制模工程師認為好的冷卻設計是工具車間的報價表中本來就有的锹嫌。工具車間通常不優(yōu)先考慮模具冷卻拒惯，其設計者也不一定對熱傳輸問題非常在行。他們的長處是切割鋼鐵并以盡可能經(jīng)濟的方法生產(chǎn)模具铺坞。每一方都認為另一方負責而實際上哪一方都沒有負責起宽，這個工業(yè)鏈中的斷層導致的是一種潛在的成本。部件冷卻不足會增加循環(huán)時間、廢料和尺寸問題坯沪。

　　而且绿映，對于尺寸相似的部件，每一個制造過程的冷卻負載可以有很大的不同腐晾。比如叉弦，一個吹制部件只能在外表面冷卻。該部件的內(nèi)表面是一個空心腔體藻糖。因此淹冰，內(nèi)表面無冷卻的可能性極小。對于吹制模來說巨柒，部件的冷卻全部在該部件外壁方向樱拴。把一個噴射成型部件和一個厚度完全相同的吹制部件相比，冷卻發(fā)生在該部件的兩側(cè)洋满。噴射成型部件會冷卻的非尘牵快，從而循環(huán)時間也更短居然。因此奖肋，對于每一工藝類型冷卻部件所使用的技術(shù)必須很好地策劃以保證競爭優(yōu)勢。

　　吹制模具制造還有一段使用“浸入加工”的歷史郑喊。這種方法涉及使用有供水流通過的大開孔鑄造模具遣拔。然而，這些系統(tǒng)把冷卻水集中在部件的關(guān)鍵部位比如壁厚較大的部分或者尾部毛邊族焰。這種技術(shù)不能提供用于最大熱量傳送的水的湍流台古。切鋼工具中一種鉆制的水路系統(tǒng)允許最佳的流量通過水路并且允許選擇在最需要冷卻的位置布置水路。建議在要求高性能冷卻和明確溫度控制的所有系統(tǒng)中使用鉆制水路系統(tǒng)蚊凫。

　　模具冷卻的重點可以概括為下列5個類別：

　　1盲赚、模制塑料的熱性能和模具的建造材料。

　　2肛英、 從熔體準備到冷卻循環(huán)時間的能量平衡膘椿。

　　3、 冷卻劑流速對傳熱效率的影響林索。

　　4笙隙、模具溫度調(diào)節(jié)器的選擇。

　　5坎缭、 最佳模具冷卻的設計慣例竟痰。

　　第一位的是理解與傳熱有關(guān)的部件——從熱塑料部件到工具鋼——的熱性能，最后才是對冷卻介質(zhì)的理解掏呼。不同塑料制品的熱含量以及不同類型模具材料（鋼材坏快、合金铅檩，等等）的傳熱率有很大的差別，這一點沒有得到普遍認識莽鸿。

　　塑料的熱含量

　　在估計模具溫度調(diào)節(jié)器大小以及設計塑料模具冷卻系統(tǒng)時昧旨，塑料的熱含量通常是一個不被考慮的參數(shù)。每一種塑料都要求有一個特定的能量（每磅）以塑化固體樹脂顆粒祥得。這樣的例子包括：

　　同樣兔沃，為了形成一個穩(wěn)定的部件，這個等量的熱能必須被除掉级及。根本上講乒疏，輸出的能量必須與輸入的能量相等。注意所有晶體材料的塑化要求的熱能幾乎是非晶體樹脂的一倍饮焦。這在熔體準備時通常沒有問題奥债，盡管給料螺桿結(jié)構(gòu)會影響熔體的準備。但是揖姆，對于烯烴材料而言兩倍的熱量必須被除掉，而且就具有競爭性的非晶體樹脂而言通常還是在同一個循環(huán)時間內(nèi)援漓，它確實含有這一層意思眼厕。因此，這種工具對烯烴樹脂就要求較多的模具冷卻以使循環(huán)時間保持競爭性标康。這些樹脂的結(jié)晶度使這一點成為一個非常重要的問題半就，因為除熱速度太慢會影響晶體增加并影響制成品的翹曲和尺寸的穩(wěn)定性。

