塑件注射模具開發中模溫調節與冷卻系統設計

周樹義

本溪機電工程學校，遼寧本溪 117000

塑料模具在當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很高比例。而影響注塑模具的質量與精度的最主要因素就首要包括注塑模具的模溫調節、溫度控制與模具冷卻系統。注塑模具應用過程中將熔融料輸入型腔帶入高熱，將熱量陸續傳遞到型腔外部降低型腔內部熔融料溫度的，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。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與成品零件的冷卻和成品零件的質量。注塑模具的溫度控制系統分為對模具降溫冷卻和升溫加熱兩大功能。應用熱流道注塑模具，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，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品都需要模具降溫系統，有助于加快零件冷卻時間，確保零件的快速脫模一致性，提高脫模生產效率與成品率。

1 注塑模具溫度的意義

熔融料為塑料即將融化狀態PVC向注塑模型腔高壓注入，流入后熔融料在型腔內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到低溫冷卻至固態由熔融料本身和注塑模具的溫差造成。模具溫度過高會使熔體發生熱分解，制品收縮率增大，影響尺寸精度，會產生熔料外泄和脫模黏貼脫模不成功，延長固化時間，造成間接拖延生產；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性，使零件各應力呈幾何狀態增大，在成型后具有熔縫隙、熔接痕、氣孔、缺裂等缺陷，嚴重影響脫模質量。所以模溫要求恒定，溫度浮動范圍上下要求嚴格，減少成性收縮率的波動，這樣才能使成型品尺寸穩定，成型質量均勻。

2 塑料注塑模具溫度調節

塑料注射模具溫控系統即影響到塑件成型質量，也影響成型效率。熔融料熱塑料注射進入型腔后，瞬時由釋放高熱高溫轉為冷凝凝固，這需要溫控系統將注塑模具維持在一個恒定的溫度。整個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吸收，或對注塑模具采用高低溫冷熱交替使用的特殊冷卻介質。溫控系統應用低模溫可降低塑料成型品收縮率；模溫均勻、縮短冷凝時間，可加快注射進度；成型尺寸穩定性高；制品各方面結構均勻，提高塑件表面質量、降低表面粗糙度、外觀無黏貼與毛刺凸起；同時是熔融料具有優秀的流動性成形性；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；因為注塑模的冷凝時間占據整個注塑過程大部分時間段，所以設計精確的溫控系統才能使模具達到成型要求的模溫。根據注塑熔融料品種，制品壁厚、結晶性等塑料的具體性質具體選定。注塑實驗證明溫控系統絕對影響縮短成型周期、提速生產率；成為控制注塑模的關鍵技術。

3 塑料注塑模具冷卻系統

注塑模具的冷卻回路系統是為防止熔融料成型后脫模變型、使結晶性冷凝形成低得結晶度以得到柔軟性好延伸率好的成品制件。冷卻回路系統一般在型腔、型芯部位，合理配置通水冷卻回路，通過調節冷卻水流量、流速來進行模具溫度控制，冷卻介質為室溫內冷水，模具溫度極高時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成型設計中對制件質量和成型率有關。冷卻介質的數量、冷卻通道和成型區的距離、冷卻水道長度和布局、介質流動狀態、熔融料與模具溫差都間接影響冷卻效果。注塑模具結構、模具大小、外部面積和模具接痕位置都影響冷卻管道的設置，對設計冷卻系統都有直接關系。

冷卻系統介質多應用水冷，冷卻系統結構形式分為并聯水路設置和串聯水路設置。并聯水路流動長度短壓力小，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；串聯水路只有唯一一個進水口和一個出水口而冷卻水開孔距離型腔應保持20mm，太近冷卻不易均勻、太遠不起作用，孔道直徑為8mm，根據注塑模具具體參數體積決定；考慮套管密封；冷卻介質通路應無障礙；管路盡量不設置在型腔熔料結節處，避免影響制件成型后整體強度。冷卻時間依據塑料種類、塑件壁厚各不相同，冷卻介質體積流量由《塑料模具技術手冊》查詢。

注塑模具冷卻系統設計可應用型腔近距離轉冷卻介質孔。應用內部通孔聯通，使用隔板堵住成為冷卻回路，型芯冷卻設計在型芯下方建立冷卻回路。須注意制件內外溫度處于平衡狀態，并且塑件個側面溫度也一致，在整體模具冷凝時，必須堅持型腔與型芯各部位達到均衡一致的溫度系數，使冷卻均衡，從而防止形變發生。所以冷卻回路系統的再注塑模具上的設計極為重要，型腔表面與冷卻管壁距離制定后，應使冷卻介質孔之間的距離達到最小，這樣可以保持型腔內壁的溫度都處于同一溫度，由于冷卻介質溫度隨冷卻水道長度增加而增高，造成注塑模具型腔、型芯沿冷卻介質管道產生溫差，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計冷卻水道，回路進口與另外的回路出口近距離設置，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。

注塑模溫控系統設計在注塑過程中屬于核心關鍵。綜上所述，通過多次試驗，最后對成品注塑模具進行校核，若結果與計算預期一致，即可開模生產。

[1]張景黎塑料模具設計與制造實訓教程.化學工業出版社，2009.

[2]李勇塑料注塑模具經典結構180例.機械工業出版社，2010.

[3]宋滿倉注塑模具設計與制造實戰.機械工業出版社，2007.

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