塑件注射模具開發(fā)中模溫調(diào)節(jié)與冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

周樹義

本溪機(jī)電工程學(xué)校，遼寧本溪 117000

塑料模具在當(dāng)代模具市場模具總量中比例正在逐年提高，注射注塑模具在塑料模具加工中占據(jù)很高比例。而影響注塑模具的質(zhì)量與精度的最主要因素就首要包括注塑模具的模溫調(diào)節(jié)、溫度控制與模具冷卻系統(tǒng)。注塑模具應(yīng)用過程中將熔融料輸入型腔帶入高熱，將熱量陸續(xù)傳遞到型腔外部降低型腔內(nèi)部熔融料溫度的，或者將注塑模具外部加熱到熔融料需要熔融溫度的注塑模具的正常注射溫度的部分稱為注射模溫控制系統(tǒng)。與成型零件制品接觸的模具型腔表面的溫度即模具溫度。模具溫度最大程度上影響熔融料的流動(dòng)與成品零件的冷卻和成品零件的質(zhì)量。注塑模具的溫度控制系統(tǒng)分為對模具降溫冷卻和升溫加熱兩大功能。應(yīng)用熱流道注塑模具，模具中必須具有高溫加熱裝置，使模具處于合理高溫度范疇內(nèi)，有助于零件快速成型；而絕大部分注塑模具采用塑料加工產(chǎn)品都需要模具降溫系統(tǒng)，有助于加快零件冷卻時(shí)間，確保零件的快速脫模一致性，提高脫模生產(chǎn)效率與成品率。

1 注塑模具溫度的意義

熔融料為塑料即將融化狀態(tài)PVC向注塑模型腔高壓注入，流入后熔融料在型腔內(nèi)冷卻至變形融化溫度一下成為固化型，此過程從高溫融化狀態(tài)到低溫冷卻至固態(tài)由熔融料本身和注塑模具的溫差造成。模具溫度過高會(huì)使熔體發(fā)生熱分解，制品收縮率增大，影響尺寸精度，會(huì)產(chǎn)生熔料外泄和脫模黏貼脫模不成功，延長固化時(shí)間，造成間接拖延生產(chǎn)；模具溫度過低造成注塑熔融料欠注、冷凝，即使未到冷凝溫度仍降低流動(dòng)性，使零件各應(yīng)力呈幾何狀態(tài)增大，在成型后具有熔縫隙、熔接痕、氣孔、缺裂等缺陷，嚴(yán)重影響脫模質(zhì)量。所以模溫要求恒定，溫度浮動(dòng)范圍上下要求嚴(yán)格，減少成性收縮率的波動(dòng)，這樣才能使成型品尺寸穩(wěn)定，成型質(zhì)量均勻。

2 塑料注塑模具溫度調(diào)節(jié)

塑料注射模具溫控系統(tǒng)即影響到塑件成型質(zhì)量，也影響成型效率。熔融料熱塑料注射進(jìn)入型腔后，瞬時(shí)由釋放高熱高溫轉(zhuǎn)為冷凝凝固，這需要溫控系統(tǒng)將注塑模具維持在一個(gè)恒定的溫度。整個(gè)熔料注入過程可以將注塑模具比作冷熱交換器，熔融料冷凝時(shí)將熱量由模具外殼以輻射方式流入空氣和由模具本身介質(zhì)吸收，或?qū)ψ⑺苣＞卟捎酶叩蜏乩錈峤惶媸褂玫奶厥饫鋮s介質(zhì)。溫控系統(tǒng)應(yīng)用低模溫可降低塑料成型品收縮率；模溫均勻、縮短冷凝時(shí)間，可加快注射進(jìn)度；成型尺寸穩(wěn)定性高；制品各方面結(jié)構(gòu)均勻，提高塑件表面質(zhì)量、降低表面粗糙度、外觀無黏貼與毛刺凸起；同時(shí)是熔融料具有優(yōu)秀的流動(dòng)性成形性；合理的冷卻溫度使模具各部位溫度均勻塑件冷凝速度一致減少形變；因?yàn)樽⑺苣５睦淠龝r(shí)間占據(jù)整個(gè)注塑過程大部分時(shí)間段，所以設(shè)計(jì)精確的溫控系統(tǒng)才能使模具達(dá)到成型要求的模溫。根據(jù)注塑熔融料品種，制品壁厚、結(jié)晶性等塑料的具體性質(zhì)具體選定。注塑實(shí)驗(yàn)證明溫控系統(tǒng)絕對影響縮短成型周期、提速生產(chǎn)率；成為控制注塑模的關(guān)鍵技術(shù)。

