走进任何一家塑料加工厂,你都会看到它们:小的金属盒,通常有脚轮,固定在注塑模具上,挤压工具或挤压冷却槽上。很多都有标签调温器®.他们是什么?

调温器®是温度控制单元(TCUs)的知名品牌,于20世纪50年代首次引入塑料工业。Conair于1977年收购了这个品牌。这些年来,调温器tcu已经如此可靠和被广泛使用,以至于塑料加工者经常使用术语“Thermolator”,当他们谈论任何TCU。

无论如何,温度控制单元正是其名称所暗示的:一种用于在狭窄范围内调节过程温度的设备,以确保该过程的质量和效率。与机械散热的冷水机不同,TCU可以通过内部加热器提高温度并通过直接与较低温度的水交换或通过热交换器进行冷却。在高温应用中(300°F以上),一些可能会考虑热传递流体。

这些紧凑的装置包括一个泵,一个加热器,和一个冷却系统,以及电子设备,以确保在注射模具或任何正在使用的系统中达到和保持适当的温度。

为什么温度控制很重要?

无论采用何种工艺(成型或挤压),温度对聚合物的反应方式、流动方式、凝结或“收缩”成可从模具中取出或以其他方式处理的形状的速度和一致性都有关键影响。塑料的冷却会影响成品的许多不同属性,从表面光洁度到尺寸稳定性,再到其物理和机械性能。

在注射成型中,需要精确的温度控制,以使冷却足够迅速,以最大限度地减少循环时间,但又不能太快,导致传热相关的质量问题,如过冷或过冷导致聚合物流动不当。后一种情况适用于零件没有完全凝固,因此,粘在模具中或从模具中弹出后变形。当部分或全部模腔不能适当填充时,可能会怀疑过冷。表面细节可能无法完全复制,更糟的是,部分可能不完整(短镜头)。一般来说,模具温度高会导致聚合物冷却速度慢,这增加了零件的收缩,并导致零件粘在模具中。低的模具温度可能会使零件冷却过快,并导致模具内应力过大。

挤压的情况没有太大的不同,除了一个事实,直到最近,流行的假设是冷水移热更快,将允许更高的吞吐率。在某些情况下,这可能是真的,但挤压加工者仍然会遇到许多相同的问题,表面光洁度和尺寸稳定性,如果他们不小心。此外,当生产厚壁挤压件时,表面结构的快速冷却实际上可以隔离内部并阻止适当的冷却。在许多情况下,挤出机已经开始使用TCUs来提高冷却水的温度,以提供更可控的传热,以获得更好的结果,甚至更高的生产率。

TCU是怎么工作的?

有几种不同的基本设计用于温度控制单元,但如前所述,它们都有几个共同的组件:

  • 电加热器
  • 精密的控制器
  • 冷却阀控制水流

当然,泵负责冷却流体在整个过程中循环,并返回到TCU。达到指定的温度等过程——商品塑料聚烯烃为例,通常是在一系列冷却70至80°F(21 - 27°C)和工程材料尼龙或聚碳酸酯等可能是“冷却”100 - 200°F(38 - 93°C)——可能需要电加热器。当流体在整个过程中循环时,它不可避免地在返回到TCU之前从聚合物中获得热量。数字控制器将过程温度与指定过程温度进行比较,并可通过几种不同的方法之一启动冷却。当冷模具启动时,工艺流体几乎肯定需要加热,但一旦它达到适当的温度,热材料被反复注入,散热就成为更关键的任务。能够冷却和加热,使TCU保持一贯的理想温度。

TCU流体电路配置

直接喷射

直接注入:这是最简单的配置。它使用相同的源(冷水机、冷却塔或其他源)填充回路并将流体泵入流程。从过程返回的流体进入混合槽。如果需要提高流体温度,则加热元件接合以向流体增加热量。如果需要冷却工艺流体,电磁阀就会打开,从冷却器、冷却塔或其他水源“注入”冷却水,直到达到正确的温度。多余的温水从回路流出,流回冷却塔或冷水机。这些系统的工作温度通常高达121℃。

闭合电路

闭合电路:这种类型的电路也使用同一来源的工艺水和冷却水,但只是为了最初填充电路或弥补系统损失。因此,与其注入冷却水来降低工艺水的温度,倒不如使用一个铜板热交换器来冷却工艺水。这种设计最适合在冷却过程是关键的应用,因为它的热交换器提供了更多的传热能力比简单的冷却电磁阀使用的直接注射。闭路系统还可以耐受可能被污染的冷却水,并可以在高达300°F(148°C)的温度下运行。