　　由于很多工業(yè)企業(yè)把ABS或者PC方面的工程師轉(zhuǎn)到像PP類的樹脂方面胃肖，這明顯表示模具冷卻變得比以往任何時候都重要了吸自。

　　典型模具鋼種的傳導率

　　典型模具材料的熱傳導率（K）有很大的差異。K是熱量能夠在材料中行進（傳輸）的速度徊激。這值越高窥扭，熱量的傳輸就更加有效。這個單位僅僅表示每單位時間可測量的熱的數(shù)量贿汞，其他的特性保持不變逼肯。

　　銅是一種非常優(yōu)秀的傳熱材料（是P20的10倍），鋁也是桃煎。然而篮幢，兩種材料都比較軟，都不用于大批量的生產(chǎn)工具为迈。鈦是一種熱傳導率非常低的硬金屬三椿。這種較差的熱傳導特征使得它能有效地用作熱轉(zhuǎn)動系統(tǒng)中的絕緣板。如果在某關(guān)鍵區(qū)域要求的熱傳輸量很大葫辐，鈹銅合金是最好的搜锰，它結(jié)合了優(yōu)秀傳熱性能和硬度兩個特征伴郁。

　　水與熱量傳輸

　　毫無疑問，模具冷卻最重要的并且完全在我們控制之中的一點是冷卻劑的流速纽乱《暌铮回憶一下熱傳導率圖表，水（靜止的）傳熱效率不及P20鋼的1/50鸦列。因此租冠，水在熱傳輸問題上是一個限制因素。然而策退，流動著的水因為湍流有相當好的傳熱性能电味。湍流使得冷卻劑能夠混合并能把熱量從冷卻通道驅(qū)散。湍流可以從雷諾數(shù)計算而得跑腮。這是一個以通道直徑晌箍、冷卻劑速度和冷卻介質(zhì)粘度為基礎(chǔ)的沒有單位的值。大于5,000表示湍流和優(yōu)秀的傳熱性能帮冶。湍流越多剿恬，傳熱效率越好。

　　對于一個給定的現(xiàn)有工具隧帜，管子直徑不能改變铡暂，冷卻劑保持不變，因此豫柿，只有改變冷卻劑流速來積極地影響雷諾數(shù)倡油。速度是GMP。增加GMP既能極大地改善從鋼到冷卻劑的熱傳輸效率剧灰，也能改善模具溫度調(diào)節(jié)器兩端的溫度差（△T）栓栋。使GPM最大化是最佳冷卻的極好方法。

　　最終結(jié)果是湍流改善了熱傳輸?shù)乃蟹矫嫦坏酢Ｒ虼巳宸鳎热煌牧饕蟮睦鋮s劑流速較高，GMP應該總是盡可能地大缀去。

　　強烈建議重要工作上使用的所有模具溫度調(diào)節(jié)器安裝一個內(nèi)置流量計侣灶。

　　溫度調(diào)節(jié)器的選擇

　　從模具上要消除的熱量的多少因所加工樹脂的不同而不同。此外缕碎，熱量消除的速度也因模具建造材料的不同而有差異褥影。因此，確定模具溫度調(diào)節(jié)器必須考慮所有這些變量咏雌，否則可能造成選定的調(diào)節(jié)器偏小凡怎，從而導致循環(huán)次數(shù)過多。

　　輸入的熱量永遠等于輸出的熱量赊抖。如果冷卻系統(tǒng)或者模具冷卻結(jié)構(gòu)不充分统倒，能量還會找到一種釋放途徑寨典。然而，這一般是借助于工具兩邊的模具溫度調(diào)節(jié)器房匆，否則耸成，部件會因過多的殘留熱量而脫模，或者必須延長循環(huán)時間以便有足夠的時間消除熱量茬麻。造成的困難是要在正常條件下使所有的能量釋放出來台泥。

