热平衡计算剖析.docx
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热平衡计算剖析
进入模腔的总热量
2.热平衡计算单位时间内熔体固化放岀的热量等于冷却水所带走的热量
⑴GinQ11-1)
(公式in式中:
——进入模腔的总热量()
inhKJ/Qn——每小
时注射次数titkgKJ/4-2-13――塑料熔体进入模腔时
()塑料热含之差
()及冷却结束时()
查图1max1minLtt)iC(公式计算)。
(公式11-2E1max1minpC;平均比热,查表
4-2-4pL。
4-2-4()――潜热,查表kg/kJEGkg――每次注射量())(公式11-3⑵模具
散热量
QQQQLRcout1)对流散发走的热量
t
FQ
t
11-4)
(公式
02m1cKJ/hQ――对流散发走的热量(
式中:
)C
Att
――传热系数(公式
11-5)
101m12tF2m4-2-6
)――模具表面积(一模具平均温度(C)查表
m2t
—室温
(C)
0'''FFF(公式
11-6)
F'''F为模具对合面积;为模具四侧面积,
III
(公式为开模率
11-7)'''''注射周期
制件冷却时间,注射时间,e
360A4.1868(0.25)让300m21
当0<<300C时,由实验得:
tm2
2)制品所需冷却时间计算
冷却时间定义:
从熔体充满型腔起,到可以开模取出制件止的这段时间。
常以制件巳充分
凝固,具
有一定强度和刚性为准,具体的标准为:
(a)制件最厚部断面中心层温度冷却到该种塑料的热变温度以下所需的时间。
(b)制件断面的平均温度,冷却到所要求的某一温度以下所要的时间:
(c)某些较厚的制品,断面中心部分尚未凝固,但有一定的壳层已经凝固,此时取岀制品,可
不产
生让大的变形,这段时间也可定为制件的冷却时间。
(d)结晶性塑料制件最厚部位断面的中心层温度,冷却到其熔点以下所需的时间。
2)制品所需冷却时间计算
1可查表4-2-5确定
2可理论计算
制件最厚部断面中心层温度冷却到热变温度以下所需的时间。
2t4TT-wmln(公式11-8)——2T-kTwst--制品
的壁厚,mm
w「-塑料熔体温度,C表4-2-6
mT--塑件的热变形温度,Cs24-2-4
表塑料热扩散系数,mm/s--3)由辐射散发的热量
44t273273t'0m2QF(公式11-9)
R100100
h/KJQ式中:
)——由辐射散发的热量(R'F2m——为模具四侧面积()2
£——辐射率,磨光面0.04〜0.05
一般加工面0.8〜0.9(取一般加工面)毛坯1.0
t室温t平均模温表4-2-62mo
4)向注塑机工作台面所传热量
(公式11-10)'''ttFQ3.6°2mL
KJ/h)——向注塑机工作台面所传热量(式中:
QL22m//mWWC)合金钢
传热系数,普通钢a=140(a=105(C)
—IF'''2m)——模具与工
作台接触面积(
⑶热平衡条件
QQQQQQQ模具需设计冷却系统当inoutinLcoutRQQQQ模具不需设计调温系统
模具需设计加热系统当当inoutinout2•冷却回路的尺寸确定QQQQQ当模具需设
计冷却系统inoutoutinQQ和凸模带分解为凹模带走的热量由于动定模的冷却水道是分别设
置的,因此应将laQ走的热量,由经验得:
TQQQQ;(公式;11-11=0.6)=0.4TA1)
冷却水用量计算
wtC柿°血Q冷却水每小时从模具所带走的热量,
m冷却水每小时用量,KJ/hwc冷却水比热容,
