注塑行業(yè)冷水機(jī)組的選型

摘 要：分析注塑成型的冷卻過程和決定模具溫度冷卻效果的影響因素，討論冷卻系統(tǒng)的計算方法，結(jié)合注塑工藝提供冷水機(jī)組的選型。

關(guān)鍵詞：注塑成型;模具溫度;冷卻系統(tǒng);冷水機(jī)組

1 注塑模具冷卻系統(tǒng)

1.1 注塑機(jī)的工作原理及工藝

注塑機(jī)的工作原理：由注射裝置和鎖模單元兩部分組成，它是將熱塑性塑料或熱固性塑料利用塑料成型模具制成各種形狀的塑料制品的主要的成型設(shè)備。可以理解為塑料原料在料筒內(nèi)均勻塑化后，經(jīng)過注射、流動充模、保壓和冷卻后成型得到注射制品。

注塑機(jī)的工藝：填充—保壓—冷卻—脫模的循環(huán)的過程。

1.2 注塑機(jī)的冷卻階段

由于冷卻時間占整個成型周期約50%～80%，[1-2]因此適當(dāng)?shù)哪＞邷囟龋梢詼p小塑件的變形、增強(qiáng)塑件的力學(xué)性能、改善塑件的外觀質(zhì)量、提高塑件的尺寸精度及穩(wěn)定性[3]設(shè)計不當(dāng)?shù)睦鋮s系統(tǒng)會使成型時間拉長，增加成本;冷卻不均勻更會進(jìn)一步造成塑料制品的翹曲變形。

注射成型過程中，模內(nèi)熔體溫度通常保持在200～300℃左右，而出模時溫度一般為60～80℃以下[4]。優(yōu)化冷卻系統(tǒng)的布局， 可達(dá)到使塑料制品快速、均衡冷卻的目的， 從而縮短注射成型的冷卻時間， 提高生產(chǎn)效率， 減少廢品， 提高經(jīng)濟(jì)效益[3]。

1.3 影響制品冷卻速率的因素

影響模具冷卻速率的因素：模具材料、模具材料熱傳導(dǎo)系數(shù)、冷卻水管配置方式、冷卻水流量、冷卻介質(zhì)、塑料熱傳導(dǎo)系數(shù)、加工參數(shù)設(shè)定。通常冷卻管道的直徑應(yīng)為 8～25 mm[5]。

2 冷卻系統(tǒng)的冷量計算

2.1 根據(jù)料筒容量進(jìn)行冷量計算

料筒容量設(shè)備說明書中有詳細(xì)參數(shù)，根據(jù)換熱公式：Q=C*M*△T*S算出冷量，式中Q=冷卻系統(tǒng)所需冷量kcal/h;C=塑料原料比熱kcal/kg℃;M=塑料原料塑化能力kg/h;△T=熔膠溫度與制品脫模時的溫度差℃;S=安全系數(shù)（一般取1.35-2.0）。

當(dāng)單臺機(jī)組匹配時選擇小值;冷水機(jī)與多臺模具相配時取大值。

例如：一副模具生產(chǎn)聚乙烯制品（比容熱0.55Kcal/kg℃），塑料初終溫差為200℃，塑化能力為21.5g/s。

Q=C*M*△T*S=0.55 kcal/kg℃*21.5g/s*3600s *200℃*1.5/1000

=12771kcal/h=14.85kW（此處安全系數(shù)取1.5）。

2.2 根據(jù)鎖模力估算冷量

例：某注塑機(jī)型號：UN90SK，鎖模力900kN，注塑機(jī)可按80T鎖模力=1HP，1HP=3kW冷量估算900/80=11.25，12HP冷水機(jī)，冷水機(jī)組36kW的制冷量即可。

3 冷水機(jī)選型

3.1 不同系統(tǒng)的對比

冷水機(jī)按制冷形式一般可分為水冷式和風(fēng)冷式，在技術(shù)上，水冷比風(fēng)冷能效比要高，相同制冷量的水機(jī)組與風(fēng)冷機(jī)組比較，水冷式機(jī)組運行穩(wěn)定，能效高，使用壽命長。

在價格上，風(fēng)冷總造價比水冷的少。無需考慮機(jī)房面積，無需考慮冷卻塔和水泵的安裝及運行費用，無需專業(yè)人員維護(hù)管理。適用于缺水地區(qū)或者機(jī)房面積受限的地方。

在安裝上，水冷需納入冷卻塔方可使用，風(fēng)冷則是可移動，無需其他輔助，但風(fēng)冷式冷水機(jī)只憑風(fēng)扇散熱，對環(huán)境有所要求：例如通風(fēng)，濕度，溫度不能高40°C，空氣酸堿值……

考慮以上因素后，機(jī)組的選型就明確了，可根據(jù)注塑機(jī)的系統(tǒng)及冷水機(jī)組的制冷原理，選擇合適的冷水機(jī)組。

3.2 液壓油和料筒喂料段的冷卻

通常液壓油和料筒喂料段采用冷卻水塔的水來冷卻，因為這不僅是最佳的方法，單就生產(chǎn)成本看，也是極經(jīng)濟(jì)的，除非對其溫度有特定要求，可用冰水對其進(jìn)行冷卻。

冷卻水量=油壓馬達(dá)功率*860*0.4*1.2/3*1。860kcal/h.kW;0.4為熱轉(zhuǎn)化率;1.2為安全系數(shù);3℃為溫差;1kcal/kg.℃為比熱。

注意：本處所指冷卻水為注塑機(jī)油冷卻器所需冷卻水，而非冷水機(jī)組所需冷卻水，在選冷卻塔時需把這部分的熱量考慮進(jìn)去。

4 總結(jié)

冷卻系統(tǒng)對模具的成型有重要影響，冷量的準(zhǔn)確計算及冷水機(jī)組的合理選型是注塑模具成型的依據(jù)和重點，可以有效提高模具成型率和冷量的合理高效的利用。

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作者簡介：劉敏（1985-），女，湖北襄陽人，大專，產(chǎn)品工程師，研究方向：工業(yè)制冷及系統(tǒng)節(jié)能。