模具溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)

1、4 . 9 . 1 概述注射模具的溫度是指模具型腔的表面溫度，對(duì)于大型塑件是指模具型腔表面多點(diǎn)溫度的平均值。在注射成型過(guò)程中，模具溫度直接影響到塑件的質(zhì)量(如收縮率、翹曲變形、耐應(yīng)力開裂性和表面質(zhì)量等)，并且對(duì)生產(chǎn)效率起到?jīng)Q定性的作用，因此，必須采用溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)模具的溫度進(jìn)行控制。模具溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括冷卻和加熱兩個(gè)方面，對(duì)于大多數(shù)要求較低模溫(一般低于80 )的塑料(如聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、ABS 等)，只需設(shè)置模具的冷卻系統(tǒng)即可，因?yàn)?，通過(guò)調(diào)節(jié)水的流量就可達(dá)到調(diào)節(jié)模具溫度的目的。但對(duì)于要求模溫較高(80 ? 120 )的塑料(如聚碳酸醋、聚礬、聚苯醚等)以及大型注射模具，需設(shè)置加熱系統(tǒng)

2、。因?yàn)榇笮湍＞呱崦娣e廣，有時(shí)單靠注人高溫塑料來(lái)保持模具溫度是不夠的。1.模具溫度調(diào)節(jié)對(duì)塑件質(zhì)量的影響塑件的質(zhì)量與模具的溫度有密切關(guān)系，低的模具溫度可降低塑件的成型收縮率，避免塑件收縮產(chǎn)生凹陷，降低脫模后的塑件變形，從而提高塑件尺寸精度。從塑件的耐應(yīng)力開裂能力來(lái)看，結(jié)晶型塑料結(jié)晶度越高該能力就越低，因此也應(yīng)降低模溫。但模具溫度過(guò)低將影響塑料的流動(dòng)，造成充模流動(dòng)阻力大、不易充滿型腔、內(nèi)部應(yīng)力過(guò)大等缺陷，使塑件易出現(xiàn)翹曲、扭曲、流痕、銀絲、注不滿等問(wèn)題。提高模具溫度可以改善塑件的表面質(zhì)量，使塑件的表面粗糙度降低。高的模具溫度，對(duì)于結(jié)晶性聚合物，結(jié)晶在模內(nèi)充分達(dá)到平衡，因此，提高模具溫度可使塑件尺寸

3、穩(wěn)定，避免后結(jié)晶現(xiàn)象造成尺寸和力學(xué)性能的變化(特別是玻璃化溫度低于室溫的聚烯烴類塑件)。但是，模具溫度過(guò)高將導(dǎo)致成型周期延長(zhǎng)和塑件發(fā)脆的缺陷;模溫過(guò)高又會(huì)使冷卻時(shí)間大大延長(zhǎng)，易造成滋邊、脫模變形等;模溫高，則熔體冷卻速度慢，收縮率波動(dòng)大。如果模具溫度不均勻，型腔與型芯溫差過(guò)大，則塑件收縮不均勻，導(dǎo)致塑件產(chǎn)生翹曲變形，影響塑件的形狀和尺寸精度。不均勻的冷卻也會(huì)使制品表面光澤不一，出模后產(chǎn)生熱變形。因此，必須合理控制模具溫度，才能確保塑件的質(zhì)量。2 .模具溫度調(diào)節(jié)對(duì)生產(chǎn)效率的彩響在塑件成型周期中，冷卻時(shí)間占了很大比例，一般可占成型周期的2 / 3 。由于冷卻所需的時(shí)間長(zhǎng)，使得注射成型生產(chǎn)率的提高受

