水冷板石墨模具的冷卻原理

水冷板石墨模具的冷卻原理首要根據(jù)石墨資料的高導(dǎo)熱性以及冷卻介質(zhì)（通常是水）在模具內(nèi)部流道中的循環(huán)活動，以下從熱量傳遞途徑、關(guān)鍵環(huán)節(jié)和影響因素等方面進行詳細介紹：
熱量傳遞途徑
    鑄件/工件傳熱至模具：在鑄造或成型過程中，高溫的金屬熔體（如鋁合金、銅合金等）被注入模具型腔，或許工件在模具內(nèi)進行加工發(fā)生熱量。這些熱量會經(jīng)過熱傳導(dǎo)的方法從鑄件/工件外表傳遞到與之觸摸的石墨模具外表。
    模具內(nèi)部導(dǎo)熱：石墨模具本身具有杰出的導(dǎo)熱功能，熱量進入模具后，會沿著石墨的晶格結(jié)構(gòu)迅速向模具內(nèi)部擴散。石墨的導(dǎo)熱系數(shù)較高，能夠快速將熱量從高溫區(qū)域傳遞到低溫區(qū)域，使得熱量在整個模具內(nèi)散布愈加均勻。
    模具傳熱至冷卻介質(zhì)：冷卻介質(zhì)（水）在模具內(nèi)部預(yù)先規(guī)劃好的流道中循環(huán)活動。當(dāng)冷卻介質(zhì)流經(jīng)接近模具熱區(qū)的流道壁時，熱量會從模具傳遞到冷卻介質(zhì)中。這一過程也是經(jīng)過熱傳導(dǎo)完成的，熱量從溫度較高的模具外表傳遞到溫度較低的冷卻介質(zhì)外表。
    冷卻介質(zhì)帶走熱量：吸收了熱量的冷卻介質(zhì)溫度升高，然后流出模具，進入外部的冷卻系統(tǒng)（如冷卻塔、散熱器等）進行散熱。在外部冷卻系統(tǒng)中，冷卻介質(zhì)將熱量釋放到周圍環(huán)境中，本身溫度降低，再從頭進入模具的流道中進行循環(huán)，然后完成繼續(xù)的冷卻作用。
關(guān)鍵環(huán)節(jié)
    石墨的高導(dǎo)熱性：石墨的晶體結(jié)構(gòu)使其具有各向異性的導(dǎo)熱功能，在平行于石墨層方向上的導(dǎo)熱系數(shù)遠高于垂直于層方向。在模具規(guī)劃中，通常會充分利用石墨的這一特性，合理安排石墨的加工方向，使熱量能夠更高效地在模具內(nèi)部傳遞。例如，將石墨模具的流道方向與石墨的高導(dǎo)熱方向相匹配，以進步冷卻功率。
    冷卻流道規(guī)劃：冷卻流道的形狀、尺度、布局和數(shù)量對冷卻作用有著至關(guān)重要的影響。
    形狀：常見的流道形狀有圓形、矩形、梯形等。圓形流道具有較好的活動特性和加工工藝性，矩形和梯形流道則能夠在有限的空間內(nèi)提供更大的換熱面積。
    尺度：流道的直徑或?qū)挾葢?yīng)根據(jù)模具的大小、冷卻需求和冷卻介質(zhì)的流量來確定。較大的流道尺度能夠降低冷卻介質(zhì)的活動阻力，但或許會削減模具內(nèi)部的冷卻區(qū)域；較小的流道尺度則能夠添加換熱面積，但或許會添加活動阻力，導(dǎo)致冷卻介質(zhì)流量缺乏。
    布局：流道應(yīng)盡或許均勻地散布在模具的各個部位，特別是熱量會集的區(qū)域，如鑄件的厚壁處、模具的分型面鄰近等。合理的流道布局能夠使模具溫度散布愈加均勻，削減熱應(yīng)力和變形。
    數(shù)量：添加流道的數(shù)量能夠進步冷卻介質(zhì)的流量和換熱面積，然后進步冷卻作用。但過多的流道會添加模具的加工難度和成本，一起也或許會影響模具的強度。
    冷卻介質(zhì)的活動狀況：冷卻介質(zhì)在流道中的活動狀況（層流或湍流）會影響其與模具之間的換熱功率。湍流狀況下，冷卻介質(zhì)的流速和方向不斷變化，能夠增強與模具外表的熱交換，進步換熱系數(shù)。因此，通常會經(jīng)過合理規(guī)劃流道的形狀和尺度，以及操控冷卻介質(zhì)的流量和流速，使冷卻介質(zhì)在流道中堅持湍流狀況。
影響因素
冷卻介質(zhì)性質(zhì)
    比熱容：比熱容越大，冷卻介質(zhì)在吸收相同熱量時溫度升高越小，能夠帶著更多的熱量脫離模具，然后進步冷卻作用。例如，水的比熱容較大，是一種常用的冷卻介質(zhì)。
    導(dǎo)熱系數(shù)：導(dǎo)熱系數(shù)越高，冷卻介質(zhì)內(nèi)部的熱量傳遞速度越快，能夠更迅速地將從模具吸收的熱量傳遞到周圍環(huán)境中。
粘度：粘度越低，冷卻介質(zhì)在流道中的活動阻力越小，流量越大，換熱作用越好。
冷卻介質(zhì)溫度和流量
    溫度：冷卻介質(zhì)的初始溫度越低，與模具之間的溫差越大，熱交換的驅(qū)動力就越強，冷卻作用也就越好。但在實際使用中，冷卻介質(zhì)的溫度不能過低，否則或許會導(dǎo)致模具外表溫度急劇下降，發(fā)生過大的熱應(yīng)力，引起模具開裂等問題。
    流量：添加冷卻介質(zhì)的流量能夠進步冷卻作用，但流量過大或許會導(dǎo)致冷卻介質(zhì)的壓力損失添加，能耗增大，一起也或許會對模具的流道造成沖刷和磨損。
鑄件/工件和模具參數(shù)
    鑄件/工件形狀和尺度：形狀雜亂、尺度較大的鑄件/工件在成型過程中發(fā)生的熱量更多，且熱量散布不均勻，對模具的冷卻要求也更高。需求根據(jù)鑄件/工件的特色合理規(guī)劃模具的冷卻系統(tǒng)。
    模具資料和結(jié)構(gòu)：除了石墨的高導(dǎo)熱性外，模具的整體結(jié)構(gòu)和壁厚也會影響冷卻作用。較厚的模具壁會添加熱量的傳遞阻力，降低冷卻功率。因此，在滿意模具強度和使用要求的前提下，應(yīng)盡量減小模具的壁厚。