温度,Coutt进入模具的冷却水温度,cin3
2)冷却面积、管径、流速确定d管径(m、V流速(m/s)(查表6-4可得)
1)(冷却面积计算)
tKJ/hQA
冷却水从模具中带走的热量为:
)
(公式11-13ttt-0.5-ttt-
t模具温度,C
表4-2-6
incpmoutmmt模具与冷却水的平均温度差,C
冷却水平均温度,
C
tcp2L/d>50m长
径比「C)A管道的有效冷却面积,
冷却水的管壁传热系数,
KJ/
(m・h的细长冷却水管,
载热模具管壁对冷却水的传热系数
0.8v3.6Aoo.2d
dnAL简单粗略计算
QL理论计算
5)紊流计算(管径d,最低流速u,)
计算在紊流状态,冷却水的体积流量V和相应的管径
3m1000kg/m每小时用量由于水的密度wmQw3q(公式11-15)(m冷却水
的体积流量/min)mvw60ttC圖“由紊流体积流量q,查表
4-2-2得处于紊流状态的管径d(mm)。
vd4圆管中紊流状态雷数的计算式:
10Re粘度m/su:
管中的最低流速()444^0.0202(m/s
冷却水从模具中带走的热量为:
tt-0.5tt-ttKJ/htAQinoutmmcpoutt:
模具温度,°C
t:
冷却水平均温度,Ccpmt:
模具与冷却水的平均温度差,C
2•h•C):
冷却水的管壁传热系数,KJ/(m2管道的有效冷却面积,A:
m长径比L/d>50的细
长冷却水管,载热模具管壁对冷却水的传热系数
0.8V0.2d----冷却水密度v:
流速,(m/s)式中,d:
管径,(m
:
与冷却水温度有关的物理系数,可查表求。
冷却回路计算示例
有一成型高密度聚乙烯食品盒模具,每一模一件,塑件壁厚为1.9mm。
工艺设计参数:
注射量,kg/次0.186
每小时成型次数180
每小时注射量33.48
5
比热,KJ/kg•C2.302
潜热,KJ/kg243
成型时间,秒/模20
热平衡设计:
1)冷却水用量计算
2)冷却面积计算
3)冷却水体积流量计算及冷却水管径确定
4)紊流计算
5)冷却回路长度计算
6)冷却回路压降计算
加热或冷却方案初定
查表4-2-6高密度聚乙烯模温50〜70C一般要求设计冷却系统;模温取值偏低值,为
38C
查表4-2-6高密度聚乙烯塑料熔料温度150C〜260C取稍高值,为230C
取水温低于模温14C,为24C。
根据塑件的质量要求,拟控制各条冷却回路的岀入口温度为3C
查表11-5高密度聚乙烯热变形温度60〜82C
模具外形400X400X400(mm)
现拟岀具体使用参数如下:
230
38
80
0.186
33.48
熔料温度,C模温,C塑件脱模温度,C注射量,kg/次每小时注射量,
比热,KJ/kg「C2.302
潜热,KJ/kg243
成型时间,秒/模20
每小时成型次数180
水温C24
平均水温C26
6
计算步骤如下:
1.热平衡计算⑴进入模腔的总热量
200881866000.QniG180hKJ/))(公式11-1(inQhKJ/)in――进入
模腔的总热量(
n180
――每小时注射次数it)塑料热含之差(一一塑料熔体进入模腔时()及冷却结束时()
kgKJ/t1min’max4-2-13查图
Lt)(iCt。
(公式11-2)E1minp1maxttkgKJ/kgKJ/))=200查图确定=800
((1max1min600200i800()kg/KjQQQQ(公式11-3)⑵模具散热量LcoutR
对流散发走的热量1)h/KJ10418tt886.580QF.
