模具溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)

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1、 　　　4 . 9 . 1 概述 　　注射模具的溫度是指模具型腔的表面溫度，對于大型塑件是指模具型腔表面多點溫度的平均值。在注射成型過程中，模具溫度直接影響到塑件的質(zhì)量(如收縮率、翹曲變形、耐應力開裂性和表面質(zhì)量等)，并且對生產(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)對模具的溫度進行控制。 　　模具溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括冷卻和加熱兩個方面，對于大多數(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)，只需設置模具的冷卻系統(tǒng)即可，因為，通過調(diào)節(jié)水的流量就可達到調(diào)節(jié)模具溫度的目的。但對于要求模溫較高(80 ? 120 ℃ )的塑料(如聚碳酸醋、聚礬、聚苯醚等

2、)以及大型注射模具，需設置加熱系統(tǒng)。因為大型模具散熱面積廣，有時單靠注人高溫塑料來保持模具溫度是不夠的。 　　1.模具溫度調(diào)節(jié)對塑件質(zhì)量的影響 　　塑件的質(zhì)量與模具的溫度有密切關系，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。從塑件的耐應力開裂能力來看，結(jié)晶型塑料結(jié)晶度越高該能力就越低，因此也應降低模溫。但模具溫度過低將影響塑料的流動，造成充模流動阻力大、不易充滿型腔、內(nèi)部應力過大等缺陷，使塑件易出現(xiàn)翹曲、扭曲、流痕、銀絲、注不滿等問題。 　　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，對于結(jié)晶性聚合

3、物，結(jié)晶在模內(nèi)充分達到平衡，因此，提高模具溫度可使塑件尺寸穩(wěn)定，避免后結(jié)晶現(xiàn)象造成尺寸和力學性能的變化(特別是玻璃化溫度低于室溫的聚烯烴類塑件)。但是，模具溫度過高將導致成型周期延長和塑件發(fā)脆的缺陷;模溫過高又會使冷卻時間大大延長，易造成滋邊、脫模變形等;模溫高，則熔體冷卻速度慢，收縮率波動大。 　　如果模具溫度不均勻，型腔與型芯溫差過大，則塑件收縮不均勻，導致塑件產(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)對生產(chǎn)效率的彩響 　　在塑件成型周期中，冷卻時間占了很大比例

4、，一般可占成型周期的2 / 3 。由于冷卻所需的時間長，使得注射成型生產(chǎn)率的提高受到了阻礙，因此，縮短成型周期中的冷卻時間便成了提高生產(chǎn)率的關鍵。影響冷卻時間的因素很多，如冷卻管道與型腔的距離、塑料種類和塑件厚度、開模溫度、模具熱傳導率、冷卻介質(zhì)(水)初始溫度及流動狀態(tài)等?？s短冷卻時間，可通過增大冷卻介質(zhì)流速、增大傳熱面積和調(diào)節(jié)塑料與模具的溫差來實現(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，則每一個冷卻管道影響型腔表面的范圍較小，型腔不易達到均勻冷卻;冷卻管道距型腔表面太近，就會減小模具型腔表面的強度，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

5、。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15~25 mm 。塑件的厚度、開模溫度及冷卻水溫度對降低冷卻時間有顯著影響。因此，可以從產(chǎn)品設計和工藝設置入手來減少冷卻時間，提高生產(chǎn)效率。 　　3 .對模具溫度的要求 精選文檔 塑料品種不同則對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。對模具溫度總的要求是：使模具溫度達到適宜制品成型的工藝條件要求，能通過控溫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，使模腔各個部位上的溫度基本相同;在較長時間內(nèi)，即在生產(chǎn)過程中的每個成型周期中，模具溫度應均衡一致。 　　4 . 9 . 2 模具冷卻系統(tǒng)的設計計算 　　冷卻系統(tǒng)是指模具中

