如何選擇塑膠加工輔助設備—冷熱交換系列

 

冷水機 

如何選配冷水機

我們要怎樣去選擇冷水機？事實上，一副模具就是一個換熱器，熱量由融熔的塑膠傳入模具，再由模具傳入不斷循環的冷卻介質——冰水中，只有很小一部分進入空氣和注塑機的模具內。眾所周知，塑膠成型的週期，相當大的部分用於冷卻，有時可占到塑膠成型週期的80%以上，因此將冷卻時間控制到最小是絕對必要的。例如，一副模具成型週期一般要20秒，如將原來冷卻水塔的水改用冷水機產生的冰水進行冷卻，它可縮短到16秒。儘管最初選擇配備的冷水機造價要高些，但它可使產量提高20%，在長期的生產中，能取得很大的收益。那麼，如何來選擇冰水能量呢？從上面我們即可知道，它與成型材料的比熱、熔膠時的溫度，重量以及製品脫模時的溫度有關。

 

一副模具所需的冰水能量之計算公式為：Q=C×M×△T×S
該公式中：

Q為所需冰水能量 kcal/h;
C為塑膠原料比熱kcal/kg℃;
M為塑膠原料重量 kg/h;
△T為熔膠溫度與製品脫模時的溫度差℃（見附表）；
S 為安全係數（一般取1.35-2.0），當單機匹配時，一般選擇小值，而當一台冷水機與多台模具相配時取大值，如選擇風冷式冷水機時，S 也應適當選擇大一點。

 

 例如：一副模具生產PP製品，每小時生產量約50kg,問冷卻需要量為多少？應配備多大的冷水機為合適？

 

 每小時需6480kcal/h冷卻量，可選用 3HP 左右輸入標準功率的冷水機。當然這是一個例子，生產過程中，很難取得比較完整的資料。根據我們以往多年規劃，配套銷售的經驗，△T=200℃，它是眾多常用製品經過多年統計後的一個平均值。

 

 如果模具上附有熱膠道，還應將熱膠道的能量加入冷量的計算，一般熱流道是以KW為單位，計算時應將單位轉換成kcal/h，1KW=860kcal/h。如果供給工廠的水量充足，溫度較低，成本也較低，此時就不需要使用冷水機，這一般是不太現實的，除非工廠能在水溫較低的大湖邊；另一種是利用城市深井供水來滿足溫度和流量的需要，但往往成本太高。對實驗裝置可以使用這種方法，但對於工廠，這樣做是不切實際的。

 

 冰水溫差

 模具冷卻流體（冰水）的溫度一般受制於加工材料和製品形狀而發生較大變化，如聚乙烯薄壁燒杯，模具要求冰水溫度在0℃以下；而其他絕大多數情況下，模具所要求的冰水的溫度都在5℃以上，普通的工業冷水機能都提供5℃以上的冰水，低溫型冷水機能滿足5℃以下及至0℃以下的要求（需用鹽水或防凍液）。

 模具進出口處冰水的溫差往往是根據製品要求來設定的，在許多情況下，溫差為3-5℃時是最理想的，但有時也需要溫差有1~2℃。溫差越小，意味著把同樣的熱量帶出去，需要的冰水流量就越大，反之需要的流量越小。比如：溫差為5℃時，流量需要60L，而到溫差為2℃時，流量則需要150L。

 

 冰水流量

 一副模具所需的冰水流量直接與模具要帶走的熱量和冰水進出模具的溫差有關。例如；要將6480kcal/h的熱量從模具上帶走，若溫差為3℃，那麼至少需要的流量為多少？冰水流量Q=6480÷3÷60=36（L/min）。

 

 冰水水質的處理

 水的軟化，在使用冷水機的過程中，也是一個不可忽視的問題，對水的PH值也需要不斷地觀測，最佳PH值應等於7，大於7的PH值會產生可怕的腐蝕現象，如不採取措施，會在蒸發器、模具內生垢，會起隔熱的作用，嚴重時，使其能量的轉換效果降低30%。很明顯這就要求考慮對硬水的軟化。最有效的方法，可在系統中配置一台電子硬水軟化器，這樣的軟化器是以離子交換原理設計製作的。根據流量的不同可配置不同規格的軟化器，直接連接在迴圈水管路中，一般配置有水處理軟化器所需費用也不會太高，也可定期向循環系統中加入一定比例的除垢劑。

 

 冰水機流量、壓力

 一般注塑成型模具冷卻，冰水的壓力選擇0.1~0.2Mpa（即揚程 10~20m），即可滿足要求，而普通冷水機不能滿足這個要求，需要採用相應壓力的水泵以滿足系統供水之需要。

表1：流量與管徑之間的關係表

 

液壓油的冷卻

通常液壓油採用冷卻水塔的水來冷卻，因為這不僅是最佳的方法，單就生產成本看，也是極經濟的，除非對其溫度有特定的要求，可用冰水對其進行冷卻。使用冰水來冷卻時，考慮的就是液壓油系統液壓泵的馬達功率，將其轉換成冷水機的製冷量0.6倍的馬達功率。

 

 冰水管道的保溫

冰水管道必須進行保溫隔熱，因為管道隔熱不僅能阻止冷量的嚴重損失，而且也阻止了在管外壁上形成的結露水。例如：冰水溫度10℃，環境溫度為30℃，一根25米長，表面積為25m2金屬管道的熱輻射可達750kcal/h，這差不多是3HP壓縮機產生的製冷量的10%，5HP壓縮機產生的製冷量的6%左右。

 

冷水機與模具的連接，通常採用增強膠管連接，因為這樣的膠管其本身就有隔熱的功能，但長度超過5m，也要考慮適度的保溫隔熱性。
 

表2：不同的模塑材料需要的注塑和模具溫度和比容熱

 

 

模溫機

模溫機主要應用於在注射成型時模具的加熱、恒溫，也可適用於其他加熱與恒溫的領域。模溫機的選擇與冷水機也是同樣的道理，冷水機是製冷過程而模溫機加熱過程。它與模具材料的比熱、模具成型時的溫度，模具重量，加熱達到理想溫度所要的時間以及環境溫度有關。

 

加熱一副模具到想要的溫度所需要的熱能：Q=C×M×△T×S/T
該公式中：

Q為所需熱能能量kcal/h;
C為塑膠模具比熱kcal/kg℃;
M為模具重量kg;
△T為環境溫度與模具溫度之差℃;
T為加熱到想要的溫度的理想時間hr；
S為安全係數，一般取1.5~2.0。

 

 例如：300kg的模具，成型溫度控制在80℃，客戶想在0.5hr升溫到想要的溫度，請問要使用什麼型號的模溫機？
答：Q=C×M×△T×S/T=0.114x300x(80-30)x1.5/0.5=5130Kcal/hr=5.96KW
所以可以選擇STM-607W