塑料橡膠成型模具設(shè)計：溫度調(diào)節(jié)

1、3.8注射模具溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)3.8.1概述 在注射成型過程中，模具的溫度直接影響到塑件成型的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，由于各種塑件的性能和成型工藝要求不同，模具的溫度也要求不同，一般注射到模具內(nèi)的塑料溫度為200。而塑件固化后從模具型腔中取出時其溫度在60以下，溫度降低時是由于模具通入冷卻水將熱量帶走了。普通的模具通入常溫水進行冷卻，通過調(diào)節(jié)水的流量就可以調(diào)節(jié)模具的溫度。這種冷卻方法一般用于流動性好的低熔點的塑料成型。為了縮短成型周期，還可以把常溫的水降低溫度后再通入模內(nèi)，因為成型周期主要取決于冷卻時間用低溫水冷卻模具，可以提高冷卻效率，不過需要注意的是，用低溫水冷卻，大氣中的水分可能在型腔表面凝聚，即后

2、影響制品質(zhì)量。對于流動性差的塑料的溫度調(diào)節(jié)方式 流動性差的塑料如PC、聚苯醚、POM等要求模溫高，若模具溫度過低則影響塑料的流動，增大流動剪切力，使塑件內(nèi)應(yīng)力較大，甚至還會出現(xiàn)冷流痕、銀絲、注不滿等缺陷。尤其是冷模剛開始注射時，這種情況更為明顯。因此對于高熔點，流動性差的塑料，流動距離長的（相對于壁厚而言）的制品，為了防止填充不足，有時也在水管中通入溫水或把模具加熱，但模具溫度也不能過高，否則要求冷卻時間延長，且制品脫模后易發(fā)生變形，總之要作到優(yōu)質(zhì)高效率生產(chǎn)，模具必須能夠進行溫度調(diào)節(jié)，應(yīng)根據(jù)需要，進行設(shè)計。 溫度調(diào)節(jié)與生產(chǎn)效率有關(guān)，對塑件質(zhì)量也有影響，下面分別敘述。溫度調(diào)節(jié)與生產(chǎn)效率的關(guān)系 確

3、定模溫有兩個可供選擇的區(qū)間，一是使模具保持最低的溫度，一是使模具溫度保持在比塑料熱變形溫度稍低的溫度，要根據(jù)塑料的特性和模具的構(gòu)造來確定，對難于充滿型腔的塑料和模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜的情況，一般采用后者?，F(xiàn)在假設(shè)由塑料傳給模具的熱量為Q千卡/小時 （3-8-1）式中：A傳熱面積，米2； H塑料對型腔的傳熱系數(shù)，千卡/米2小時； T型腔和塑料的平均溫差，度； t冷卻時間，秒。 簡化式 如果型腔形狀和塑料品種定了，式（3-8-1）中A和H值就可以確定，所以直接寫成下式： （3-8-2） 即冷卻時間t與 成正比，為了使冷卻時間縮短，可使塑料傳給模具的熱量Q減小或使塑料和模具的溫差大?？s短成型周期就是縮短冷卻時

4、間，也就是為了提高生產(chǎn)效率而進行溫度調(diào)節(jié)。 根據(jù)試驗。塑料帶給模具的熱量約5%由輻射、對流散到大氣中，其余95%由冷卻介質(zhì)帶走。因為模具的材料是鋼導(dǎo)熱系數(shù)大約為1000千卡/米2小時度，傳熱非?？欤虼艘话銇碚f冷卻水管距型腔的距離對型腔的冷卻影響不大，主要影響因素是冷卻介質(zhì)的流量。溫度調(diào)節(jié)對塑件質(zhì)量的影響 質(zhì)量優(yōu)良的塑件應(yīng)滿足以下六個方面的要求：收縮率小 耐應(yīng)力開裂性好變形小 表面光潔尺寸穩(wěn)定 沖擊強度高收縮率小，變形小 采用較低的模具溫度可以減小塑件的成型收縮率，模溫均勻冷卻時間短，注射速度快可以減小塑件的變形。其中均勻一致的模溫尤為重要，但是由于塑件形狀復(fù)雜，壁厚不一致，充摸順序先后不同，

5、常出現(xiàn)冷卻不均勻的情況，為了改善這一狀況可將冷卻水先通入模溫最高的敵方，甚至在冷的快的地方通溫水，慢的地方通冷水，使得模溫均勻，塑件各部位能同時凝固，這不僅提高了制品質(zhì)量也縮短了成型周期，但由于模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要完全達到理想的模溫往往是困難的。 尺寸穩(wěn)定 對于結(jié)晶型塑料，為了使塑件尺寸穩(wěn)定應(yīng)該提高模溫，使結(jié)晶在模具內(nèi)盡可能的達到平衡，否則塑件在存放和使用過程中由于后結(jié)晶會造成尺寸和力學(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），但模溫過高對制品性能也會產(chǎn)生不好的影響。 結(jié)晶型塑料的結(jié)晶度還影響塑料在溶劑中的耐應(yīng)力開裂能力，結(jié)晶度越高該能力越低，故降低模溫是有利的，但是對于聚碳酸脂一類的

6、高黏度非結(jié)晶型塑料，耐應(yīng)力開裂能力和制品的內(nèi)應(yīng)力關(guān)系很大，故提高充模速度，減少補料時間并采用高模溫有利。 耐應(yīng)力開裂性好 沖擊強度高 實驗表明，HDPE沖擊強度受充模速度影響很大，特別在澆口附近，高速注射的制品較低速注射的制品在澆口附近沖擊強度高1/4，但模溫影響較小，以采用較低的模溫（4550）為宜。 表面光潔 對塑件表面光潔度影響最大的除型腔表面加工質(zhì)量外就是模具溫度，提高模溫能大大改善塑件表面狀態(tài)。 上述六點要求有互相矛盾的地方，在選用時應(yīng)根據(jù)使用情況偏重于滿足塑件的主要要求。 對溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計要求 根據(jù)塑料的品種，確定溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)是采用加熱方式還是冷卻方式。 希望模溫均一，塑件各部

