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10. 排气系统设计
塑料注塑模具的型腔，在熔融塑料填充过程中，除了模具型腔内有空气外，还有因塑料受热而产生的气体，尤其在高速注射成型产生的气体更多，排气系统对确保塑件成型质量起着重要的作用，排气方式有以下几种。
(1)利用排气槽。
(2)利用型芯、镶件、推甘等的配合间隙；利用分型面上的间隙。
(3)对于大中型、深型腔塑件为了防止塑件在顶出时造成真空而变形，需设进气装置。 本书设计的模具不是大型模具，并且分型面位于熔体流动末端（如下图），可直接利用分型面间隙排气，不必专门设置排气槽和进气槽。
图15 排气位置（分型面）
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11. 温度调节系统设计
模具成型过程中，模具温度会直接影响到塑料熔体的充模、定型、成型周期和塑件质量。模具温度过高，成型收缩大，脱模后塑件变形大，并且还容易造成溢料和粘膜；模具温度过低，则熔体流动性差，塑料轮廓不清晰，表面会产生明显的银丝或流纹等缺陷；当模具温度不均匀时，型芯和型腔温差过大，塑料收缩不均匀，导致塑料翘曲变形，会影响塑件的形状和尺寸精度。综上所述，模具上需要设置温度调节系统以达到理想的温度要求。PP推荐的成型温度为160-220℃，模具温度为40~80℃ 。
11.1对温度调节系统的要求
（1） 根据塑料的品种确定是对模具采用加热方式还是冷却方式；
（2）希望模温均一，塑件各部同时冷却，以提高生产率和提高塑件质量； （3）采用低的模温，快速，大流量通水冷却效果一般比较好； (4)温度调节系统应尽可能做到结构简单，加工容易，成本低廉；
(5)从成型温度和使用要求看，需要对该模具进行冷却，以提高生产率。
11.2冷却系统设计：
11.2.1 设计原则
（1）尽量保证塑件收缩均匀，维持模具的热平衡；
（2）冷却水孔的数量越多，孔径越大，则对塑件的冷却效果越好；
（3）尽可能使冷却水孔至型腔表面的距离相等，与制件的壁厚距离相等，经验表明，冷却水管中心距B大约为2.5~3.5D，冷却水管壁距模具边界和制件壁的距离为0.8~1.5B。最小不要小于10。
（4）浇口处加强冷却，冷却水从浇口处进入最佳；
（5）应降低进水和出水的温差，进出水温差一般不超过5℃
（6）冷却水的开设方向以不影响操作为好，对于矩形模具，通常沿宽度方向开设水孔。
（7）合理确定冷却水道的形式，确定冷却水管接头位置，避免与模具的其他机构发生干涉。
11.2.2 冷却时间的确定
在对冷却系统做计算之前，需要对某些数据取值，以便对以后的计算作出估算；取闭模时间3S，开模时间3S，顶出时间2S，冷却时间30S，保压时间20S，总周期为60S。
其中冷却时间依塑料种类、塑件壁厚而异，一般用下式计算： 28T?TSt冷=2㏑[2·SM]
?2TE?TM??22
=6/(3.14×0.07)㏑[8/3.14×(200-50)/(80-50)]
= 73（S）
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式中：S——塑件平均壁厚，S取6mm；
?——塑料热扩散系数(mm2/s)，?=0.07； TS——成型温度160-220℃，TS取200℃； TE——平均脱模温度，TE取80℃；
TM——模具温度40~80℃，TM取50℃。
由计算结果得冷却时间需要73 S，这么长的冷却时间显然是不现实的。本模具型芯中的冷却管道扩大为腔体（如下图），使冷却水在型芯的中空腔中流动，冷却效果大为增强。参照经验推荐值，冷却时间取30S即可。
图16 型芯冷却水路
11.2.3 塑料熔体释放的热量
Q1 =nG CS(t1－t0)
=60×217.6×10?3×1.9×（220－60）
=3969.02KJ/h
式中：n——每小时注射次数， n=60 （次）；
G——每次的注射量(KG)，G=217.6×10?3； CS——塑料的比热容(KJ/KG·℃)，CS=1.9；
t1——熔融塑料进入型腔的温度℃，t1=220； t0——塑件脱模温度℃，t0=60。
11.2.4 高温喷嘴向模具的接触传热
Q2=3.6AZ??(t1－t2)
=3.6×4069×10?6×140×（220－50）
=348.63 KJ/h
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式中：AZ——注塑机的喷嘴头与模具的接触面积（m2），AZ=4069×10?6m2（AZ=4?R2
