脈沖冷卻技術(shù)在注塑成形中的運(yùn)用

袁峰

摘 要：本文介紹了脈沖冷卻技術(shù)在注塑成形中的運(yùn)用等注塑模新型冷卻技術(shù)的概念和研究及應(yīng)用的現(xiàn)狀，并且從原理角度分析它們各自的優(yōu)點(diǎn)、存在的問題，以及未來的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：脈沖冷卻技術(shù)；隨形冷卻技術(shù)；CO2氣體冷卻技術(shù)

中圖分類號(hào)：TM751 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

國民經(jīng)濟(jì)中最重要的基礎(chǔ)模具工業(yè)，是現(xiàn)代工業(yè)制造中的重要裝備之一。衡量一個(gè)國家綜合制造能力的重要標(biāo)志就是模具的設(shè)計(jì)和制造水平高低。伴隨著越來越精密化注塑成形工藝的發(fā)展方向，冷卻傳統(tǒng)技術(shù)早已滿足不了實(shí)際的需要，為此研究人員在一些新型的冷卻技術(shù)中不斷研究實(shí)驗(yàn)，最終奠定了注塑成形的基礎(chǔ)，并且有了很好的提升。

1.脈沖冷卻技術(shù)

注塑模在生產(chǎn)過程中依據(jù)脈沖冷卻技術(shù)，主要是根據(jù)能量脈沖輸入的特點(diǎn)來進(jìn)行工作的 ， 對(duì)于模具溫度的把握，主要是體現(xiàn)在控制冷卻液流量以脈沖輸入。當(dāng)冷卻水道中冷卻液的流量呈現(xiàn)出我們常說的鋸齒波、方波也有其他波形。形狀是不具有穩(wěn)定性。掌握模具溫度是通過控制冷卻液的溫度則是傳統(tǒng)冷卻技術(shù) ，通過控制冷卻液的流量來掌控模具溫度則是脈沖冷卻技術(shù)。

被安裝在模腔表面附近的多個(gè)精密熱電偶是用來檢測(cè)模具溫度的，是在脈沖冷卻系統(tǒng)中進(jìn)行工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)模溫的精確掌握是冷卻液控制輸入的流量大小需要熱電偶采取的溫度、模溫的數(shù)據(jù)設(shè)定值來的，并且根據(jù)冷卻液流量控制器判斷的。模溫高流量大，模溫低流量小，模溫會(huì)隨著冷卻液流量的變化而產(chǎn)生變化，模溫達(dá)到設(shè)定模溫時(shí)，會(huì)立刻停止冷卻液的輸入，這些都是在成形過程中發(fā)生的。脈沖冷卻技術(shù)與傳統(tǒng)冷卻技術(shù)相比的主要技術(shù)特點(diǎn)見表1。

溫度差存在于不同區(qū)域間的模具型腔表面上，這是受注塑制品形狀以及澆口位置的影響，因而實(shí)行分區(qū)冷卻是在脈沖冷卻系統(tǒng)中。這是為了更好地達(dá)到冷卻均勻度 ，單獨(dú)設(shè)計(jì)各自的冷卻水道在模具中劃分出幾塊冷卻區(qū)域 ，分別是根據(jù)溫度狀況預(yù)測(cè)的型腔表面。為了大大地提高冷卻的均勻度，在每個(gè)區(qū)域分別安裝熱電偶，檢測(cè)不同區(qū)域的模溫，冷卻液的流量是各區(qū)域冷卻水道的控制輸入的。

模腔表面溫度的變化會(huì)直接影響注塑制品的質(zhì)量。因此在注塑的過程中要多加注意。被安裝在模腔表面附近的熱電偶是在脈沖冷卻系統(tǒng)中進(jìn)行的 ， 這是用來檢測(cè)模腔表面的溫度并不是檢測(cè)整套模具的溫度。模腔表面溫度的控制是需要冷卻液流量，也就是流量控制器反饋的溫度數(shù)據(jù)控制輸入所產(chǎn)生的冷卻液流量。因此模腔表面溫度在脈沖冷卻系統(tǒng)要更好地調(diào)節(jié)，這是為了更有效地提升注塑品的質(zhì)量。

用冷卻液溫度調(diào)整模溫的是傳統(tǒng)冷卻技術(shù)。而脈沖冷卻系統(tǒng)中，采用模具與冷卻液之間的溫度差較低溫度冷卻液用來提高， 而冷卻液溫度是穩(wěn)定的。同時(shí)也增強(qiáng)了其流動(dòng)的紊動(dòng)程度和冷卻液的脈沖狀流量輸入，不但提高冷卻效率和加快模具冷卻系統(tǒng)對(duì)模溫的響應(yīng)速度，也加強(qiáng)了模具介面間與冷卻水道的對(duì)流換熱。在英國的 Brunel 與美國的 Behrend探討表明：普通注塑模的成形效率要低于采用的脈沖冷卻注塑模 10 %～30 %，注塑件有了品質(zhì)的提高。