　　冷卻管線的布置

　　在模腔中布置冷卻管線和型芯鋼時請考慮實際的部件結(jié)構(gòu)。司空見慣的作法是模譬，管線的布置在所有其他的設計問題之后必胜，并且通常沒有通過好的管線布置使冷卻達到最佳的這個選擇余地。請在設計的早期階段預先考慮這些問題啥读。如果部件有較厚部分誓梦，那么請考慮把該管線布置得稍微靠近墻壁一點或者布置兩個小直徑管線代替一根管線。深型芯的冷卻一直是一個難題然枫。隨著部件的冷卻夯饲，它將向型芯上收縮并脫離模腔。因此雾诈，80%的冷卻來自型芯鋼暂一。然而型芯的表面與體積比最小（與模腔比較而言）脾婚，并且在這個狹窄的空間里獲得充足的冷卻水非常難。這可以解釋為什么很多型芯運行時溫度很高罢猪。

　　當簡單通道的冷卻變得困難時近她，還有其他方法選擇。像型芯這樣難以冷卻的部位可以用隔板膳帕、起泡器和熱管來冷卻粘捎。但是需要注意的是，每種選擇有很多不同的設計危彩，很多設計只是代表工具車間在價格較低的競標報價中提供的最低的成本標準條款攒磨。最好是規(guī)定設計結(jié)構(gòu)而不是依賴于工具車間在冷卻上的經(jīng)驗。很多工具車間對優(yōu)化模具冷卻知之甚少汤徽，而多數(shù)模具制造商想當然地以為工具車間提供的模具能夠完美地冷卻娩缰。對幾家知名工具公司最近的調(diào)查證實，模具冷卻是他們最后考慮的問題而且他們通常使用的僅僅是標準慣例谒府。

　　隔板和起泡器在結(jié)構(gòu)和目的上是非常相似的拼坎。兩者都從局部的冷卻通道中汲取冷卻水并把它分配到像型芯這樣難以抵達的部位。在隔板中完疫，水流入鉆制通道再流入型芯中心泰鸡。通道被一個鋼制隔板分成兩半债蓝，這使水能從一側(cè)流入并從另一側(cè)返回。隔板沒有抵達通道底端障翼，從而允許水流通過缚宜。好的結(jié)構(gòu)能保證半塊隔板的橫截面積最小。這可以使局部流速達到最大從而形成湍流谚茅。

　　安裝管道時型圈，使用較多的是用并流而不是串流。串流從一端進入裸努，在出來之前通過整個工具芦终。這種設計導致的壓降最大并且工具兩端的△T很大——部件兩端的溫度不均勻，存在潛在的變形可能垃桨。并流能使△T最小眉堪，從而保證了工具兩端溫度均勻。采用并流工具兩端的壓降也很低器赦。

　　切實可行的模具設計

　　GPM——或者局部冷卻劑壁流速度——是優(yōu)化模具冷卻最重要的因素奉堵，這一點是已經(jīng)確認了的。那么刚垦，是什么阻礙著對GPM的優(yōu)化抚垃？答案是壓降。流道中任何不必要的限制都能降低GPM趟大。每一個軟管接頭鹤树、彎管、扭接軟管逊朽、軟管過長等等罕伯，都能構(gòu)成壓力損失的因素，因此叽讳，降低了GPM追他。限制物和壓降太多會使GPM接近于0。一旦流量達到如此地步岛蚤，再也不會有湍流產(chǎn)生邑狸，熱量傳輸會大幅度降低。要平衡輸出涤妒、輸入能量单雾，回流冷卻水溫度要上升。由于部件兩側(cè)的溫度變量過大她紫，這個增量會引起部件尺寸不穩(wěn)定万窄。

　　壓降越大，模具溫度調(diào)節(jié)器中要求的泵的功率也越大仪荞，這樣才能使流速保持一致付忆。相反督近，如果現(xiàn)存系統(tǒng)中的限制物可以被消除，那么泵能提供的GPM就更多（這是自由熱傳輸）艺退。這就好比一輛獲得了更大里程的氣動汽車笋途。

