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摘要：高腔高产能热流道注塑模具的特点使得模具冷却设计凸显更加重要的作用和地位。笔者归纳在工作中积累的此方面的案例和学习借鉴国外相关技术资料和文献的心得，力图将理论和实践相联系，并努力从主观经验主导向科学客观和数据支撑主导的设计思路方法进步。
关键词：高产能 热流道 冷却效率 雷诺系数
引言：
塑料在包装行业应用非常广泛，占比很高，特别是消费品市场的应用日益增长。国内模具企业通过引进、学习和借鉴国外先进水平的模具技术和使用先进制造工程工具，其市场占有率随着技术水平的长足进步日益提高，笔者在大型包装产品注塑及模具制造公司工作二十余年，主要从事精密高产能塑料成型及模具设计制造，在业内国际知名公司的技术项目合作中的工作经历中积累了较多的案例和经验值得分享。
一、包装产品模具的特点
1.模具注塑周期短;
2.模具腔数高;
3.模仁互换性要求高;
4.产品外观，尺寸都要求严格;
5.模具的维修，保养有讲究;
6.薄壁类产品较多;
7.叠层模具是发展趋势;
8.汉堡拼镶式比较常见
9.模具细节设计很关键;
10.薄壁包装产品的IML贴模要求很常见。
二、包装产品模具的设计制造要求
1.注塑周期短对模具的冷却要求较高，对于包装模具来说，模具的冷却做好了，模具成功了一半.;
2.模具的动作要简单可靠，平稳顺畅，模具动作越简单，注塑周期就越短.
3.模具材料的选择对模具的可靠性和注塑周期影响也有很大的影响;.
4.零件的热处理及表面涂层处理对模具可靠性和注塑周期也有很大的影响;
5.热流道的选择、相关冷却设计和平衡性对工艺窗口和模具效率影响较大。
6.充分的排气系统设计，有利于充型，缩短成型周期和保证产品质量。
三、包装产品模具的冷却设计方法和案例
包装模具主要包括食品/饮料、日化/家居用品、医疗类包装产品。因为一般产量较大，出于提高效率和降低成本考虑，能采用热流道的一般均采用热流道。模具的热模和冷模的冷却都提出了更高的要求，通常在热流道喷嘴部分有较复杂的冷却水路设计，复杂到无法通过普通机加工工艺完成或者需要使水路尽量接近成型面而使用随型水路的时候，需要用到3D打印制作模仁。但3D打印的水路对冷却水的洁净度要求较高，在注塑车间的水质不能保证的情况下，实践上尽量避免使用3D水路，这时候我们可能需要采用非标的热流道设计。
1.关于冷却水路的计算
包装模具的冷却设计有以下几点原则：
A.通常型芯的冷却比型腔的冷却对总体的冷却效果有更重要的影响，应予以更多的关注;
B.热流道喷嘴部分是冷却设计关注的重点，应有充分的冷却设计和单独的水路，这是保证热模和冷模之间保持界限分明的温度，保证热流道正常运作和降低浇口的关键;
C.水孔应尽量接近型芯的底部更接近成型面的部分;
D.避免通道中急转、尖锐、突变、狭窄等阻碍水流的水道设计，会显著降低水流的流速和较大压力降;
E.湍流比层流的热传导效率更高，应优化水道设计达到湍流效果。
达成湍流效果是模具冷却设计中最有效和关键的一个技术方法。这是因为如果冷却水是层流，则各层之间的热传导会比较低，来自模具的热量传导会只被外层的水流带走，所以整个热传导效率较低。
当雷诺系数在4000以上时，流体的流动被认为是湍流。有试验数据说明，当雷诺系数在4000-5500时，流体有最好的热传递效果。当雷诺系数低于2000时流动属于层流，此时的冷却效果仅是湍流的1/3。
雷诺系数的计算公式为：