=4×3.14×182=4069×10?6m2，R=18mm注塑机喷嘴球半径，）；
?——金属传热系数 ?=140(W/ m2?℃)；
t2——模具平均温度℃ t2=50 ；
t1——熔融塑料进入型腔的温度℃ t1=220。
11.2.5 注射模通过自然冷却传导走的热量
（1）对流传热
Q对=h1?Am( t2－t3) 4=5.35×0.203×（50－20）3
=112KJ/h
360 式中：h1——传热系数（KJ/ m2? h ?℃），h1=5.35（h1=4.187(0.25+)= 4.187
t2?300360×（0.25+）= 5.35）；
50?300 Am——两个分型面和四个侧面的面积m2，Am=0.203【Am=（Am1）+ (Am2)?nk = 0.097+0.22×0.48=0.203，Am1=2BL=2×220×220×10?6=0.097
m2； Am2=4BH =4×220×250×10?6=0.22m2）；B模具宽度m m，B=220；
t?(t注?t冷）L模具长度m m，L=220，开模率nk= =（60-31.5）
t/60=0.48】；
t2——模具平均温度℃，t2=50；
t3——室温℃，t3=20。 （2）辐射散发的热量
273?t34273?t24Q辐=20.8 Am2??[()－()]
100100273?504273?204=20.8×0.22×0.8×[（）－（）]
100100=128.7 KJ/h
式中:? ——辐射率，一般表面?=0.8~0.9；
Am2=0.22；
（3）工作台散发的热量
Q台=h2?A接( t2－t3)h2 = 502×0.0484×（50—30）
=485.94 KJ/h
式中:传热系数——h2=502KJ/(m2?h?℃)；
A接 ——模具与工作台的接触面积m2，A接=0.0484；
[A接=bl= 220×220×10?6=0.0484;b模具与工作台接触宽度m m，b=220;模具与工作台接触长度m m,l=220。]
从计算的结果看，工作台散发的热量比塑料熔体释放的热量还多，这显然是不正确的，说明了Q台的计算结果错误。这是因为有关Q台的计算参考资料很少，计算中有很多地方不规范。简单的计算以塑料熔体释放出的热量Q1为总热量，这些热量全部由冷却介质带走，这些热量应分别由凹模和型芯的冷却系统带走，实验表明，约1/3的热量被凹
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模带走，其余由型芯带走。模具应由冷却系统带走的热量：
Q冷=（Q1+ Q2）－（Q对+ Q辐+ Q台）
由于现在无法得到Q台的正确值，所以计算以简单计算原则，取Q总= Q1。
11.2.6 冷却系统的计算
型腔内发出的总热量（KJ/h）：
Q总= n G Qs
=60× 217.6×10?3×300
=3916.8
（1）每次需要的注射量（KG）——G=217.6×10?3
（2）确定生产周期（S）——t=60
（3）塑料单位热流量（KJ/h）——Qs=280~350；取Qs=300 （4）每小时的注射次数——n=60
从计算结果看，Q总与Q1相差不多但不相等，这是因为Q1涉及的因素较多，所以应该应该取Q总来计算。
11.2.7 凹模冷却系统的计算
（1）凹模的冷却水体积流量
qv=
Q 凹?C1(T出?T进）?60
= 763×103/[103×4.187×103×（25-20）×60]
= 0.61×10?3 m3/min
式中： Q凹=1/3 Q总=1/3×2289=763 KJ/h ?——水的密度103KG/m3；
C1——水的比热容4.187×103 J/KG?℃； T出——水管出口温度，T出取25℃； T进——水管入口温度，T进取20℃。 （2）冷却水管的平均流速：
4qvV平均= 2??d=4×0.61×10?3/（3.14×0.0082）
=12.14 m/min =0.202 m/s
式中：d——冷却水管直径，取d=8 mm 查冷却水的稳定湍流速度与流量得，管径为8mm的冷却水管所对应的最低流速为1.66 m/s时才能达到湍流状态，故冷却水在凹模冷却管道中的流动未达到湍流。
（3）冷却水管壁与水交界面的传热膜系数? 0.8?(?V平均） ?=
d0.2=7.6×（1000×0.202）0.8/0.0080.2
=1395 (w/m2k)
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