模具温度调节系统

4 . 9 . 1 概述

注射模具的温度就是指模具型腔的表面温度,对于大型塑件就是指模具型腔表面多点温度的平均值。在注射成型过程中,模具温度直接影响到塑件的质量(如收缩率、翘曲变形、耐应力开裂性与表面质量等),并且对生产效率起到决定性的作用,因此,必须采用温度调节系统对模具的温度进行控制。

模具温度调节系统包括冷却与加热两个方面,对于大多数要求较低模温(一般低于80 ℃ )的塑料(如聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、ABS 等),只需设置模具的冷却系统即可,因为,通过调节水的流量就可达到调节模具温度的目的。但对于要求模温较高(80 ? 120 ℃ )的塑料(如聚碳酸醋、聚矾、聚苯醚等)以及大型注射模具,需设置加热系统。因为大型模具散热面积广,有时单靠注人高温塑料来保持模具温度就是不够的。

1、模具温度调节对塑件质量的影响

塑件的质量与模具的温度有密切关系,低的模具温度可降低塑件的成型收缩率,避免塑件收缩产生凹陷,降低脱模后的塑件变形,从而提高塑件尺寸精度。从塑件的耐应力开裂能力来瞧,结晶型塑料结晶度越高该能力就越低,因此也应降低模温。但模具温度过低将影响塑料的流动,造成充模流动阻力大、不易充满型腔、内部应力过大等缺陷,使塑件易出现翘曲、扭曲、流痕、银丝、注不满等问题。

提高模具温度可以改善塑件的表面质量,使塑件的表面粗糙度降低。高的模具温度,对于结晶性聚合物,结晶在模内充分达到平衡,因此,提高模具温度可使塑件尺寸稳定,避免后结晶现象造成尺寸与力学性能的变化(特别就是玻璃化温度低于室温的聚烯烃类塑件)。但就是,模具温度过高将导致成型周期延长与塑件发脆的缺陷;模温过高又会使冷却时间大大延长,易造成滋边、脱模变形等;模温高,则熔体冷却速度慢,收缩率波动大。

如果模具温度不均匀,型腔与型芯温差过大,则塑件收缩不均匀,导致塑件产生翘曲变形,影响塑件的形状与尺寸精度。不均匀的冷却也会使制品表面光泽不一,出模后产生热变形。因此,必须合理控制模具温度,才能确保塑件的质量。

2 、模具温度调节对生产效率的彩响

在塑件成型周期中,冷却时间占了很大比例,一般可占成型周期的2 / 3 。由于冷却所需的时间长,使得注射成型生产率的提高受到了阻碍,因此,缩短成型周期中的冷却时间便成了提高生产率的关键。影响冷却时间的因素很多,如冷却管道与型腔的距离、塑料种类与塑件厚度、开模温度、模具热传导率、冷却介质(水)初始温度及流动状态等。缩短冷却时间,可通过增大冷却介质流速、增大传热面积与调节塑料与模具的温差来实现。此外,冷却管道距型腔表面越近,则冷却效果就越好。因考虑到距离太小,则每一个冷却管道影响型腔表面的范围较小,型腔不易达到均匀冷却;冷却管道距型腔表面太近,就会减小模具型腔表面的强度,在型腔内熔融塑料压力的作用下易发生变形,影响塑件尺寸精度及外观质量。综合这两种情况,一般冷却管道的管壁距型腔表面的距离取15~25 mm 。塑件的厚度、开模温度及冷却水温度对降低冷却时间有显著影响。因此,可以从产品设计与工艺设置入手来减少冷却时间,提高生产效率。

3 、对模具温度的要求

塑料品种不同则对于模具的温度要求也不同,部分翅料的成型温度与模具温度如表4 一24 所示。对模具温度总的要求就是:使模具温度达到适宜制品成型的工艺条件要求,能通过控温系统的调节,使模腔各个部位上的温度基本相同;在较长时间内,即在生产过程中的每个成型周期中,模具温度应均衡一致。

4 . 9 . 2 模具冷却系统的设计计算

冷却系统就是指模具中开设的水道系统,它与外界水源连通,根据需要组成一个或者多个回路的水道。

注射模具中冷却系统的作用有二:

① 带走高温塑料熔体在冷却定型过程中所放出的热量;