4、到了阻礙，因此，縮短成型周期中的冷卻時(shí)間便成了提高生產(chǎn)率的關(guān)鍵。影響冷卻時(shí)間的因素很多，如冷卻管道與型腔的距離、塑料種類和塑件厚度、開模溫度、模具熱傳導(dǎo)率、冷卻介質(zhì)(水)初始溫度及流動(dòng)狀態(tài)等?？s短冷卻時(shí)間，可通過(guò)增大冷卻介質(zhì)流速、增大傳熱面積和調(diào)節(jié)塑料與模具的溫差來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外，冷卻管道距型腔表面越近，則冷卻效果就越好。因考慮到距離太小，則每一個(gè)冷卻管道影響型腔表面的范圍較小，型腔不易達(dá)到均勻冷卻;冷卻管道距型腔表面太近，就會(huì)減小模具型腔表面的強(qiáng)度，在型腔內(nèi)熔融塑料壓力的作用下易發(fā)生變形，影響塑件尺寸精度及外觀質(zhì)量。綜合這兩種情況，一般冷卻管道的管壁距型腔表面的距離取1525 mm 。塑件的厚度

5、、開模溫度及冷卻水溫度對(duì)降低冷卻時(shí)間有顯著影響。因此，可以從產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝設(shè)置入手來(lái)減少冷卻時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。3 .對(duì)模具溫度的要求塑料品種不同則對(duì)于模具的溫度要求也不同，部分翅料的成型溫度與模具溫度如表4 一24 所示。對(duì)模具溫度總的要求是：使模具溫度達(dá)到適宜制品成型的工藝條件要求，能通過(guò)控溫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，使模腔各個(gè)部位上的溫度基本相同;在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，即在生產(chǎn)過(guò)程中的每個(gè)成型周期中，模具溫度應(yīng)均衡一致。4 . 9 . 2 模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算冷卻系統(tǒng)是指模具中開設(shè)的水道系統(tǒng)，它與外界水源連通，根據(jù)需要組成一個(gè)或者多個(gè)回路的水道。注射模具中冷卻系統(tǒng)的作用有二： 帶走高溫塑料熔體在冷卻定型過(guò)程

6、中所放出的熱量; 將模具溫度控制在設(shè)定的范圍內(nèi)。1 .冷卻參數(shù)的計(jì)算( l )冷卻時(shí)間的確定。塑件在模具內(nèi)的冷卻時(shí)間，通常是指塑料熔體從充滿型腔時(shí)起到可以開模取出塑件時(shí)為止這一段時(shí)間?？梢蚤_模取出塑件的標(biāo)準(zhǔn)是塑件已充分固化，且具有一定的強(qiáng)度和剛度。往射成型中冷卻時(shí)間是保證制品形狀、尺寸精度的重要環(huán)節(jié)。冷卻時(shí)間越短，則開模時(shí)的殘余溫度就越高，模具打開后殘余溫度會(huì)引起塑件的變形。因此，設(shè)計(jì)合理的冷卻系統(tǒng)，提高冷卻效率，減少冷卻時(shí)間，是整個(gè)塑料注射模具設(shè)計(jì)中非常重要的一環(huán)。冷卻時(shí)間的確定有兩種方法：一種是利用簡(jiǎn)化公式進(jìn)行計(jì)算，可參閱有關(guān)模具設(shè)計(jì)資料;另外一種是根據(jù)塑件厚度大致確定所需的冷卻時(shí)間，見(jiàn)表

7、4 一25 。( 2 )傳熱面積的計(jì)算。在設(shè)有冷卻系統(tǒng)的模具上熱傳遞具有三種基本方式：熱傳導(dǎo)、熱輻射和對(duì)流傳熱，這三種方式相互伴隨，同時(shí)對(duì)冷卻模具產(chǎn)生作用。2 .冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)l )設(shè)計(jì)原因設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)需要考慮模具的具體結(jié)構(gòu)、塑件的尺寸和壁厚、鑲塊的位置、熔接痕的產(chǎn)生位里等因素。( l )冷卻管道孔至型腔表面的距離應(yīng)盡可能相等。當(dāng)塑件厚度均勻時(shí)，冷卻通道至型腔表面的距離相等，如圖4 一177 ( a )所示，亦即冷卻通道的排列與型腔的形狀相吻合;當(dāng)塑件厚度不均勻時(shí)，塑件壁厚處冷卻通道應(yīng)靠近型腔，間距要小以加強(qiáng)冷卻，如圖4 一177 ( b )所示。一般冷卻通道與型腔表面的距離大于10 mm ，

