【正文】 646 與模板連接之冷卻孔道651 冷卻孔道的配置　　冷卻孔道可以是並聯(lián)或串聯(lián)管路，如圖628所示。並聯(lián)冷卻孔道路從冷媒供應歧管到冷媒收集歧管之間有多個流路，根據各冷卻孔道流動阻力的不同，各冷卻孔道的冷媒流動速率也不同，造成各冷卻孔道不同熱傳效率，並聯(lián)冷卻孔道之間可能有不均勻的冷卻效應。採用並聯(lián)冷卻孔道時，通常模具的模穴與公模心分別有並聯(lián)冷卻系統(tǒng)，各系統(tǒng)之冷卻孔道數目則取決於模具的尺寸和複雜性。圖647 冷卻孔道的配置，(左) 並聯(lián)孔道；(右) 串聯(lián)孔道。　　串聯(lián)冷卻孔道從冷媒供應歧管到冷媒收集歧管之間連接成單一流路，這是最常採用的冷卻孔道配置。假如冷卻孔道具有均勻的管徑，可以將通過整個冷卻系統(tǒng)的冷媒設計成所需的擾流，獲得最有效率的熱傳。然而，串聯(lián)冷卻管路必須注意將冷媒上升溫度最小化，通常要維持出口與入口溫度差在5℃以內，精密模具則維持在3℃以內。大型模具可能不只有一組串聯(lián)冷卻孔道，以確保均勻的冷媒溫度和均勻的模具冷卻。652 其他的冷卻裝置　　模具內可能有些遠離冷卻管路區(qū)域，無法達到正常的冷卻效果，這些區(qū)域可以採用障板管(baffles)、噴流管(bubblers)或熱管(thermal pins)來達到均勻的冷卻效果。障板管、噴流管和熱管都是冷卻孔道的一部份，可以引導冷卻劑流進平常難以冷卻的區(qū)域，如圖648所示。圖648 障板管、噴流管和熱管。(1) 障板管　　實際上，障板管是垂直鑽過主要冷卻孔道的冷卻管路，並且在冷卻孔道加入一隔板將其分隔成兩個半圓形流路，冷卻劑從主要冷卻孔道流進隔板一側，進到末端再回流到隔板的另一側，最後回流到主要孔道?！　≌习骞芴峁├涿阶畲蠼佑|面積，但是其隔板卻很難保持在中央位置，公模心的兩側的冷卻效果及溫度分佈可能不同。將金屬隔板改成螺線隔板，可以改善此缺點，也符合製造上的經濟效益。圖 649的螺線隔板讓冷媒螺旋式地流到末端，再螺旋式地回流。另一種設計採用單螺旋或者雙螺旋隔板，如圖 649所示，其管徑大約在12~50 mm，可以獲得均勻的溫度分佈。 圖649 (左) 螺線隔板障板管(helix baffle))和(右) 螺旋式隔板障板管(spiral baffle)(2) 噴流管噴流管以小口徑的內管取代障板管的隔板，冷卻劑從內管流到末端，再像噴泉般噴出，從外管回流到冷卻管路。細長的公模心之最有效的冷卻方式是採用噴流管，其內、外管直徑必須調整到具有相同的流動阻力，亦即： 內管直徑／外管直徑＝目前，噴流管已經商業(yè)化，可以用螺紋旋入公模。外管直徑小於4mm的噴流管應該將內管末端加工成斜邊，以增加噴流出口的截面積，如圖650 所示。噴流管除了應用於公模心，也可以應用於無法鑽銑冷卻孔道的平面模板?！　∫驗檎习骞芎蛧娏鞴艿牧鲃用娣e窄小，流動阻力大，所以應該細心地設計其尺寸。藉由模流分析軟體的冷卻分析可以將它們的流動行為和熱傳行為模式化，並且進行分析模擬。 圖650 （左）鎖進公模心之噴流管；（右）噴流管末端斜面造就較大的流動。(3) 熱管　　熱管是障板管和噴流管以外的選擇。它是一個內部充滿流體的密封圓柱體，此流體於吸收熱量後蒸發(fā)，於釋放熱量到冷卻劑後凝結，如圖651所示。熱管的熱傳效率約銅管的10倍。使用熱管時應該避免與模具之間的氣隙填入高導熱性的密封劑，以確保良好的熱傳導。圖651 熱管　　假如公模心的直徑或寬度小於 3 mm，就只能以空氣冷卻而無法準確地保持固定模溫。空氣是在打開模具後從外部吹入公模心，或經由內部的中心孔吹入公模心，如圖 652所示。　　尺寸小於5mm細長公模心的冷卻以採用高熱傳導性材料作為鑲埋件較佳，例如銅或是鈹銅，將之壓進公模心深處作為冷卻管線，如圖653。