塑橡膠射出成形製程屬於週期性生產模式,熱量在材料塑化階段和熔膠充填階段時需求最大,故相當耗能,之後熔膠冷卻固化成形階段,由模具的熱傳導與熱對流將熱量帶走以及通過熱輻射被傳遞到大氣和模架(座),就此而言,射出成形製程是一種週期性的熱交換製程。
冷卻(水路)設計中有三種冷卻方法,即用風作為介質進行冷卻;用油作為介質進行冷卻以及用普通水作為介質進行冷卻。(相關文章-
模具水路設計的影響)

目錄
1. 用風作為介質進行冷卻
2. 用油作為介質進行冷卻
3. 用普通水作為介質進行冷卻
4. 冷卻液的影響
5. 層流、紊流與雷諾數

 

1. 用風作為介質進行冷卻
通過空氣壓縮機壓縮空氣,使空氣帶有一定的壓力,然後使之在模具中通行或直接吹到模具上進行冷卻的方法稱之為風冷。在塑膠模具中應用得較少,因為其載熱量小,達不到塑料模具高速射出生產的要求,但風冷的好處是其露一點風沒關係,不影響射出的生產,所以有些特殊結構的模具,在無法保證封漏或空間無法通水的情況下會使用風冷。

2. 用油作為介質進行冷卻
用導熱油做為傳熱媒介,作為冷卻介質時通常要先對其進行加溫,並使油溫恆定,用來冷卻流動性不好的塑膠,有結合線較深的產品或是肉厚較薄、較厚而較難射出成型的產品。恆溫常在90°C~130°C,因其溫度較高,所以在用油冷時,O型環密封圈必須要用耐高溫的密封圈,否則O型環及易老化失效而漏油,這是要特別留意的,其他設計方法都與水冷冷卻的設計方法相同。

3. 用普通水作為介質進行冷卻
通過普通自來水流經模具並循環流動帶走熱量的冷卻方法稱為水冷。水冷在塑膠模具中應用最多,是常用的冷卻方法。
在塑膠模具裡,公母模、滑塊、大型鑲件等,都要進行獨立的冷卻。通常型況下,母模的鑲件較少,冷卻水路比較容易通過,難度較小。但是公模鑲件較多,而且有頂針、套筒、斜銷、滑塊等,而冷卻水路要在模人裡面運行,又不能與鑲件、頂針、套筒、斜銷、滑塊等處相交叉,一旦相交就會漏水,所以在公模上設計冷卻水路的難度是比較高的。

4. 冷卻液的影響

  • 冷卻液性質

冷卻液的熱擴散係數及黏度對於模具的熱傳導效果有很大的影響。冷卻液的黏度愈低或熱擴散係數愈高,則冷卻效果愈佳,有助縮短冷卻時間。

  • 冷卻液溫度

當冷卻液愈溫度低時,將使得和成形品的溫度差愈大,其冷卻效果也隨之增加。

  • 冷卻液流速

冷卻液在水管內流動,冷卻液以層流流動時,傳熱效果很差,為了使冷卻液體有較佳的熱傳效果,必須使冷卻液成紊流模式, 影響冷卻液是否能達到紊流模式, 則和冷卻液的流速、水管管徑、冷卻液的黏度有關。一般來說為安全起見,冷卻液在管路中流動其雷諾數須取大於4000,以避免冷卻液在管壁上形成不易流動的薄膜(圖1),此薄膜稱為境膜(Film)。而這不流動的境膜對熱傳的影響很大。當冷卻水管內之冷卻液呈現紊流時, 管路中心部份與管壁內部的流體進行紊亂的混和, 使得熔膠所產生的熱量, 容易被帶走,在層流中沒有這種混合機制, 使得境膜變厚是造成熱傳不良原因之一。

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5. 層流、紊流與雷諾數
紊流(turbulence)是流體的一種流動狀態。當流速很小時,流體分層流動,互不混合,稱為層流(Laminar flow);逐漸增加流速,流體的流線開始出現波浪狀的擺動,擺動的頻率及振幅隨流速的增加而增加,此種流況稱為過渡流;當流速增加到很大時,流線不再清楚可辨,流場中有許多小漩渦,稱為亂流,又稱為湍流、擾流或紊流。
這種變化可以用雷諾數來量化。雷諾數較小時,黏滯力對流場的影響大於慣性力,流場中流速的擾動會因黏滯力而衰減,流體流動穩定,為層流;反之,若雷諾數較大時,慣性力對流場的影響大於黏滯力,流體流動較不穩定,流速的微小變化容易發展、增強,形成紊亂、不規則的亂流流場。
流態轉變時的雷諾數值稱為臨界雷諾數。臨界雷諾數與流場的參考尺寸有密切關係。一般管道流雷諾數Re<2100為層流狀態,Re>4000為亂流狀態,Re=2100~4000為過渡狀態。
當冷卻劑的流動從層流轉為紊流(湍流),傳熱效率提高。因為冷卻劑在層流時,層與層之間僅以熱傳導方式傳熱;而紊流(湍流)則是熱傳導和熱對流兩種方式傳熱,從而使傳熱效率顯著增加(圖2)。

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以下資料是有關於模具水路設計基礎理論的資料,有興趣的人可下載了解看看。

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