采用脈沖冷卻技術(shù)， 可以改善更好的質(zhì)量 ，還可以更快地提高生產(chǎn)效率。所以不斷地增加有關(guān)的脈沖冷卻設(shè)備是為了更好地實(shí)現(xiàn)脈沖冷卻 ，由于多個(gè)熱電偶安裝進(jìn)行冷卻 分區(qū)，再加上模具的構(gòu)造比較普遍，比較起來很復(fù)雜，某個(gè)程度上抵消生產(chǎn)效率提高所帶來的成本優(yōu)勢(shì)。經(jīng)過各方面的對(duì)比脈沖冷卻技術(shù)還是有一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)的，在未來的發(fā)展方向也是無限的。

2.冷卻隨形技術(shù)

隨形冷卻是模具型腔形狀的變化隨著在模具中空間結(jié)構(gòu)冷卻水道產(chǎn)生變動(dòng)， 冷卻水道在一定的距離一直附在模腔表面。傳統(tǒng)冷卻注塑模的冷卻水道受生產(chǎn)步驟限制，常被設(shè)計(jì)成直形，再加上距離冷卻水道距型腔表面產(chǎn)生的不同，比較容易造成冷卻的不勻稱 ，而且注塑件容易出現(xiàn)斷裂、填充不滿、彎曲變形、（缺膠）等不足。冷卻的不勻稱很大地降低了成形效率。

在型腔和冷卻水道表面近在的地方 ，冷卻度較快，傳熱度較高， 反之冷卻度較慢，傳熱度低，這是在距型腔和冷卻水道表面遠(yuǎn)的地方 。所以，所有部位的注塑件都要到達(dá)溫度開模以下標(biāo)準(zhǔn)時(shí)才能開模取件，注重注塑品質(zhì)成形，因此受冷卻效率低的部位總冷卻時(shí)間會(huì)直接影響 ，這樣會(huì)降低成形效率。可以自由分布冷卻水道 ，可以附著并均勻地覆蓋整個(gè)模腔表面按照一定的距離?？焖俪尚渭庸るS形冷卻注塑模。隨形冷卻注塑模成形效率高，制品質(zhì)量好等特點(diǎn)，主要體現(xiàn)在快速同時(shí)實(shí)現(xiàn)冷卻，大幅度的減短冷卻時(shí)間，冷卻的均勻度可以更好的提高。

3.CO2氣體冷卻技術(shù)

CO2氣體冷卻技術(shù)原理是在一定的部位開進(jìn)氣孔通入低溫的CO2氣體，利用多孔金屬材料制作模具使其他部位開設(shè)排氣孔引導(dǎo)氣體流向。用低溫的CO2氣體進(jìn)行注塑模冷卻技術(shù)是由美國AGA AB 公司開發(fā)的，作為介質(zhì)的低溫CO2氣體進(jìn)行對(duì)模具冷卻。

傳統(tǒng)冷卻注塑模與CO2氣體冷卻技術(shù)的曲別在于：傳統(tǒng)采用液態(tài)冷卻液（水）作為冷卻介質(zhì)，而二氧化碳?xì)怏w冷卻采用比較低的CO2氣體作為冷卻介質(zhì)進(jìn)行冷卻模具，并且具有良好的流動(dòng)性和滲透性在多孔金屬材料中，模腔表面的熱點(diǎn)得到了有效的消除，不會(huì)發(fā)生冷卻死角，很容易對(duì)注塑件的復(fù)雜和微細(xì)部位實(shí)施冷卻。CO2氣體冷卻技術(shù)運(yùn)用冷卻分區(qū)，冷卻前劃分不同區(qū)域冷卻，設(shè)置進(jìn)、排氣口，指引氣體流向。達(dá)到較高的冷卻均勻度，進(jìn)行各區(qū)域的安裝熱電偶的溫度檢測(cè)在模腔表面位置。得到的結(jié)果反饋，通過PID控制系統(tǒng)CO2氣體流量調(diào)節(jié)輸入模具各部位控制對(duì)模腔表面溫度的。提高大幅度的冷卻效率，再加上CO2氣體有極低（-78℃）的溫度，致使型腔表面間與冷卻介質(zhì)相較大的（100℃以上）溫度差，這樣相比較傳統(tǒng)冷卻注塑模，CO2氣體冷卻注塑模具有：模溫波動(dòng)幅度小、成形周期短、成形質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)。

4.總結(jié)和展望

脈沖冷卻技術(shù)出現(xiàn)不同注塑模，部分替代了傳統(tǒng)的冷卻技術(shù)，不但發(fā)揮了一定的經(jīng)濟(jì)效益，而且逐漸成熟并被用于實(shí)際生產(chǎn)中。沒有獲得大規(guī)模推廣應(yīng)用是因?yàn)槭艿匠杀?、工藝等因素的制約，在完善現(xiàn)有新型冷卻技術(shù)的同時(shí)，以提高冷卻均勻度和增強(qiáng)對(duì)模腔表面溫度的控制力、冷卻效率為目標(biāo)，繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)注塑模冷卻技術(shù)的理論研究，并且不斷開發(fā)新技術(shù)的新理念。

參考文獻(xiàn)

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