冷却系统管路计算方法

2023-06-30 理论教育版权反馈

【摘要】：所谓水冷，就是在模具型腔周围和型芯内开设冷却水回路，使水或者冷凝水在其中循环，带走热量，维持所需的温度。冷却回路的设计应做到回路系统内流动的介质能充分吸收成型塑件所传导的热量，使模具成型表面的温度稳定地保持在所需的温度范围内，而且要做到使冷却介质在回路系统内流动畅通，无滞留部位。

模具冷却装置的设计与使用的冷却介质和冷却方法有关。模具可以用水、压缩空气和冷凝水冷却。其中，用水冷却最为普遍，因为水的比热容大，传热系数大，成本低廉。所谓水冷，就是在模具型腔周围和型芯内开设冷却水回路，使水或者冷凝水在其中循环，带走热量，维持所需的温度。冷却回路的设计应做到回路系统内流动的介质能充分吸收成型塑件所传导的热量，使模具成型表面的温度稳定地保持在所需的温度范围内，而且要做到使冷却介质在回路系统内流动畅通，无滞留部位。但是，在冷却水回路开设时，受到模具上各种孔（顶杆孔、型芯孔和镶件接缝等）的限制，按理想情况设计较困难，必须根据模具的具体结构灵活地设置冷却回路。

1.冷却回路所需的总表面积

冷却回路所需总表面积可按下式计算，即

式中 A——冷却回路总表面积（m²）；

m——单位时间内注入模具中树脂的质量（kg/h）；

Q——单位质量树脂在模具内释放的热量（J/kg），可从表9⁃3查取；

K——冷却水的表面传热系数[W/（m²·K）]；

θ_m——模具成型表面的温度（℃）；

θ_w——冷却水的平均温度（℃）。

冷却水的表面传热系数K，可用如下公式计算，即

式中 ρ——冷却水在该温度下的密度（kg/m³）；

v——冷却水的流速（m/s）；

d——冷却水孔直径（m）；

Φ——与冷却水温度有关的物理系数，可从表9⁃4查得。

表9⁃3 单位质量树脂成型时放出的热量（单位：10³J/kg）

表9⁃4 水的ϕ值与其温度的关系

2.冷却回路的总长度

冷却回路总长度可用下式计算，即

式中 L——冷却回路总长（mm）；

A——冷却回路总表面积（mm²）；

d——冷却水孔直径（mm）。

确定冷却水孔的直径时应注意，无论多大的模具，水孔的直径不能大于14mm，否则冷却水难以成为湍流状态，以至降低热交换效率。一般水孔的直径可根据塑件的平均壁厚来确定。平均壁厚为2mm时，水孔直径可取ϕ8～ϕ10mm；平均壁厚为2～4mm时，水孔直径可取ϕ10～ϕ12mm；平均壁厚为4～6mm时，水孔直径可取ϕ10～ϕ14mm。

3.冷却水体积流量的计算

塑料树脂传给模具的热量与自然对流散发到空气中的模具热量、辐射散发到空气中的模具热量及模具传给注射机热量的差值，即用冷却水扩散的模具热量。假如塑料树脂在模内释放的热量全部由冷却水传导的话，即忽略其他传热因素，那么模具所需的冷却水体积流量则可用下式计算，即