　　理解從模具溫度調(diào)節(jié)器上可獲得的GPM的一個最大誤解是供貨商只提供泵曲線。工具車間永遠不會提供工具的系統(tǒng)曲線与钳。比如隅凡，一臺額定容量為25psi的40GPM泵并不表示它能產(chǎn)生40GPM。該工具的壓降不知道精柒，所有的軟管接點也不知道绵捡。這個很容易判斷，實際上探九，所有的工具車間都應該在向模具制造商發(fā)貨時提供這個數(shù)據(jù)安揣。泵是發(fā)動機而工具是車體。這兩者之間必須相互匹配以便判斷所得到的性能舶衬。大的重型車上配一個小的發(fā)動機將無法工作埠通。同樣地，過小的溫度調(diào)節(jié)器泵在多限制物的大工具中不會產(chǎn)生湍流逛犹。工具特性曲線必須與泵的曲線相匹配端辱。

　　既然限制物影響GPM，如果某天工具和好的模具調(diào)節(jié)器連接虽画，另一天與不同直徑的軟管連接舞蔽，再一天與不同長度的軟管連接，那么码撰，GPM每天都要變化喷鸽。湍流變化、熱傳輸變化灸拍、冷卻效率變化——最終會慢慢地影響部件質(zhì)量。

　　而且砾省，既然限制物應該保持為最少以保證GPM為最大鸡岗，那么，應該把這些最小量的限制物只布置在腔體和型芯里编兄，這是一條很好的規(guī)則咕烟。這些部位是湍流最大位置之所在，也是使用限制物最少的結(jié)果淀祟。在不需要熱傳輸?shù)牟课槐热缏?lián)軸器憎对、減壓器等形成湍流是沒有意義的而且這還會消耗泵的功率。

　　最佳的模具冷卻設計建議

　　流速 (GPM) 的判定

　　最小 GPM = 3.5 x 管子內(nèi)徑 (以便獲得好的雷諾數(shù) #)酌铺。 還要考慮消除所有熱負載需要的GPM散岩。 必須能夠從Thermolator上得到較大的值：

　　● 10根平行排列的1/2”管子

　　● 到公用集合管的長度相等

　　● 部件重量：3 磅酿乾； 循環(huán)時間：47 秒； 樹脂： ABS,

　　● Thermolator△T 目標為 3°F

　　要求的最小GPM是多少萌圣？

　　每一條管線要求1.75GPM以便獲得好的雷諾數(shù)渣蒙。

　　因此：10 根 x 1.75 = 17.5 GPM.

　　必須判定的還有熱負載：

　　● ABS = 150 BTU/lb. @ 3 lb. 的部件 每47秒

　　● 熱負載 = 3 x 150 x 3,600/47 = 34,468 BTU/hr。

　　● 回想 thermolater 熱負載 = M x Cp x (Tout - Tin)低海。

　　● 因此缔寒， 34,468 = M x 0.98 BTU/lb. - F x (3°F)。

　　● 求出 M (每小時的質(zhì)量流量) 11,724.

　　● 轉(zhuǎn)換成 GPM (x 1/500) = 23.5 GPM.

　　● 采用這兩個GPM之和中最大的一個顿蝇。

　　工具車間建議：

　　設計湍流的所有通道

　　● 3.5 x 管子直徑 = 湍流

　　在熱傳輸區(qū)域使用最少量的限制物感细。

　　已知部件熱負載。

　　向模具制造商提供最小的GPM

　　● 保證工具的正確運行票彪。

　　● 用于選擇模具溫度調(diào)節(jié)器红淡。

　　在集合管兩端使用低壓降。

　　提供一條“工具特性”曲線抹镊。

　　小結(jié)

　　湍流是最重要的锉屈；

　　在腔體或型芯中使用最少量的通道開口；

　　使模具兩端的△T最大為5°F垮耳；

　　以熱負載或雷諾數(shù)為基礎(chǔ)颈渊，采用最小的冷卻劑流速；

　　預測熱點——使用充分的冷卻對策终佛；

　　冷卻時間由部件厚度和結(jié)構(gòu)決定俊嗽。

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