为什么冷却系统在塑料注射成型操作中如此重要?

塑料注塑依赖于一个传热过程:在成型机的头部,一个加热的螺丝组件接受原料,通常是树脂颗粒或重新研磨,并加热树脂,直到它软化成一致的混合物,从而可以注入模具。

塑料注射模具配备有内部冷却通道,在设定的温度下接受稳定流动的循环冷却剂(通常是水),从模具中泵出温度控制单元(TCU)。这种流出的冷却液流动作为一种传热介质,对于保持模具内部表面的一致温度至关重要。

因此,当一针热塑料进入模具时,水冷却首先使模具在热材料成型时不会过热。然后,抽出多余的热量,冷却工具和塑料,使其硬化成成品形状。

然后将温暖的“返回”水带到冷却系统或冷却塔,去除水的热量,然后再通过TCU和模具再次循环。

理论很简单,对吗?

注射成型热交换和温度控制的挑战

模具冷却可以证明在实践中更复杂。因此,塑料处理器经常遇到以下与冷却相关的挑战。

注塑机用于塑料零件的成型

使用错误的模具温度和冷却速度

加工温度和冷却率在各种聚合物材料中差异很大。So, it is important to get your cooling water – and the surface of the mold that’s receiving the hot material – to the right “target” temperature to ensure that resin flows into the tooling properly and your parts cool at the proper rate and harden with the right qualities.

因此,举例来说,如果您正在处理像PEEK或尼龙这样的半结晶材料,它们具有相对较高的加工温度(例如500-700°F),您不能仅仅通过通过模具的冷水(例如60°F)来“淬火”它们。

相反,您必须更酷地逐渐冷却例如,从TCU中使用较暖的冷却剂来提高模具的温度(例如250-350°F),从而使热材料以更缓慢的速度冷却——一个较慢的冷却速度是至关重要的,以使晶体在整个零件中一致形成。

流量不足

保持适当的模具温度,而加工开始与冷却剂在正确的温度,但涉及其他因素,以及。

冷却水也必须以适当的速度(gpm)流动,并具有足够的压力,以确保适当的湍流度。冷却剂的流动速率是基于必须提取的热量,单位水的传热速率,和冷却剂通道的大小。

计算部件的流量相对简单:

GPM = q / delta t x 500;Q =能量BTU / HR;Delta T(3°F)

q =材料的比热X BTU /射击(HR)

湍流不足

确保流动冷却剂的适当程度的湍流有点具有挑战性。

基本上,湍流流量迫使冷却水更多地“触摸”模具冷却通道的表面,从而最大化其热传递。一个湍流过小的冷却液流动可以成为“层流”或分层,这意味着与模具通道表面接触的水部分不会改变。manbets下载

层流在通道中心隔离水,防止它与模具接触,从而浪费了它的传热潜力。manbets下载

你可以通过雷诺数(Re)计算来计算冷却剂流动的湍流。

雷诺数公式
温度下流体密度x速度x管道直径/温度下流体的动力粘度=雷诺数

我们的目标是提供一个Re值介于4,000(湍流的阈值)和8,000(高度湍流)之间的冷却剂流动。(TCU或冷却系统中的循环泵是产生气流和湍流的关键。泵的尺寸是由它们产生的流量(加仑/分钟)决定的。

如果Re计算表明,没有足够的湍流通过模具通道,典型的解决方案是在更高的压力下泵送,这通常需要更强大的泵送。但是需要注意的是,更多的压力只会在一定程度上有所帮助:研究表明,湍流增加到8000以上会浪费泵的马力,并不能提供更多的冷却值。

模具设计问题

如果您的计算显示您为您的应用程序提供了合适的流和湍流,但是没有得到您所期望的冷却结果,那么工具设计可能存在缺陷。

There are a variety of causes, such as too few channels in the mold or tooling, channels that are too small in diameter, channels that are built too far from the surface in contact with the hot plastic, channels that don’t receive enough coolant due to design or flow problems or channels that have become clogged or narrowed by mineral build up.

在常规冷却通道无法达到成型表面某些特性的模具中,可以使用起泡器或挡板,这两种方法可以将冷却剂从主冷却剂通道以90°角度分流到模具更受限制的区域。然而,这两种方案都倾向于缩小流动面积,增加流动阻力,所以应该只在必要时使用。

不平衡流阀组

通过工具循环冷却液的最好方法是将它从进料流一侧的“平衡”歧管均匀地输送到另一侧的输出歧管。理想情况下,冷却剂应该一次通过工具,通过一个平衡的歧管,以确保类似的流量,通过类似大小的通道,带走类似数量的热量。

然而,不始终可以实现理想的流动,因此压力,传热和温度不平衡。例如:

