注塑行業冷水機組的選型

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，討論冷卻系統的計算方法，結合注塑工藝提供冷水機組的選型。

關鍵詞：注塑成型;模具溫度;冷卻系統;冷水機組

1 注塑模具冷卻系統

1.1 注塑機的工作原理及工藝

注塑機的工作原理：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備。可以理解為塑料原料在料筒內均勻塑化后，經過注射、流動充模、保壓和冷卻后成型得到注射制品。

注塑機的工藝：填充—保壓—冷卻—脫模的循環的過程。

1.2 注塑機的冷卻階段

由于冷卻時間占整個成型周期約50%～80%，[1-2]因此適當的模具溫度，可以減小塑件的變形、增強塑件的力學性能、改善塑件的外觀質量、提高塑件的尺寸精度及穩定性[3]設計不當的冷卻系統會使成型時間拉長，增加成本;冷卻不均勻更會進一步造成塑料制品的翹曲變形。

注射成型過程中，模內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]。優化冷卻系統的布局， 可達到使塑料制品快速、均衡冷卻的目的， 從而縮短注射成型的冷卻時間， 提高生產效率， 減少廢品， 提高經濟效益[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、模具材料熱傳導系數、冷卻水管配置方式、冷卻水流量、冷卻介質、塑料熱傳導系數、加工參數設定。通常冷卻管道的直徑應為 8～25 mm[5]。

2 冷卻系統的冷量計算

2.1 根據料筒容量進行冷量計算

料筒容量設備說明書中有詳細參數，根據換熱公式：Q=C*M*△T*S算出冷量，式中Q=冷卻系統所需冷量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（一般取1.35-2.0）。

當單臺機組匹配時選擇小值;冷水機與多臺模具相配時取大值。

例如：一副模具生產聚乙烯制品（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（此處安全系數取1.5）。

2.2 根據鎖模力估算冷量

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

3 冷水機選型

3.1 不同系統的對比

冷水機按制冷形式一般可分為水冷式和風冷式，在技術上，水冷比風冷能效比要高，相同制冷量的水機組與風冷機組比較，水冷式機組運行穩定，能效高，使用壽命長。

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

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

考慮以上因素后，機組的選型就明確了，可根據注塑機的系統及冷水機組的制冷原理，選擇合適的冷水機組。

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，單就生產成本看，也是極經濟的，除非對其溫度有特定要求，可用冰水對其進行冷卻。

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

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

4 總結

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

參考文獻：

[1]李曉棠.機械制造[M].2005，43（07）：18-20.

[2]曾祥補等.模具工業[M].2013，39（03）：52-56.

[3]董金虎.基于CAE的壁厚不均勻塑件的結構修正[J].中國塑料， 2010（05）：74-77.

[4]張維和.注塑模具設計實用手冊[M].北京：化學工業出版社，2011.

[5]孫桂蘭等.機械[M].2013，40（01）：22-26.

[6]包榮華.模具制造[M].2003（07）：42-45.

[7]吳業正.制冷原理及設備（第3版）（能源動力工程系列教材）[M]. 西安：西安交通大學出版社，2010.

[8]陸耀慶.實用供熱空調設計手冊（下冊）[M].中國建筑工業出版社，2008：1980.

作者簡介：劉敏（1985-），女，湖北襄陽人，大專，產品工程師，研究方向：工業制冷及系統節能。