脈沖冷卻技術在注塑成形中的運用

袁峰

摘 要：本文介紹了脈沖冷卻技術在注塑成形中的運用等注塑模新型冷卻技術的概念和研究及應用的現狀，并且從原理角度分析它們各自的優點、存在的問題，以及未來的發展趨勢。

關鍵詞：脈沖冷卻技術；隨形冷卻技術；CO2氣體冷卻技術

中圖分類號：TM751 文獻標識碼：A

國民經濟中最重要的基礎模具工業，是現代工業制造中的重要裝備之一。衡量一個國家綜合制造能力的重要標志就是模具的設計和制造水平高低。伴隨著越來越精密化注塑成形工藝的發展方向，冷卻傳統技術早已滿足不了實際的需要，為此研究人員在一些新型的冷卻技術中不斷研究實驗，最終奠定了注塑成形的基礎，并且有了很好的提升。

1.脈沖冷卻技術

注塑模在生產過程中依據脈沖冷卻技術，主要是根據能量脈沖輸入的特點來進行工作的 ， 對于模具溫度的把握，主要是體現在控制冷卻液流量以脈沖輸入。當冷卻水道中冷卻液的流量呈現出我們常說的鋸齒波、方波也有其他波形。形狀是不具有穩定性。掌握模具溫度是通過控制冷卻液的溫度則是傳統冷卻技術 ，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。

被安裝在模腔表面附近的多個精密熱電偶是用來檢測模具溫度的，是在脈沖冷卻系統中進行工作，實現對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、模溫的數據設定值來的，并且根據冷卻液流量控制器判斷的。模溫高流量大，模溫低流量小，模溫會隨著冷卻液流量的變化而產生變化，模溫達到設定模溫時，會立刻停止冷卻液的輸入，這些都是在成形過程中發生的。脈沖冷卻技術與傳統冷卻技術相比的主要技術特點見表1。

溫度差存在于不同區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，因而實行分區冷卻是在脈沖冷卻系統中。這是為了更好地達到冷卻均勻度 ，單獨設計各自的冷卻水道在模具中劃分出幾塊冷卻區域 ，分別是根據溫度狀況預測的型腔表面。為了大大地提高冷卻的均勻度，在每個區域分別安裝熱電偶，檢測不同區域的模溫，冷卻液的流量是各區域冷卻水道的控制輸入的。

模腔表面溫度的變化會直接影響注塑制品的質量。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中進行的 ， 這是用來檢測模腔表面的溫度并不是檢測整套模具的溫度。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據控制輸入所產生的冷卻液流量。因此模腔表面溫度在脈沖冷卻系統要更好地調節，這是為了更有效地提升注塑品的質量。

用冷卻液溫度調整模溫的是傳統冷卻技術。而脈沖冷卻系統中，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， 而冷卻液溫度是穩定的。同時也增強了其流動的紊動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對模溫的響應速度，也加強了模具介面間與冷卻水道的對流換熱。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 %，注塑件有了品質的提高。

采用脈沖冷卻技術， 可以改善更好的質量 ，還可以更快地提高生產效率。所以不斷地增加有關的脈沖冷卻設備是為了更好地實現脈沖冷卻 ，由于多個熱電偶安裝進行冷卻 分區，再加上模具的構造比較普遍，比較起來很復雜，某個程度上抵消生產效率提高所帶來的成本優勢。經過各方面的對比脈沖冷卻技術還是有一定的技術優勢的，在未來的發展方向也是無限的。

2.冷卻隨形技術

隨形冷卻是模具型腔形狀的變化隨著在模具中空間結構冷卻水道產生變動， 冷卻水道在一定的距離一直附在模腔表面。傳統冷卻注塑模的冷卻水道受生產步驟限制，常被設計成直形，再加上距離冷卻水道距型腔表面產生的不同，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的地方 。所以，所有部位的注塑件都要到達溫度開模以下標準時才能開模取件，注重注塑品質成形，因此受冷卻效率低的部位總冷卻時間會直接影響 ，這樣會降低成形效率。可以自由分布冷卻水道 ，可以附著并均勻地覆蓋整個模腔表面按照一定的距離。快速成形加工隨形冷卻注塑模。隨形冷卻注塑模成形效率高，制品質量好等特點，主要體現在快速同時實現冷卻，大幅度的減短冷卻時間，冷卻的均勻度可以更好的提高。

3.CO2氣體冷卻技術

CO2氣體冷卻技術原理是在一定的部位開進氣孔通入低溫的CO2氣體，利用多孔金屬材料制作模具使其他部位開設排氣孔引導氣體流向。用低溫的CO2氣體進行注塑模冷卻技術是由美國AGA AB 公司開發的，作為介質的低溫CO2氣體進行對模具冷卻。

傳統冷卻注塑模與CO2氣體冷卻技術的曲別在于：傳統采用液態冷卻液（水）作為冷卻介質，而二氧化碳氣體冷卻采用比較低的CO2氣體作為冷卻介質進行冷卻模具，并且具有良好的流動性和滲透性在多孔金屬材料中，模腔表面的熱點得到了有效的消除，不會發生冷卻死角，很容易對注塑件的復雜和微細部位實施冷卻。CO2氣體冷卻技術運用冷卻分區，冷卻前劃分不同區域冷卻，設置進、排氣口，指引氣體流向。達到較高的冷卻均勻度，進行各區域的安裝熱電偶的溫度檢測在模腔表面位置。得到的結果反饋，通過PID控制系統CO2氣體流量調節輸入模具各部位控制對模腔表面溫度的。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相較大的（100℃以上）溫度差，這樣相比較傳統冷卻注塑模，CO2氣體冷卻注塑模具有：模溫波動幅度小、成形周期短、成形質量高等優點。

4.總結和展望

脈沖冷卻技術出現不同注塑模，部分替代了傳統的冷卻技術，不但發揮了一定的經濟效益，而且逐漸成熟并被用于實際生產中。沒有獲得大規模推廣應用是因為受到成本、工藝等因素的制約，在完善現有新型冷卻技術的同時，以提高冷卻均勻度和增強對模腔表面溫度的控制力、冷卻效率為目標，繼續加強對注塑模冷卻技術的理論研究，并且不斷開發新技術的新理念。

參考文獻

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