② 将模具温度控制在设定的范围内。

1 、冷却参数的计算

( l )冷却时间的确定。塑件在模具内的冷却时间,通常就是指塑料熔体从充满型腔时起到可以开模取出塑件时为止这一段时间。可以开模取出塑件的标准就是塑件已充分固化,且具有一定的强度与刚度。往射成型中冷却时间就是保证制品形状、尺寸精度的重要环节。冷却时间越短,则开模时的残余温度就越高,模具打开后残余温度会引起塑件的变形。因此,设计合理的冷却系统,提高冷却效率,减少冷却时间,就是整个塑料注射模具设计中非常重要的一环。

冷却时间的确定有两种方法:一种就是利用简化公式进行计算,可参阅有关模具设计资料;另外一种就是根据塑件厚度大致确定所需的冷却时间,见表4 一25 。

( 2 )传热面积的计算。在设有冷却系统的模具上热传递具有三种基本方式:热传导、热辐射与对流传热,这三种方式相互伴随,同时对冷却模具产生作用。

2 、冷却系统的设计

l )设计原因

设计冷却系统需要考虑模具的具体结构、塑件的尺寸与壁厚、镶块的位置、熔接痕的产生位里等因素。

( l )冷却管道孔至型腔表面的距离应尽可能相等。当塑件厚度均匀时,冷却通道至型腔表面的距离相等,如图4 一177 ( a )所示,亦即冷却通道的排列与型腔的形状相吻合;当塑件厚度不均匀时,塑件壁厚处冷却通道应靠近型腔,间距要小以加强冷却,如图4 一177 ( b )所示。一般冷却通道与型腔表面的距离大于10 mm ,为冷却通道直径的1~ 2 倍。

( 2 )在模具结构允许的前提下,冷却通道的孔径尽量大,冷却回路的数量尽量多,以保证冷却均匀。图4 一178 所示为在冷却水道数量与直径尺寸不同的条件下,向模具内通人不同温度(45 ℃ 与59 、 83 ℃ )的冷却水后,模具内同一截面上的等温曲线分布情况。其中,图4 一177 ( a )、图4 一177 ( b )冷却管道孔数童多,孔径大,型腔表面温度分布比较均匀,分型面附近(约60 、05 ℃ )与模腔表壁(约60 ℃ )的温差只有0 、05 ℃ 左右。图4 一177 ( c )、图4 一177 ( d ) ,冷却管道孔数量少,孔径小,型腔表面温度梯度大,分型面附近(约60 ℃ )与模腔表壁(约53 、33 ℃ )的温差达6 、67 ℃ 左右。不均匀的冷却会使制品表面光泽不一,出模后产生热变形。

( 3 )注意水管的密封问题,以免漏水。为防止漏水,镶块与镶块的拼接处不应设置冷却管道,必须设置时,应加设套管密封。此外,应注意水道穿过型芯、型腔与模板接缝处时的密封以及水管与水嘴连接处的密封,同时,水管接头部位应设t 在不影响操作的方向,通常在注射机的背面。

( 4 )浇口处应加强冷却。当熔融塑料充填型腔时,由于浇口附近温度最高,因此,应加强冷却。一般可将冷却回路的人口设在浇口处,这样,可使冷却水先流经浇口附近,再流向浇口远端。

( 5 )降低入水与出水的温度差。如果出入水间温差太大,将使得模具的温度分布不均匀,尤其对流程较长的塑件较为明显、设计时应根据塑件的结构特点、塑料特性及塑件壁厚合理确定水道的排列形式,使得塑件的冷却速度大致相同。

( 6 )冷却通道要避免接近塑件熔接痕的产生位置及塑料最后充填的部位。因为,塑件在熔接痕处的温度一般较其她部位为低,为了不使温度进一步下降,保证熔接部位的强度,应尽可能不在熔接痕部位开设冷却管道。冷却水道若靠近塑料最后充填的部位,将会影响塑件质虽及充填效果。

( 7 )冷却通道内不应有存水与产生回流的部位,应避免过大的压力降、冷却通道直径的选择要易于加工与清理。

( 8 )冷却管道最好布置在包含模具型腔型芯的零件上,将冷却管道置于型腔或型芯之外的零部件上会使模具冷却不充分。

2 )常见的冷却回路布置

( l )型腔冷却回路。图4 一181 所示为最简单的外接直流循环式冷却回路,其方法就是在型腔附近钻冷却水孔,用水管接头与塑料管将模内管道连接成单路或多路并行循环。这种回路结构简单、制造方便,但外连接太多,容易碰坏,因此,只用于较浅的矩形型腔。