N=（990*V*D）/n 或（21391*Q）/（D*n）
V=流体流速 （米/秒）
D=水道直径 （毫米）
Q=流体流量 （升/分钟）
n=运动粘度 （厘司）
经验算式：流道直径至少大于流体流量数值 （升/分钟）的0.3倍才能获得湍流冷却效果。
2.模具冷却的其他重要关注点
A.从实践经验来讲，我们运行高产能模具的车间通常须配置3.5Bar以上的水压和12升/分钟的流量的冷却水。使模具冷却水进口和出口的温差不大于3 摄氏度。如果这个温差较大，通常说明模具的冷却不足。
B.保持冷却介质的洁净度的工程方法：
?乙二醇添加剂（但注意乙二醇添加剂可能增加介质的粘度使介质热传导率降低）
?抗氧化剂
?使用不锈钢制作模仁（但注意不锈钢的热传导效率较低）
?冷却介质去离子化处理
?增加过滤装置
?模具冷却水道的定期清理
C.增加冷却水道尺寸而不保持水流速度反而会降低冷却效率，根据经验算式，同样是湍流，保持流量不变而将水孔直径增加一倍，热流传导效率反而降低40%，虽然水孔的表面积增大了。
D.保持湍流的情况下，保持水流速度的前提下将冷却水道增大一倍，冷却效率会增加80%。
但需要注意的是，并不能说明水道越大越好，因为受模具结构空间限制，模具的冷却水道越大，水道的数量可能相应减少。
3.包装模具冷却设计的细节要求
A.模具设计要充分考虑密封圈的预压及安装等问题，工件上面的倒角有讲究。
B.包装模具冷却水道的典型结构
C.冷却进出水口尽量设计在非操作侧，并避开注塑机的哥林柱和模具压块。
D.产品的拐角处的冷却应特别关注。
上图可以看出，产品的外部的钢材料体积达到内部的3倍，有更多得空间布置冷却水，所以外部的热量传递会比内部好得多，这个概念也说明了为什么型芯通常比型腔更难以冷却，特别在型芯尺寸比较小的时候，型芯的冷却需要更多的关注也更大程度影响模具的冷却效果。更由于包紧力的作用下，在产品角部的内表面通常先冷却，这会造成角部出现塌陷和翘曲变形。
所以，我们通常会在角部专门增加冷却水路，以保证角部内侧的冷却，会显著降低角部的塌陷和翘曲变形。
参考文献：
[1]Eastman Chemical Company，Processing and mold design guidelines
[2]Bayer Material Science，Engineering Polymer Part and Mold Design
关键词：高产能 热流道 冷却效率 雷诺系数
引言：
塑料在包装行业应用非常广泛，占比很高，特别是消费品市场的应用日益增长。国内模具企业通过引进、学习和借鉴国外先进水平的模具技术和使用先进制造工程工具，其市场占有率随着技术水平的长足进步日益提高，笔者在大型包装产品注塑及模具制造公司工作二十余年，主要从事精密高产能塑料成型及模具设计制造，在业内国际知名公司的技术项目合作中的工作经历中积累了较多的案例和经验值得分享。
一、包装产品模具的特点
1.模具注塑周期短;
2.模具腔数高;
3.模仁互换性要求高;
4.产品外观，尺寸都要求严格;
5.模具的维修，保养有讲究;
6.薄壁类产品较多;
7.叠层模具是发展趋势;
8.汉堡拼镶式比较常见
9.模具细节设计很关键;
10.薄壁包装产品的IML贴模要求很常见。
二、包装产品模具的设计制造要求
1.注塑周期短对模具的冷却要求较高，对于包装模具来说，模具的冷却做好了，模具成功了一半.;
2.模具的动作要简单可靠，平稳顺畅，模具动作越简单，注塑周期就越短.
3.模具材料的选择对模具的可靠性和注塑周期影响也有很大的影响;.