8、為冷卻通道直徑的1 2 倍。( 2 )在模具結(jié)構(gòu)允許的前提下，冷卻通道的孔徑盡量大，冷卻回路的數(shù)量盡量多，以保證冷卻均勻。圖4 一178 所示為在冷卻水道數(shù)量和直徑尺寸不同的條件下，向模具內(nèi)通人不同溫度(45 和59 . 83 )的冷卻水后，模具內(nèi)同一截面上的等溫曲線分布情況。其中，圖4 一177 ( a )、圖4 一177 ( b )冷卻管道孔數(shù)童多，孔徑大，型腔表面溫度分布比較均勻，分型面附近(約60 . 05 )和模腔表壁(約60 )的溫差只有0 . 05 左右。圖4 一177 ( c )、圖4 一177 ( d ) ，冷卻管道孔數(shù)量少，孔徑小，型腔表面溫度梯度大，分型面附近(約60 )

9、和模腔表壁(約53 . 33 )的溫差達(dá)6 . 67 左右。不均勻的冷卻會(huì)使制品表面光澤不一，出模后產(chǎn)生熱變形。( 3 )注意水管的密封問(wèn)題，以免漏水。為防止漏水，鑲塊與鑲塊的拼接處不應(yīng)設(shè)置冷卻管道，必須設(shè)置時(shí)，應(yīng)加設(shè)套管密封。此外，應(yīng)注意水道穿過(guò)型芯、型腔與模板接縫處時(shí)的密封以及水管與水嘴連接處的密封，同時(shí)，水管接頭部位應(yīng)設(shè)t 在不影響操作的方向，通常在注射機(jī)的背面。( 4 )澆口處應(yīng)加強(qiáng)冷卻。當(dāng)熔融塑料充填型腔時(shí)，由于澆口附近溫度最高，因此，應(yīng)加強(qiáng)冷卻。一般可將冷卻回路的人口設(shè)在澆口處，這樣，可使冷卻水先流經(jīng)澆口附近，再流向澆口遠(yuǎn)端。( 5 )降低入水與出水的溫度差。如果出入水間溫差太大，

10、將使得模具的溫度分布不均勻，尤其對(duì)流程較長(zhǎng)的塑件較為明顯.設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、塑料特性及塑件壁厚合理確定水道的排列形式，使得塑件的冷卻速度大致相同。( 6 )冷卻通道要避免接近塑件熔接痕的產(chǎn)生位置及塑料最后充填的部位。因?yàn)?，塑件在熔接痕處的溫度一般較其他部位為低，為了不使溫度進(jìn)一步下降，保證熔接部位的強(qiáng)度，應(yīng)盡可能不在熔接痕部位開設(shè)冷卻管道。冷卻水道若靠近塑料最后充填的部位，將會(huì)影響塑件質(zhì)雖及充填效果。( 7 )冷卻通道內(nèi)不應(yīng)有存水和產(chǎn)生回流的部位，應(yīng)避免過(guò)大的壓力降.冷卻通道直徑的選擇要易于加工和清理。( 8 )冷卻管道最好布置在包含模具型腔型芯的零件上，將冷卻管道置于型腔或型芯之外

