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技術(shù)支持
模溫機的冷卻系統(tǒng)基礎
模溫機的冷卻系統(tǒng)基礎
1、直接式或開放式冷卻系統(tǒng)
這是一種極之流行的系統(tǒng),其基本的組成配件有電水泵和浸沒式電熱器。電水泵負責把水運行于模具的冷卻管道。水溫不斷被測量著,若溫度達到設定值時,電熱器便關上。若水溫繼續(xù)升高稍為超過某一設點時,電磁閥被打開使部份熱水排走,所損失的水量由較凍的自來水補充。
這系統(tǒng)之所以普遍被采用是因為它有著設計簡單和制造成本低廉(與間接式系統(tǒng)比較)的好處,可是系統(tǒng)需要為斷補充新的自來水,這表示更多熔解了的化學物質(zhì)亦一并被加進系統(tǒng)內(nèi),使冷卻管道的沉積問題加速惡化。為了減少冷卻水溫的升降幅度,電熱水器的電源控制和水溫測量的準確度都必須很好,使水溫控制在所需的范圍內(nèi),有些系統(tǒng)更可調(diào)節(jié)水溫以適應模具的溫度。
2、間接式冷卻系統(tǒng)
間接式冷卻系統(tǒng)可以應用于模具溫度低過或高過一般冷卻水的溫度。被冷卻液帶來的熱量經(jīng)由熱交換系統(tǒng)散去。
系統(tǒng)利用高壓原理使水溫可以超過其大氣壓力下的沸點,并有重型的浸沒式電熱器提供快速的升溫,負責把熱能散去的裝置是設有較大熱交換面積的線圖式熱交換器,并有電磁閥控制散熱的過程。加熱或散熱的準確切換則由一比例控制形式的儀器控制著。
若運行于系統(tǒng)和模具的液體是屬于水性的,其*高的溫度可達140℃/284F°。但是溫度超過120℃/248F°的情況下為應使 用 水 性的系統(tǒng),因為喉管可能發(fā)生爆裂,造成很大的危險。對于溫度超過120℃/248F°的需求,我們可用油性的循環(huán)式系統(tǒng)(也可以使用電熱器棒作輔助途)。
模具在生產(chǎn)時也常常需要利用冰水作冷卻用途以改造生產(chǎn)力或是彌補模具設計的不足,所采用的冷凍機都設有制冷單元把經(jīng)過熱交換器的冷卻液降溫。熱交換器有著很多線圖狀的管路,管內(nèi)循環(huán)著高壓的冷凍液體,模具冷卻液則不斷流過管路外面把熱量輸送給冷凍液并使其氣化,氣化了的冷凍液其后再被壓縮及冷卻還原成液體,熱交換過程得以不斷地進行。現(xiàn)時人們對冷凍機所排出的熱能的應用機會發(fā)生了濃厚的興趣,它們可能在不久的將來負責提供房間溫暖的環(huán)境。
使用冷凍機時常可遇到以下的問題,冷凍機的設定溫度不能太低,原因是型腔表面發(fā)生了冷凝現(xiàn)象(布滿了水珠)。這現(xiàn)象可能在正常模具開啟和頂出時發(fā)生,亦可能發(fā) 生于短暫的生產(chǎn)停頓,解決的辦法是把模腔周圍的空間占滿了熱空氣,例如使用熱風機向著模腔處噴射熱空氣。這辦法在濕熱的夏天很是有效,以某一例子來說,可以把生產(chǎn)周期從30秒降至23秒。若冷凝現(xiàn)象引致模具生銹,可以把模具表面進行鍍鎳處理或是使用其他材料制造模具,例如不銹鋼或鍍銅。
生產(chǎn)薄壁注件時常常需要使用冷凍機以縮短生產(chǎn)周期,以 重7.5克的聚苯乙烯(PS)薄杯為例(自動飲品售賣機的壞子)一套單腔模具的生產(chǎn)速度可以快至一分鐘五十次模數(shù)。
3、冷卻液的選擇
適宜熱塑性件的模具生產(chǎn)溫度的一般范圍是20-80℃(68-176F°),所以大都是使用處理過的水作為冷卻液,我們需要注意一點,冷卻液的溫度和模具的溫度可能差別很大,例如40℃/100F°。對于加壓形式的冷卻管路來說,若系統(tǒng)是水性的,其*高溫度是140℃/284F°:若系統(tǒng)是油性的,則其*高溫度是350℃/662F°。采用冷凍系統(tǒng)時其溫度當然可以很低。若溫度是低于10℃/50F°的,則冷卻液必須是水/醇(防凝劑)的混合液。
有些注塑公司直接使用自來水進行模具冷卻。控制模溫的手段是在客路加上節(jié)流閥以控制自來水的供應量,這方法的冷卻效果是*差的,模具的溫度將是極不穩(wěn)定和均勻。欲想模具保持在正確的溫度見,冷卻液流量和流速必需正確,并且管路出入口的冷卻液溫差亦不可太大(不能超過4℃/7F°),否則模具將會出現(xiàn)特別熱的部份,模溫便不能保持在所需均勻的溫度了。
模具管路內(nèi)冷卻液的流速必須達至紊流的狀態(tài),因為紊流的產(chǎn)生可以提高散熱率。假設冷卻液流過模具后的溫升是 6℃/11°F,則每公升(1)水可以帶走6kcal ,(252kJ)的熱量。
對于水性的冷卻液,紊流的產(chǎn)生和雷諾數(shù)(REYNOLDS
NUMBER R)有關,此數(shù)必須超過3,500,才可以產(chǎn)生紊流
的狀態(tài),以下是雷諾數(shù)的公式:
R=upd/n
這里u=流速(m/s)
p=液體密度(kg/m3)
d=管道直徑(m)
n=液體的黏度系數(shù)
倘 若 管 道 的 直 徑 是10mm/0.394in,則水的流速必須是450mm/s(1.5ft/s)。我們 可 以發(fā)覺使用水/甘醇混合液的冷卻系統(tǒng)很難產(chǎn)生紊流的狀態(tài)。這是由于不同比例的混合液有著不同和黏度,并且其黏度數(shù)值隨著不同溫度而變化。為了減少冷卻液結(jié)冰的危險,我們需要增加甘醇的份量,結(jié)果是增加了冷卻液的黏度,流動狀態(tài)已不是紊流,而是層流,使散熱能力降低了。
生產(chǎn)效率高的模具并不是必須采用甘醇混合液的冷凍系統(tǒng)。祗要模具的冷卻系統(tǒng)設計完善,水性冷卻液的流量足夠,一套20℃/68°F溫度的設計優(yōu)良的模具在生產(chǎn)上常可媲美5℃/9°F溫度的設計*妥的模具。我們應盡量避免低溫冷卻液 (甘醇)的使用,正確的設計習慣是先考慮采用普通水性的冷卻系統(tǒng),用加大流量的方法以獲得所需的冷卻效果,若然不能滿足要求才考慮選用冷凍機的冷卻辦法。
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