为湍流状态,否则为层流状态。对于冷却来讲,湍流的冷却效果会比层流好很多。

  如果通过计算,冷却水流型达不到湍流状态,就说明模温机功率及模具水路的设计达不到预期的冷却效果,需要重新再优化。

  另外一个检测冷却效果的方法就是实测模温,通过测量模具型腔面上的进水点出水点位置的实际温度来判定。如果不同区域的温差及与设定值的温差能控制在±5℃,基本就说明冷却效果还是可以的。

  最后就是模具的日常保养维护对冷却效果的影响。如果模具表面有油污或脏污,一般会降低冷却效率最大能达到20%左右,如果水路里有了水垢,一般会降低冷却效率最大能达到50%左右。

  所以保证日常的模具维护对冷却效率来讲是至关重要的。需要定期清洁型腔表面及使用清洗机来清洗模具水路,日常的开机点检中需要增加冷却水流量的监测,发现异常需要及时处理。

  对于模具及注塑行业来说,有时细节就决定了成败,越注重细节,生产中的麻烦会越少,当然也就节约了更多的生产成本。希望本文会对各位有所帮助,欢迎留言来一起讨论~

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