4.零件的热处理及表面涂层处理对模具可靠性和注塑周期也有很大的影响;
5.热流道的选择、相关冷却设计和平衡性对工艺窗口和模具效率影响较大。
6.充分的排气系统设计，有利于充型，缩短成型周期和保证产品质量。
三、包装产品模具的冷却设计方法和案例
包装模具主要包括食品/饮料、日化/家居用品、医疗类包装产品。因为一般产量较大，出于提高效率和降低成本考虑，能采用热流道的一般均采用热流道。模具的热模和冷模的冷却都提出了更高的要求，通常在热流道喷嘴部分有较复杂的冷却水路设计，复杂到无法通过普通机加工工艺完成或者需要使水路尽量接近成型面而使用随型水路的时候，需要用到3D打印制作模仁。但3D打印的水路对冷却水的洁净度要求较高，在注塑车间的水质不能保证的情况下，实践上尽量避免使用3D水路，这时候我们可能需要采用非标的热流道设计。
1.关于冷却水路的计算
包装模具的冷却设计有以下几点原则：
A.通常型芯的冷却比型腔的冷却对总体的冷却效果有更重要的影响，应予以更多的关注;
B.热流道喷嘴部分是冷却设计关注的重点，应有充分的冷却设计和单独的水路，这是保证热模和冷模之间保持界限分明的温度，保证热流道正常运作和降低浇口的关键;
C.水孔应尽量接近型芯的底部更接近成型面的部分;
D.避免通道中急转、尖锐、突变、狭窄等阻碍水流的水道设计，会显著降低水流的流速和较大压力降;
E.湍流比层流的热传导效率更高，应优化水道设计达到湍流效果。
达成湍流效果是模具冷却设计中最有效和关键的一个技术方法。这是因为如果冷却水是层流，则各层之间的热传导会比较低，来自模具的热量传导会只被外层的水流带走，所以整个热传导效率较低。
当雷诺系数在4000以上时，流体的流动被认为是湍流。有试验数据说明，当雷诺系数在4000-5500时，流体有最好的热传递效果。当雷诺系数低于2000时流动属于层流，此时的冷却效果仅是湍流的1/3。
雷诺系数的计算公式为：
N=（990*V*D）/n 或（21391*Q）/（D*n）
V=流体流速 （米/秒）
D=水道直径 （毫米）
Q=流体流量 （升/分钟）
n=运动粘度 （厘司）
经验算式：流道直径至少大于流体流量数值 （升/分钟）的0.3倍才能获得湍流冷却效果。
2.模具冷却的其他重要关注点
A.从实践经验来讲，我们运行高产能模具的车间通常须配置3.5Bar以上的水压和12升/分钟的流量的冷却水。使模具冷却水进口和出口的温差不大于3 摄氏度。如果这个温差较大，通常说明模具的冷却不足。
B.保持冷却介质的洁净度的工程方法：
?乙二醇添加剂（但注意乙二醇添加剂可能增加介质的粘度使介质热传导率降低）
?抗氧化剂
?使用不锈钢制作模仁（但注意不锈钢的热传导效率较低）
?冷却介质去离子化处理
?增加过滤装置
?模具冷却水道的定期清理
C.增加冷却水道尺寸而不保持水流速度反而会降低冷却效率，根据经验算式，同样是湍流，保持流量不变而将水孔直径增加一倍，热流传导效率反而降低40%，虽然水孔的表面积增大了。
D.保持湍流的情况下，保持水流速度的前提下将冷却水道增大一倍，冷却效率会增加80%。
但需要注意的是，并不能说明水道越大越好，因为受模具结构空间限制，模具的冷却水道越大，水道的数量可能相应减少。
3.包装模具冷却设计的细节要求
A.模具设计要充分考虑密封圈的预压及安装等问题，工件上面的倒角有讲究。
B.包装模具冷却水道的典型结构
C.冷却进出水口尽量设计在非操作侧，并避开注塑机的哥林柱和模具压块。
D.产品的拐角处的冷却应特别关注。
上图可以看出，产品的外部的钢材料体积达到内部的3倍，有更多得空间布置冷却水，所以外部的热量传递会比内部好得多，这个概念也说明了为什么型芯通常比型腔更难以冷却，特别在型芯尺寸比较小的时候，型芯的冷却需要更多的关注也更大程度影响模具的冷却效果。更由于包紧力的作用下，在产品角部的内表面通常先冷却，这会造成角部出现塌陷和翘曲变形。
所以，我们通常会在角部专门增加冷却水路，以保证角部内侧的冷却，会显著降低角部的塌陷和翘曲变形。
参考文献：
[1]Eastman Chemical Company，Processing and mold design guidelines
[2]Bayer Material Science，Engineering Polymer Part and Mold Design