隔离电路

隔离电路:顾名思义,这种TCU设计完全将工艺流体与用于冷却的水隔离开来。这两种流体永远不会混合,所以不同的流体可以用于工艺和冷却回路。如果使用传递流体或与乙二醇混合物作为工艺流体,则必须使用这种系统。隔离回路系统仍然使用热交换器(管壳式或铜焊板式),但来自冷水机或冷却塔的冷却水和任何污染都不会影响工艺回路。由于冷却电路是对大气开放的,这种配置限制在180°F(82°C)。

湍流

为了确保保持适当的工艺温度,TCUs不仅必须在适当的温度下提供传热流体,而且还必须提供“紊流”。“这很重要,因为当工艺流体流经模具的通道时,只有与冷却通道表面接触的流体才会容易地传递热量。”manbets下载如果流体移动得太慢,结果就是所谓的“层流”,它的特点是平滑、恒定的流体层,以整齐、笔直、不间断的流动方式流动。在层叠流动条件下,外部流体层隔离内部流体层和限制传热能力。通过冷却通道增加流体的速度就会产生“紊流”,这就会产生随机的涡流和其他流动不稳定因素,从而使流体层破碎。因此,整个体积的流体接触到冷却通道的墙壁和传热是最大限度的,导致更均匀的温度和更有效的处manbets下载理。

注意:不同类型的流体流动的特征是一个称为雷诺数的无量纲数,它是根据流体速度、内部通道直径和流体粘度计算的。低雷诺数时出现层流,4000以上时出现湍流。很明显,当涉及到计算在工艺条件下冷却模具所需的流体流量时,雷诺数是很重要的。

选择和调整TCU

一般来说,在选择和确定温度控制单元的尺寸时,最好是寻求设备供应商的专家的帮助。然而,您可以期待看到设计考虑,如泵尺寸,加热器容量,冷却能力和控制功能。有一些信息对最终决定至关重要。下面的描述假设一个注塑应用程序,但基本原则可以适用于任何过程。

  • 计算树脂负载
    根据聚合物材料的性质,不同的聚合物材料放出的热量也不同,在决定温控装置的容量时,必须考虑到这一因素。如果你使用多种材料,根据TCU所需的容量来确定最难冷却的材料。如果你的模具使用热流道,每千瓦的热负荷增加0.15吨的冷却能力。
  • 计算流
    如前所述,确保流体通过加热/冷却通道的速度足够快,以实现紊流是非常重要的。一般来说,这是一个介于4000到8000之间的雷诺数。知道树脂冷却负荷和工艺温度与工艺温度之间的差异(也称为“接近温度”),可以计算所需的流量(加仑/分钟或l/分钟)。然后,必须考虑冷却软管直径、联轴器的数量和尺寸等所造成的压力损失。TCU供应商提供的图表可以帮助您使用这些信息来确定所需泵的尺寸。
  • 泵的选择
    使用泵性能图表,您可以比较泵的性能曲线,您所选择的TCU型号的性能(压力/流量),您需要。选择在其性能曲线的“中间”提供所需压力/流量的泵,这样泵电机和密封件就不会有过应力,泵的使用寿命更长。
  • 冷却阀
    冷却阀的选择是基于总吨所需的冷却和接近的温度。重要的是要记住,泵本身对总热负荷有贡献。总冷却需求是树脂负荷加上泵贡献的热负荷的总和。此外,还可以根据接近温度和所需冷却总量来帮助确定冷却阀的理想尺寸。调节阀,不同于简单的开关电磁阀,有助于消除工艺电路中的热冲击。
  • 加热器大小
    如上所述,在启动冷模时需要加热器,以便将其提高到加工温度。加热器的尺寸(kW)是根据模具的尺寸,制作模具的材料和加热模具需要的时间来确定的。

充分利用供应商的专长

用于尺寸和选择温度控制单元的基本原则是相对简单的,并且已经建立了多年。你可以在Conair网络研讨会上找到更详细的解释。”温度控制器的好处和如何选择一个系统。“然而,在理解和调整TCU以满足特定处理应用的微妙之处时,经验是不可替代的。

TCU技术是不断变化的,特别是在控制领域,今天提供了各种各样的方便功能,诊断功能和通信协议。在换热器的设计中,有不同类型的加热器控制和替代方案。

因此,我们始终建议您寻求a的建议Conair员工专家或者你的当地的销售代表在做最后决定之前。

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什么是温度控制单元,它们是如何工作的?

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