射出成形用金型の昇温について質問です

質問

プラスチック射出成形用の金型を、成形前に成形可能温度まで成形機上で昇温しています。その時間を予測できるような簡易計算式は無いでしょうか？　温調径はφ6,8,10,12で、媒体の流量は充分に確保出来ているとしてのお話で構いません。

回答No.5

ohkawa3

回答(1)再出です。
ご提示いただいた条件で、略算してみました。
1) パイプの伝熱面積　φ10×5100mm→　1.6m^2
2) 流速 2L/min／φ10　→　0.42 m/s
3) 熱伝達係数：媒体と流速をを勘案して、1000W／m^2℃と見積もる
4) 熱抵抗：伝熱面積の熱伝達係数積として、1600 Ｗ／Ｋ
5) 金型の初期温度を25℃ 媒質の温度を150℃とすれば、温度差125Kなので、
　金型を加熱するパワーは、1600Ｗ／Ｋ×125Ｋ＝200 kW
6) 金型の熱容量は、質量と鋼材の比熱から　128kg×461J／kgK＝59000 J／K
7) 温度上昇速度（初期）は、200kW÷59000 J／K＝3.4 K／s
8) 温度上昇の速度は、温度差が小さくなるに従い低減し、次のように計算できる。
　温度上昇（温度）は、37秒で 79K（104℃）、74秒で108K（133℃）、111秒で119K（144℃）　　

ざっと見て、こんなに速く昇温できる筈がないと思える計算結果になりました。
このような結果が得られたのは、金型が冷えている状態でも、循環する媒体温度150℃が確保できていると仮定したからです。計算途上で現れた、加熱パワー：200kWという値が現実離れのようです。実際の加熱装置のパワーは、別の回答者さんが提示なさっている4kW程度と仮定すると、昇温時間は、上記の約50倍かかり、金型温度144℃に到達するのに111秒×50＝5550秒＝1時間30分少々という結果になると思われます。

お礼

計算までして頂き、ありがとうございました。
この方法で計算シートを作成しようと思います。

回答No.4

lumiheart

回答３です
＞5) 金型質量：128 kg
これのみを
先に挙げた自動計算ソフトで実行してみました
熱効率や放熱等の損失は無視して
４ｋｗの電気ヒータで直接加熱したとすると
１５０℃まで昇温するのに約３０分くらいになります

ヒータを４ｋｗとしたのは金型サイズから
先に挙げた金型温調器の適当な機種の仕様から選んでみました

ここから熱媒の損失や放熱等その他損失等を考慮して総合効率５０％程度とすると
恐らく６０分くらいであろうか？

＞徐々に温度を上げていく設定になっております。
現状で、例えば２時間で水温を１５０℃まで昇温させてるとしたなら
そのまま２時間で金型昇温完了となるんじゃあないかな？
まぁ、水温のみ１５０℃になって金型温度は１００℃かも知れないが
水温と金型温度に大差がつかないように昇温時間を設定してるんじゃないですか？

お礼

ご丁寧に試算までして頂きまして、ありがとうございます。
私も試算してみたのですが、同様の答えを得ることが出来ました。とりあえずはコレで試してみます。

回答No.3

lumiheart

問題は加熱するのは金型だけですか？
成型機本体は？（樹脂溶解部、樹脂圧送スクリューやプランジャとか）
それとも成型機本体は既に加熱済みなの？

１、成型機本体と金型が冷えた状態
２、成型機本体は加熱済みで金型のみが冷えた状態

＞媒体の流量は充分に確保出来ている
http://matsui.net/jp/product/temperature-controller/
http://www.kawata.cc/products/temperature/

ただこのタイプの金型温調器は最高速度で加熱すると金型がひずむから
昇温速度は敢えて遅くするのだと思うが？
徐加熱、徐冷機能
所謂、プログラム調節計で１時間当たり１０度昇温とかの昇温速度に制御する
https://www.fa.omron.co.jp/products/family/1772/

熱の計算： 温度上昇計算
https://www.hakko.co.jp/qa/qakit/html/s01080.htm
熱の計算： 容量計算
https://www.hakko.co.jp/qa/qakit/html/s01010.htm

熱計算
https://www.nippon-heater.co.jp/designmaterials/calculation/
自動計算
https://www.nippon-heater.co.jp/designmaterials/wattage-calculation-program/

お礼

ご返答、ありがとうございます。
成形機の方は、2の加熱済みとして考えてください。
温調機の方も、いきなり高温の水を流すのではなく、徐々に温度を上げていく設定になっております。
参考のURLで勉強させて頂きます。

回答No.2

ohkawa3

回答(1)です。
どれか１例でも具体的な例をご提示頂ければ、計算の流れをお示しできると思います。

お礼

わかりました。以下の内容でお願い致します。
1) 目標温度：150℃
2) 媒体種類：水（圧力式の温調機です）、媒体の温度：入口 150℃、出口 148℃
3) 流量：2 l/min
4) 加熱パイプ径：Φ10 mm、延長長さ：5100 mm
5) 金型質量：128 kgf
以上です。ご教授の方、よろしくお願い致します。

回答No.1

ohkawa3

次のような情報があれば、概数は簡単な式で計算できると思います。
0) 加熱したい目標温度
1) 加熱媒体の種類と、入口温度と出口温度
2) 加熱媒体の流量・・・流速により熱伝達係数が変化するので流速を求めたいので
　　　（正確な値でなく概数で構いません）
3) 加熱パイプの径と延長長さ・・・熱伝達に寄与するパイプの内表面積を求めたいので
4) 金型の質量

お礼

ありがとうございます。
具体的な数値は金型毎にバラバラでして…その簡易的な式を教えて頂けませんか？