    • 如果冷却通道的长度不同,那么冷却剂通过它们将变化,较短/自由流动的渠道倾向于从较长的渠道抢劫冷却剂,有较高的背压。为了解决这个问题,必须对进入的冷却剂歧管进行流量平衡,使用阀门将流量直接添加到更复杂的通道中,以便保持足够的热传递。
    • 如果离开一个通道的冷却液是通过模具重定向到第二次通过而不是输出歧管,其温度将增加并且其传热能力降低。这将在工具表面上产生热不平衡,因为即使是10度不平衡可能会影响部分冷却和质量,应尽快校正此误差。

无法“保持”稳定的模具温度

让我们说,您拥有过去提供良好温控的设备,但由于某种原因,只是无法持有稳定的温度。你找到了模具温度持续上升

很有可能您已经向您的系统添加了一些冷却负载——也许是一台或两台额外的机器。

如果是的话,你就去需要更多冷却能力应对。

注塑机附近的恒温器

“漏”模具

无法保持温度的另一个原因是一种在内部泄漏水的工具。

泄漏不仅会降低冷却效率,还会导致部件质量问题,如“水渍”。当水通过钢的裂缝渗漏到工具表面,与热塑料接触时,就会发生这种情况。manbets下载

在那里,它闪蒸到蒸汽和从部分表面取出塑料,留下美容缺陷,有时从冷却水中缠绕锈蚀或矿物沉积物。

漏水模具的理想解决方案在使用前,对表面进行返工,将裂纹焊接、抛光。

但是,如果该选项是不切实际的,您还可以尝试隔离漏电电路,然后在“负”压力上运行它。也就是说,您将其连接到配备负压泵的TCU,该泵拉动,而不是推动冷却水。这些Tcus(例如,ConairVacutRac™模型),配备了特殊的阀门,允许您“拨入”刚好足够的吸力,以解决模具泄漏,而不把多余的空气拉到您的冷却系统线路。

不同相的设备

由于塑料处理器有许多使用三相电源运行的重型设备,接线错误导致少数设备运行不相的情况并不少见。

一些设备用这种方式运行得还不错,但冷却泵就不行了。我不能告诉你多少次,我已经调查了故障设备或冷却问题的报告,只发现冷却泵接线不相,并在反向运行。

如果遇到突然的冷却问题,一定要这样做仔细检查一下,确保它不是由一个相对简单的接线错误引起的

水规模问题

水是一种廉价而又非常有效的传热介质.然而,普通的净水富含矿物质如铁,硫和钙,其恰好被像模具通道的内部那样被吸引到温暖的表面,用于喷射器或挡板周围的过渡区域,甚至是TCU的加热元件。

当矿物“棒”在这些表面上时,它们形成称为“规模”的沉积物。并且,如果允许缩放构建,它可以充当绝缘体,即减少热传递,所以随着时间的推移,模​​具不会尽快冷却,并且逐渐减少了热传递设备等热传递设备的效率。

当冷却剂系统有一个“闭合”回路时,结垢问题通常会减少在美国,由于这些电路不会流失或替换大量的水,因此矿物质含量不会随时间发生太大变化。然而,在依赖于蒸发冷却塔的“开放式”冷却回路中,结垢的风险显著增加。

冷却塔是一个非常有效和廉价的方法生产冷水,蒸发过程的结果在连续亏损纯水(蒸汽),必须换成普通,富含矿物质的水,所以矿物质的浓度与每个蒸发循环水增加/更换周期。因此,维护需求更大。

有多种方法可以处理缩放的冷却液流量问题:

  • 大多数处理器都把除垢当作一个PM活动。他们定期通过冷却系统、辅助设备和模具冲洗化学除垢剂,以减少结垢。
  • 有些组织在其冷却回路中使用脱盐水。虽然这可以显着降低与比例相关的模具维护和冷却问题,但这种方法更复杂,更昂贵,尤其是在大型操作中。
  • 根据我的经验,最好的机构也会定期测试模具冷却液的流动,当模具进入和退出使用时,将模具连接到泵送/流量测量工具。通过比较模具使用前后冷却液的流动情况,这些测试可以表明未来模具使用前需要进行化学除垢/除矿。这种方法消除了猜测,并保持模具和生产运行在可预测的最佳水平。

其他水质问题

不幸的是,Scale不是处理器遇到的唯一水质问题。任何水系统 - 无论是开放还是闭路 - 都能容易受到其他水质问题的影响。

因此,定期检查冷却水系统确保它保持适当的颜色/清晰度而且它没有异味,没有水垢,也没有大量的细菌。

执行冷却系统的周期性步行,包括定期流动测试,以检测可以通过缩放,泵或流量控制问题或供水问题的流速的任何减少,无论是在植物范围内的情况下冷却系统或服务各个机器的系统。