(11-4))(公式021cmQh/KJ――对流散发走的热量()式中:
C586.3820tAt1.55
11-5)—传热系数(公式伽112=1.55a1360)4.1868A(0.251300tm2
F24-2-6
38C)查表模具表面积(一模具平均温度()tmm2t20(C)—室温0''F'FF(公式
11-6)0.3=0.88X4+0.4X2X0.4=0.4X''F'F为模具对合面积;为模具四侧面积,
当0<<300C
"注射周期20秒4-2-5,制件冷却时间12秒,。
注射时间2秒,查表t,
时m2360A4.1868(0.25)由辐射散发的热量2).1300恤
4444
38273273273t20273t
02m210.0.6480.F15.9QF
h/KJ
R100100100100
(公式11-9)Q——由辐射散发
的热量(式中:
)hKJ/R'F2mX4=0.64
()――为模具四侧面积0.4X0.40.05
0.04辐射率,磨光面£1.0毛坯〜0.9(取一般加工面)一般加工面0.84-2-638
表室温20t平均模温t2mo
3)向注塑机工作台面所传热量h/KJ()
“29033290723Q.60Ftt.36140F3820.02mL
)(公式11-10h/KJQ――向注塑机工作台面所传热量()式中:
L22m/m/WWC)aC)合
金钢a传热系数,普通钢a=140(=105(2m'"F()0.4模具与工作
台接触面积0.4XX2=0.32QQQQh/KJ10.2'+2903=3107()=104+
LoutRc热平衡条件QQQQQQQ模具需设计冷却系统当
inLRoutCinoutQQQQ当当模具不需设计调温系统模具需设计加热系统inoutinout2.冷却
回路的尺寸确定QQQ=20088-3017=17071KJ/h
outinQQ和凸模带分解为凹模带走的热量由于动定模的冷却水道是分别设置的,因此
应将LA8
Q,由经验得:
走的热量TQQ=6828KJ/h
=0.4aQQ=10242KJ/h(公式11-11=0.6)t1)冷却水用量计算
t-ctQminoutww17071Q3611.m311-12)m/h(公式
w4tt.C1810003inoutwQKJ/h
冷却水每小时从模具所带走的热量,m”h
m冷却水每小时用量,wCKg「C)冷却水比热容,4.18KJ/(wt24C模具的岀水温
度outtC进入模具的冷却水温度27in可得))(查表6-4m)、v流速(m/s2)冷却面积、管径、
流速确定d管径((冷却面积计算)KJ/htA17071Q)(公式11-13
冷却水从模具中带走的热量为:
t-0.5-ttt-tt4-2-6
表t模具温度,C=36.5Cinmoutmcpmt模具与冷却水的平均温度差,Ct
冷却水平均温度,CcP2•C)-h冷却水的管壁传热系数,KJ/(mt22管道的有效冷却面积,)
=0.044mmA=17071/(X长径比L/d>50的细长冷却水管,载热模具管壁对冷却水的传热系数
80.80.5210000v.1066173.6.3.6A95
02O20010.d
冷却水密度----(查表6-4)m/sv=0.52()流速,式中,4-1-1=7.95A6-4)
水的热导率C,比热容及粘度均是水温的函数。
Q40&CW0230OA00.4
)冷却回路长度计算3LdAn简单粗略计算
044.0A7.L0dn,01.02)冷却回路压降计算
42dip32L)(公式
变化或改变方向引起局部阻力的当量长度(式中:
t水在时的密度(kg/mp5mm/s)水的流速v
11-14eLeO――冷却回路因孔径
m)2/s)时的运动粘度(n水在tmsm3)
(
10
11
環丙诺(FP)
IGO—260
聚酰胺(PA)
刘0〜MO
55〜E5
聚甲醛(POM)
•—■————-■—-—_____—l■
1SO™22Q
80〜<20
聚濮酸睹<rc)
280^320
醋酸纤堆素(CA〉
160〜250
-
90—120
珑聚氯乙烯(RPVC)
■J~—1—■~————■■■Ji_一_一,_一_..
180-^210
4Q~GU
软聚氯乙M(FPVC)
170—j90
45—60
冇机玻璃)
230—270
胡〜60
氮化聚64(CPE)
190—210
40G0
表4一各种料材斛的成型溫度与
桂料.名祢
材料温度(°
1
聚苯乙烯(FS〉
200〜250
AS树脂(AS)
1200—260
ABS树脂(ABS)
■
—*”.””i—”—"^―-”iIM■■■i—_
200〜230
丙烯酸树脂
■im■■:
:
■■..jba.
1&0~药0
栄7U(PF、
13
14
2豊孑
4師
15a(fcyaw
PAfiBJ
乂
dpTFE
BOO
m
200
Cb>
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