11、的零部件上會(huì)使模具冷卻不充分。2 )常見(jiàn)的冷卻回路布置( l )型腔冷卻回路。圖4 一181 所示為最簡(jiǎn)單的外接直流循環(huán)式冷卻回路，其方法是在型腔附近鉆冷卻水孔，用水管接頭和塑料管將模內(nèi)管道連接成單路或多路并行循環(huán)。這種回路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便，但外連接太多，容易碰壞，因此，只用于較淺的矩形型腔。為避免外部設(shè)置接頭，可在型腔外周鉆直通水道，用塞子或擋板使冷卻水沿指定方向流動(dòng)，冷卻水孔非進(jìn)出口均用螺塞堵住。該回路適合各種較淺的，特別是圓形的型腔。( 2 )型芯冷卻回路。在注射成型過(guò)程中，型芯總是被溫度很高的熔融塑料包圍著，并且塑件在固化時(shí)因收縮而包緊在型芯上，塑件與型腔之間會(huì)形成空隙，這時(shí)絕大部分

12、的熱量依靠型芯的冷卻回路進(jìn)行傳遞，因此，在冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，型芯的冷卻顯得更為重要。對(duì)于較長(zhǎng)的型芯，為使型芯表面迅速冷卻，應(yīng)設(shè)法使冷卻水在型芯內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，其形式有如下幾種。 斜交叉式管道冷卻回路如圖4 一187 所示，該形式主要適用于小直徑長(zhǎng)型芯的冷卻。 直孔隔板式冷卻回路如圖4 一188 所示，在型芯的直管道中采用隔板結(jié)構(gòu)，與型芯軸線平行的管道與底部橫向管道形成了串接冷卻回路，水從右側(cè)流人，由于水堵使水上流，在上側(cè)通過(guò)隔板流人左側(cè)而完成冷卻過(guò)程。此方法可用于大直徑的長(zhǎng)型芯的冷卻。 水管噴流式冷卻回路.圖4 一189 所示為水管噴流式冷卻回路，在型芯中間裝一噴水管，冷卻水從噴水管中噴出，分流后

13、沖刷冷卻型芯內(nèi)側(cè).這種同路冷卻效果好，但制造比較困難，適用于長(zhǎng)型芯單型腔模。 熱管冷卻.對(duì)于細(xì)小的型芯，常常無(wú)法在型芯內(nèi)直接設(shè)置冷卻回路，因此需要采用特殊冷卻方式。圖4 一190 所示為應(yīng)用熱管冷卻型芯。熱管是一種特制的散熱用標(biāo)準(zhǔn)件，由銅管、銅線芯(起吸抽作用)和工作液(如水)等組成，將它的一端插人小直徑型芯中吸熱，另外一端置于循環(huán)冷卻液中散熱。熱管用于塑料注射模的冷卻，至少可縮短成型周期30 %以上，并能使模溫恒定。 螺旋式冷卻回路。為保證冷卻迅速、可靠，可根據(jù)型芯的可利用空間，在型芯內(nèi)部設(shè)計(jì)螺旋式冷卻回路，如圖4 一191 所示，即在型芯嵌件外表面車制螺旋溝槽后壓人型芯的內(nèi)孔中，冷卻水從中

14、心孔引向芯柱頂端，經(jīng)螺旋回路從底部流出。此回路適合大型回轉(zhuǎn)體塑件型芯的冷卻。4 .9. 3 加熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算當(dāng)注射模具工作溫度要求在80 以上時(shí)，必須設(shè)置加熱系統(tǒng)。根據(jù)熱源不同，模具加熱的方式分為電加熱(包括電阻加熱和感應(yīng)加熱，后者應(yīng)用較少)、油加熱、蒸汽加熱、熱水或過(guò)熱水加熱等。其中，應(yīng)用比較廣泛的是電阻加熱。1 .電阻加熱裝置電阻加熱的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、使用、安裝方便、溫度調(diào)節(jié)范圍較大、沒(méi)有污染等;缺點(diǎn)是耗電量較大。電阻加熱有三種裝置。( l )電阻絲加熱。將事先繞制好的螺旋彈簧狀電阻絲作為加熱元件，外部穿套特制的絕緣瓷管后，裝入模具中的加熱孔道，一旦通電，便可對(duì)模具直接加熱。( 2 )電熱套或電熱板加熱。電熱套是將電阻絲繞制在云母片上之后，再裝夾進(jìn)一個(gè)特制