模溫機的冷卻系統基礎

1、直接式或開放式冷卻系統      
       這是一種極之流行的系統，其基本的組成配件有電水泵和浸沒式電熱器。電水泵負責把水運行于模具的冷卻管道。水溫不斷被測量著，若溫度達到設定值時，電熱器便關上。若水溫繼續升高稍為超過某一設點時，電磁閥被打開使部份熱水排走，所損失的水量由較凍的自來水補充。      
      這系統之所以普遍被采用是因為它有著設計簡單和制造成本低廉（與間接式系統比較）的好處，可是系統需要為斷補充新的自來水，這表示更多熔解了的化學物質亦一并被加進系統內，使冷卻管道的沉積問題加速惡化。為了減少冷卻水溫的升降幅度，電熱水器的電源控制和水溫測量的準確度都必須很好，使水溫控制在所需的范圍內，有些系統更可調節水溫以適應模具的溫度。      

2、間接式冷卻系統      
      間接式冷卻系統可以應用于模具溫度低過或高過一般冷卻水的溫度。被冷卻液帶來的熱量經由熱交換系統散去。      
      系統利用高壓原理使水溫可以超過其大氣壓力下的沸點，并有重型的浸沒式電熱器提供快速的升溫，負責把熱能散去的裝置是設有較大熱交換面積的線圖式熱交換器，并有電磁閥控制散熱的過程。加熱或散熱的準確切換則由一比例控制形式的儀器控制著。      
      若運行于系統和模具的液體是屬于水性的，其最高的溫度可達140℃/284F°。 但是溫度超過120℃/248F°的情況下為應使 用 水 性 的系統，因為喉管可能發生爆裂，造成很大的危險。對于溫度超過120℃/248F°的需求，我們可用油性的循環式系統（也可以使用電熱器棒作輔助途）。      
      模具在生產時也常常需要利用冰水作冷卻用途以改造生產力或是彌補模具設計的不足，所采用的冷凍機都設有制冷單元把經過熱交換器的冷卻液降溫。熱交換器有著很多線圖狀的管路，管內循環著高壓的冷凍液體，模具冷卻液則不斷流過管路外面把熱量輸送給冷凍液并使其氣化，氣化了的冷凍液其后再被壓縮及冷卻還原成液體，熱交換過程得以不斷地進行。現時人們對冷凍機所排出的熱能的應用機會發生了濃厚的興趣，它們可能在不久的將來負責提供房間溫暖的環境。      
        使用冷凍機時常可遇到以下的問題，冷凍機的設定溫度不能太低，原因是型腔表面發生了冷凝現象（布滿了水珠）。這現象可能在正常模具開啟和頂出時發生，亦可能發 生于短暫的生產停頓，解決的辦法是把模腔周圍的空間占滿了熱空氣，例如使用熱風機向著模腔處噴射熱空氣。這辦法在濕熱的夏天很是有效，以某一例子來說，可以把生產周期從30秒降至23秒。若冷凝現象引致模具生銹，可以把模具表面進行鍍鎳處理或是使用其他材料制造模具，例如不銹鋼或鍍銅。      
      生產薄壁注件時常常需要使用冷凍機以縮短生產周期，以 重7.5克 的 聚苯乙烯(PS)薄杯為例（自動飲品售賣機的壞子）一套單腔模具的生產速度可以快至一分鐘五十次模數。      
 

3、冷卻液的選擇      
      適宜熱塑性件的模具生產溫度的一般范圍是20－80℃ (68－176F°)，所以大都是使用處理過的水作為冷卻液，我們需要注意一點，冷卻液的溫度和模具的溫度可能差別很大，例如40℃/100F°。對于加壓形式的冷卻管路來說，若系統是水性的，其最高溫度是140℃/284F°：若系統是油性的，則其最高溫度是350℃/662F°。采用冷凍系統時其溫度當然可以很低。若溫度是低于10℃/50F°的，則冷卻液必須是水/醇（防凝劑）的混合液。        
      有些注塑公司直接使用自來水進行模具冷卻。控制模溫的手段是在客路加上節流閥以控制自來水的供應量，這方法的冷卻效果是最差的，模具的溫度將是極不穩定和均勻。欲想模具保持在正確的溫度見，冷卻液流量和流速必需正確，并且管路出入口的冷卻液溫差亦不可太大（不能超過4℃／7 F°），否則模具將會出現特別熱的部份，模溫便不能保持在所需均勻的溫度了。       
      模具管路內冷卻液的流速必須達至紊流的狀態，因為紊流的產生可以提高散熱率。假設冷卻液流過模具后的溫升是  6℃/11°F，則每公升(1)水可以帶走6kcal , (252kJ)的熱量。      
      對于水性的冷卻液，紊流的產生和雷諾數（REYNOLDS      
NUMBER  R）有關，此數必須超過3,500，才可以產生紊流      
的狀態，以下是雷諾數的公式：      
       R=upd/n      
      這里u=流速(m/s)      
      p=液體密度(kg/m3)      
      d=管道直徑(m)      
     n=液體的黏度系數      
     倘 若 管 道 的 直 徑 是 10mm/0.394in，則水的流速必須是450mm/s(1.5ft/s)。我們 可 以 發覺使用水/甘醇混合液的冷卻系統很難產生紊流的狀態。這是由于不同比例的混合液有著不同和黏度，并且其黏度數值隨著不同溫度而變化。為了減少冷卻液結冰的危險，我們需要增加甘醇的份量，結果是增加了冷卻液的黏度，流動狀態已不是紊流，而是層流，使散熱能力降低了。      
      生產效率高的模具并不是必須采用甘醇混合液的冷凍系統。祗要模具的冷卻系統設計完善，水性冷卻液的流量足夠，一套20℃/68°F 溫度的設計優良的模具在生產上常可媲美5℃/9°F溫度的設計＊妥的模具。我們應盡量避免低溫冷卻液 (甘醇) 的使用，正確的設計習慣是先考慮采用普通水性的冷卻系統，用加大流量的方法以獲得所需的冷卻效果，若然不能滿足要求才考慮選用冷凍機的冷卻

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