3 塑料注塑模具冷卻系統(tǒng)

注塑模具的冷卻回路系統(tǒng)是為防止熔融料成型后脫模變型、使結(jié)晶性冷凝形成低得結(jié)晶度以得到柔軟性好延伸率好的成品制件。冷卻回路系統(tǒng)一般在型腔、型芯部位，合理配置通水冷卻回路，通過調(diào)節(jié)冷卻水流量、流速來進(jìn)行模具溫度控制，冷卻介質(zhì)為室溫內(nèi)冷水，模具溫度極高時(shí)可以通冰水或低溫水來提高降溫冷凝率，冷卻回路在高速和自動(dòng)成型設(shè)計(jì)中對制件質(zhì)量和成型率有關(guān)。冷卻介質(zhì)的數(shù)量、冷卻通道和成型區(qū)的距離、冷卻水道長度和布局、介質(zhì)流動(dòng)狀態(tài)、熔融料與模具溫差都間接影響冷卻效果。注塑模具結(jié)構(gòu)、模具大小、外部面積和模具接痕位置都影響冷卻管道的設(shè)置，對設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)都有直接關(guān)系。

冷卻系統(tǒng)介質(zhì)多應(yīng)用水冷，冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式分為并聯(lián)水路設(shè)置和串聯(lián)水路設(shè)置。并聯(lián)水路流動(dòng)長度短壓力小，水的流速可控、流率高，水溫更有利。主要問題各分支流速不均勻；串聯(lián)水路只有唯一一個(gè)進(jìn)水口和一個(gè)出水口而冷卻水開孔距離型腔應(yīng)保持20mm，太近冷卻不易均勻、太遠(yuǎn)不起作用，孔道直徑為8mm，根據(jù)注塑模具具體參數(shù)體積決定；考慮套管密封；冷卻介質(zhì)通路應(yīng)無障礙；管路盡量不設(shè)置在型腔熔料結(jié)節(jié)處，避免影響制件成型后整體強(qiáng)度。冷卻時(shí)間依據(jù)塑料種類、塑件壁厚各不相同，冷卻介質(zhì)體積流量由《塑料模具技術(shù)手冊》查詢。

注塑模具冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)可應(yīng)用型腔近距離轉(zhuǎn)冷卻介質(zhì)孔。應(yīng)用內(nèi)部通孔聯(lián)通，使用隔板堵住成為冷卻回路，型芯冷卻設(shè)計(jì)在型芯下方建立冷卻回路。須注意制件內(nèi)外溫度處于平衡狀態(tài)，并且塑件個(gè)側(cè)面溫度也一致，在整體模具冷凝時(shí)，必須堅(jiān)持型腔與型芯各部位達(dá)到均衡一致的溫度系數(shù)，使冷卻均衡，從而防止形變發(fā)生。所以冷卻回路系統(tǒng)的再注塑模具上的設(shè)計(jì)極為重要，型腔表面與冷卻管壁距離制定后，應(yīng)使冷卻介質(zhì)孔之間的距離達(dá)到最小，這樣可以保持型腔內(nèi)壁的溫度都處于同一溫度，由于冷卻介質(zhì)溫度隨冷卻水道長度增加而增高，造成注塑模具型腔、型芯沿冷卻介質(zhì)管道產(chǎn)生溫差，所以必須極限縮小冷卻回路水道長度。大型注塑模具針對此種狀況須多設(shè)計(jì)冷卻水道，回路進(jìn)口與另外的回路出口近距離設(shè)置，這樣對大型模具課減少冷卻管道長度，降低模具溫差，從而保證塑件冷卻均勻。

注塑模溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)在注塑過程中屬于核心關(guān)鍵。綜上所述，通過多次試驗(yàn)，最后對成品注塑模具進(jìn)行校核，若結(jié)果與計(jì)算預(yù)期一致，即可開模生產(chǎn)。

[1]張景黎塑料模具設(shè)計(jì)與制造實(shí)訓(xùn)教程.化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

[2]李勇塑料注塑模具經(jīng)典結(jié)構(gòu)180例.機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[3]宋滿倉注塑模具設(shè)計(jì)與制造實(shí)戰(zhàn).機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[4][蘇]拉普申(Папшин,В.В.)著熱塑性塑料注塑原理.中國輕工業(yè)出版社，1988.