7、位同時冷卻，以提高生產(chǎn)效率和塑件質(zhì)量。 采用低的模溫、快速、大流量通水一般效果比較好。 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)要盡量作到結(jié)構(gòu)簡單，加工容易。注意：關(guān)于內(nèi)應(yīng)力的說明 在注塑時制品中可能產(chǎn)生以下幾種內(nèi)應(yīng)力： 取向應(yīng)力：是充模過程中和冷卻時由于聚合物大分子形狀發(fā)生變化和一定的構(gòu)象被固定下來而產(chǎn)生的； 溫度應(yīng)力：是由于聚合物在注塑過程中冷卻不均造成的； 與注射過程中分子本身的平衡狀態(tài)受到破壞并形成不平衡體積有關(guān)的應(yīng)力； 與脫模時制品的變形有關(guān)的應(yīng)力。 取向應(yīng)力和溫度應(yīng)力實際上決定著注塑制品的物理力學(xué)性能，應(yīng)視為最重要的內(nèi)應(yīng)力。與體積不平衡狀態(tài)有關(guān)的內(nèi)應(yīng)力是難以消除的，因為聚合物即使在極其緩慢的冷卻下，聚合物實際

8、上也不能達到平衡體積，不過這一應(yīng)力實際上并不大。制品從模腔頂出時受到彎曲以及由于熱塑性塑料并未在整個截面上凝固而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，如果采用結(jié)構(gòu)合理的頂出系統(tǒng)，保證最佳注射條件，降低開模時模具內(nèi)的剩余壓力，是可以使其減小到最小的。應(yīng)力類型對制品的影響 溫度應(yīng)力的形成 注塑聚合物時，熔體溫度和模具溫度之間有很大溫差，這使靠近模壁的聚合物冷卻迅速，因而產(chǎn)生了在制品體積內(nèi)分布不均勻的機械應(yīng)力，由于聚合物的熱容量大導(dǎo)熱不良，制品表面層比內(nèi)層冷卻的快，制品表面所形成的凝固殼層，阻礙內(nèi)部在繼續(xù)冷卻時的自由收縮，結(jié)果在制品內(nèi)產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，而在外層則產(chǎn)生壓縮應(yīng)力。3.8.2模具冷卻面積的計算 計算目的： 求得恰當?shù)?/p>

9、冷卻管道直徑與長度，滿足冷卻要求。 模具熱量散發(fā)的形式 僅考慮冷卻介質(zhì)在管內(nèi)作強制對流而散熱，忽略其他因素。假設(shè)塑料放出的熱量全部傳給模具，其熱量為 （千卡/小時） （3-8-3）式中：n每小時的注射次數(shù)； G包括澆注系統(tǒng)在內(nèi)的每次注射的塑料量，公斤； i從熔融塑料進入行腔的溫度到塑料冷卻后的脫模溫度為止，塑料的焓熱差。 實際上除此之外還有熔融潛熱，現(xiàn)忽略不計，認為熱量Q經(jīng)模具傳給冷卻介質(zhì)，這時冷卻水管的傳熱面積為： （米2） （3-8-4）式中：冷卻介質(zhì)對管壁的傳熱系數(shù)，千卡/米2小時 T模具和冷卻介質(zhì)的平均溫差，。冷卻面積的計算 當液體在圓形斷面直管中呈湍流時，其傳熱系數(shù)計算如下： （千卡

10、/米2小時） （3-8-5）式中：流體的導(dǎo)熱系數(shù)，千卡/米小時 d管徑，米； w流速，米/秒； 流體的密度，公斤/米3； 流體的黏度，公斤秒/米2 g重力加速度，米/秒2； Cp流體的定壓比熱，千卡/公斤。使用上式的條件 在式（3-8-5）中，等號右邊第一個括號內(nèi)的數(shù)群為雷諾準數(shù),第二個括號內(nèi)也是沒有單位的數(shù)群成為普蘭特常數(shù) 。用3-8-5式計算時必須符合以下幾個條件：流體作穩(wěn)定的湍流流動，即Re104Pr=0.72500；用流體進出口溫度的算術(shù)平均值作為定性溫度，按此溫度確定流體的各個物性常數(shù)；管長L與管徑d之比大于50即長管。由3-8-3，3-8-4，3-8-5求出傳熱面積，就可求出冷卻水

11、孔直徑，水路長度及孔數(shù)。式中：n孔數(shù)。3.8.3模具冷卻系統(tǒng)設(shè)計原則 為了提高生產(chǎn)效率，得到變形小的制品，除了塑件與型腔的形狀設(shè)計外，冷卻系統(tǒng)的設(shè)計也是很重要的。一、冷卻水孔數(shù)量盡量多，尺寸盡量大如圖 。二、冷卻水孔至型腔表面距離相等。如圖 所示，一般水孔邊離型腔的距離大于10mm，常用12-15mm。三、澆口處加強冷卻如圖四、降低入水與出水的溫度差如圖五、便于加工清理3-8-13-8-2a3-8-33-8-43-8-53-8-6 四、冷卻水孔的排列形式 薄壁扁平塑件側(cè)面澆口的情況如圖 所示，動模和定模都是距型腔等距離開孔；中等深度殼形塑件如圖 ；深型腔塑件如圖 ；狹窄的、薄的小型制品如圖 、圖 。 3-8-73-