此鑲埋件應儘可能採用大截面積以提高熱傳效果。 圖652 使用空氣冷卻之細長公模心 圖653 使用高導熱性材料之細長公模心　　直徑40mm以上的大型公模心應該使用冷卻劑冷卻，可以在公模心中央鑽一深孔接近頂端，將螺旋式障板管插入公模心，再注入冷卻劑調節(jié)溫度，如圖6545。若是大口徑的圓柱體和圓形塑件也可以使用雙螺線隔板障板管搭配中央的噴流管進行冷卻，冷卻劑從一螺線孔道流到公模心頂端，再從另一個螺線孔道流出。此設計的公模心壁厚應維持在3mm以上，才能維持足夠的強度，如圖655。 圖635 大型公模心使用螺旋式障板管冷卻圖636 大型公模心使用雙螺線隔板障板管搭配中央噴流管進行冷卻66 冷卻系統(tǒng)之相關方程式(1) 冷卻時間　　理論上，冷卻時間與塑件最大肉厚的平方成正比， 次方成正比。 熔膠的熱擴散係數的定義為： 換言之，肉厚增加兩倍時，冷卻時間就要增加四倍?！　±鋮s劑的流動是否形成擾流，可以用雷諾數Re判斷，請參考表63。雷諾數的定義為： 　　其中，ρ表示冷卻劑密度，U表示冷卻劑的平均速度，d表示冷卻孔道的直徑，η表示冷卻劑的動態(tài)黏度。表63 冷卻劑流動型態(tài)與對應的雷諾數範圍　　雷諾數範圍流動型態(tài)10,000 Re擾流2,300 Re 10,000層狀流與擾流之轉換區(qū)100 Re 2,300層狀流Re100靜止流661 冷卻系統(tǒng)之設計規(guī)則　　設計冷卻系統(tǒng)的目的在於維持模具適當而有效率的冷卻。冷卻孔道應使用標準尺寸，以方便加工與組裝。設計冷卻系統(tǒng)時，模具設計者必須根據塑件的肉厚與體積決定下列設計參數： 冷卻孔道的位置與尺寸、孔道的長度、孔道的種類、孔道的配置與連接、以及冷卻劑的流動速率與熱傳性質。(1) 冷卻管路的位置與尺寸　　要維持經濟有效的冷卻時間，就應避免塑件肉厚過大。塑件所需的冷卻時間隨其肉厚增加而急速增長。塑件肉厚應該儘可能維持均勻，例如圖656的設計。冷卻孔道最好設置是在公模塊與母模塊內，設在模塊以外的冷卻孔道比較不易精確地冷卻模具?！　⊥ǔ?，鋼模的冷卻孔道與模具表面、模穴或模心的距離應維持為冷卻孔道直徑的1~2倍，經驗要求，鋼材冷卻孔道要維持1倍直徑的深度，鋁材要2倍直徑的深度。冷卻孔道之間的間距應維持3~5倍直徑。冷卻孔道直徑通常為10~14 mm（7/16~9/16英吋），如圖657所示。圖637 應儘可能將塑件設計為均勻肉厚圖657 典型冷卻孔道尺寸，d為冷卻孔道直徑，D為孔道深度，P為孔道間距。(2) 流動速率與熱傳　　塑件兩側的溫度應維持在最小的差異，緊配塑件溫差應維持在10℃以內。當冷卻劑之流動從層流轉變?yōu)閿_流，熱傳效果變佳。層流在層與層之間僅以熱傳導傳熱；擾流則以徑向方向質傳，加上熱傳導和熱對流兩種方式傳熱，結果，熱傳效率顯者增加，如圖658所示。應注意確保冷卻管路之各部份的冷卻劑都是擾流。圖658 層流與擾流　　當冷卻劑到達擾流流動狀態(tài)後，流速的增加對於熱傳的改善很有限，所以，當雷諾數超過10,000時，就不須再增加冷卻劑的流動速率，否則，只會小幅地改善熱傳，卻造成冷卻管路的高壓力，需要更高的幫浦費用。圖659說明了一旦冷卻劑變成擾流後，更高的冷媒流動速率並無法改善熱傳速率或冷卻時間，但是壓力降與幫浦成本卻顯著提高。圖659 熱流動率與冷卻劑流動率的關係圖　　冷卻劑會向阻力最低的路徑流動。有時候可以嘗試使用限流塞(restrictive flow plugs)將冷卻劑引導流向熱負荷較高的冷卻孔道。氣隙會降低熱傳效率，因此，應嘗試消除鑲埋件與模板之間的氣隙，以及冷卻管路內的氣泡?！　∧Ａ鞣治鲕涹w的冷卻分析可以協(xié)助發(fā)現(xiàn)與修正靜止冷卻管路和捷徑冷卻管路，以及冷卻管路的高壓力降。34 /