注塑行业冷水机组的选型

摘 要：分析注塑成型的冷却过程和决定模具温度冷却效果的影响因素，讨论冷却系统的计算方法，结合注塑工艺提供冷水机组的选型。

关键词：注塑成型;模具温度;冷却系统;冷水机组

1 注塑模具冷却系统

1.1 注塑机的工作原理及工艺

注塑机的工作原理：由注射装置和锁模单元两部分组成，它是将热塑性塑料或热固性塑料利用塑料成型模具制成各种形状的塑料制品的主要的成型设备。可以理解为塑料原料在料筒内均匀塑化后，经过注射、流动充模、保压和冷却后成型得到注射制品。

注塑机的工艺：填充—保压—冷却—脱模的循环的过程。

1.2 注塑机的冷却阶段

由于冷却时间占整个成型周期约50%～80%，[1-2]因此适当的模具温度，可以减小塑件的变形、增强塑件的力学性能、改善塑件的外观质量、提高塑件的尺寸精度及稳定性[3]设计不当的冷却系统会使成型时间拉长，增加成本;冷却不均匀更会进一步造成塑料制品的翘曲变形。

注射成型过程中，模内熔体温度通常保持在200～300℃左右，而出模时温度一般为60～80℃以下[4]。优化冷却系统的布局， 可达到使塑料制品快速、均衡冷却的目的， 从而缩短注射成型的冷却时间， 提高生产效率， 减少废品， 提高经济效益[3]。

1.3 影响制品冷却速率的因素

影响模具冷却速率的因素：模具材料、模具材料热传导系数、冷却水管配置方式、冷却水流量、冷却介质、塑料热传导系数、加工参数设定。通常冷却管道的直径应为 8～25 mm[5]。

2 冷却系统的冷量计算

2.1 根据料筒容量进行冷量计算

料筒容量设备说明书中有详细参数，根据换热公式：Q=C*M*△T*S算出冷量，式中Q=冷却系统所需冷量kcal/h;C=塑料原料比热kcal/kg℃;M=塑料原料塑化能力kg/h;△T=熔胶温度与制品脱模时的温度差℃;S=安全系数（一般取1.35-2.0）。

当单台机组匹配时选择小值;冷水机与多台模具相配时取大值。

例如：一副模具生产聚乙烯制品（比容热0.55Kcal/kg℃），塑料初终温差为200℃，塑化能力为21.5g/s。

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

=12771kcal/h=14.85kW（此處安全系数取1.5）。

2.2 根据锁模力估算冷量

例：某注塑机型号：UN90SK，锁模力900kN，注塑机可按80T锁模力=1HP，1HP=3kW冷量估算900/80=11.25，12HP冷水机，冷水机组36kW的制冷量即可。

3 冷水机选型

3.1 不同系统的对比

冷水机按制冷形式一般可分为水冷式和风冷式，在技术上，水冷比风冷能效比要高，相同制冷量的水机组与风冷机组比较，水冷式机组运行稳定，能效高，使用寿命长。

在价格上，风冷总造价比水冷的少。无需考虑机房面积，无需考虑冷却塔和水泵的安装及运行费用，无需专业人员维护管理。适用于缺水地区或者机房面积受限的地方。

在安装上，水冷需纳入冷却塔方可使用，风冷则是可移动，无需其他辅助，但风冷式冷水机只凭风扇散热，对环境有所要求：例如通风，湿度，温度不能高40°C，空气酸碱值……

考虑以上因素后，机组的选型就明确了，可根据注塑机的系统及冷水机组的制冷原理，选择合适的冷水机组。

3.2 液压油和料筒喂料段的冷却

通常液压油和料筒喂料段采用冷却水塔的水来冷却，因为这不仅是最佳的方法，单就生产成本看，也是极经济的，除非对其温度有特定要求，可用冰水对其进行冷却。

冷却水量=油压马达功率*860*0.4*1.2/3*1。860kcal/h.kW;0.4为热转化率;1.2为安全系数;3℃为温差;1kcal/kg.℃为比热。

注意：本处所指冷却水为注塑机油冷却器所需冷却水，而非冷水机组所需冷却水，在选冷却塔时需把这部分的热量考虑进去。

4 总结

冷却系统对模具的成型有重要影响，冷量的准确计算及冷水机组的合理选型是注塑模具成型的依据和重点，可以有效提高模具成型率和冷量的合理高效的利用。

参考文献：

[1]李晓棠.机械制造[M].2005，43（07）：18-20.

[2]曾祥补等.模具工业[M].2013，39（03）：52-56.

[3]董金虎.基于CAE的壁厚不均匀塑件的结构修正[J].中国塑料， 2010（05）：74-77.

[4]张维和.注塑模具设计实用手册[M].北京：化学工业出版社，2011.

[5]孙桂兰等.机械[M].2013，40（01）：22-26.

[6]包荣华.模具制造[M].2003（07）：42-45.

[7]吴业正.制冷原理及设备（第3版）（能源动力工程系列教材）[M]. 西安：西安交通大学出版社，2010.

[8]陆耀庆.实用供热空调设计手册（下册）[M].中国建筑工业出版社，2008：1980.

作者简介：刘敏（1985-），女，湖北襄阳人，大专，产品工程师，研究方向：工业制冷及系统节能。