6、開設的水道系統(tǒng)，它與外界水源連通，根據(jù)需要組成一個或者多個回路的水道。 注射模具中冷卻系統(tǒng)的作用有二： ① 帶走高溫塑料熔體在冷卻定型過程中所放出的熱量; ② 將模具溫度控制在設定的范圍內(nèi)。 　　1 .冷卻參數(shù)的計算 　　( l )冷卻時間的確定。塑件在模具內(nèi)的冷卻時間，通常是指塑料熔體從充滿型腔時起到可以開模取出塑件時為止這一段時間。可以開模取出塑件的標準是塑件已充分固化，且具有一定的強度和剛度。往射成型中冷卻時間是保證制品形狀、尺寸精度的重要環(huán)節(jié)。冷卻時間越短，則開模時的殘余溫度就越高，模具打開后殘余溫度會引起塑件的變形。因此，設計合理的冷卻系統(tǒng)，提高冷卻效率，減少冷卻時間，是整

7、個塑料注射模具設計中非常重要的一環(huán)。 　　冷卻時間的確定有兩種方法：一種是利用簡化公式進行計算，可參閱有關模具設計資料;另外一種是根據(jù)塑件厚度大致確定所需的冷卻時間，見表4 一25 。 　　( 2 )傳熱面積的計算。在設有冷卻系統(tǒng)的模具上熱傳遞具有三種基本方式：熱傳導、熱輻射和對流傳熱，這三種方式相互伴隨，同時對冷卻模具產(chǎn)生作用。 　　2 .冷卻系統(tǒng)的設計 精選文檔 　　l )設計原因 　　設計冷卻系統(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盡可能相等。當塑件厚度均勻時，冷卻通道至型腔表面的距離

8、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;當塑件厚度不均勻時，塑件壁厚處冷卻通道應靠近型腔，間距要小以加強冷卻，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 ，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

9、，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 ℃ )和模腔表壁(約53 . 33 ℃ )的溫差達6 . 67 ℃ 左右。不均勻的冷卻會使制品表面光澤不一，出模后產(chǎn)生熱變形。 　　( 3 )注意水管的密封問題，以免漏水。為防止漏水，鑲塊與鑲塊的拼接處不應設置冷卻管道，必須設置時，應加設套管密封。此外，應注意水道穿過型芯、型腔與模板接縫處時的密封以及水管與水嘴連接處的密封，同時，水管接頭部

10、位應設t 在不影響操作的方向，通常在注射機的背面。 　　( 4 )澆口處應加強冷卻。當熔融塑料充填型腔時，由于澆口附近溫度最高，因此，應加強冷卻。一般可將冷卻回路的人口設在澆口處，這樣，可使冷卻水先流經(jīng)澆口附近，再流向澆口遠端。 　　( 5 )降低入水與出水的溫度差。如果出入水間溫差太大，將使得模具的溫度分布不均勻，尤其對流程較長的塑件較為明顯.設計時應根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)特點、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。因為，塑件在熔接痕處的溫度一般較其他部位為低，為了不使溫度進一步下降，保

11、證熔接部位的強度，應盡可能不在熔接痕部位開設冷卻管道。冷卻水道若靠近塑料最后充填的部位，將會影響塑件質(zhì)雖及充填效果。 　　( 7 )冷卻通道內(nèi)不應有存水和產(chǎn)生回流的部位，應避免過大的壓力降.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的零部件上會使模具冷卻不充分。 　　2 )常見的冷卻回路布置 精選文檔 　　( l )型腔冷卻回路。圖4 一181 所示為最簡單的外接直流循環(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)簡單、制造方便，但外連

12、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，冷卻水孔非進出口均用螺塞堵住。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，并且塑件在固化時因收縮而包緊在型芯上，塑件與型腔之間會形成空隙，這時絕大部分的熱量依靠型芯的冷卻回路進行傳遞，因此，在冷卻系統(tǒng)的設計中，型芯的冷卻顯得更為重要。 　　對于較長的型芯，為使型芯表面迅速冷卻，應設法使冷卻水在型芯內(nèi)循環(huán)流動，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

13、，該形式主要適用于小直徑長型芯的冷卻。 　?、?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)通過隔板流人左側(cè)而完成冷卻過程。此方法可用于大直徑的長型芯的冷卻。 　　③ 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，適用于長型芯單型腔模。 　　④ 熱管冷卻.對于細小的型芯，常常無法在型芯內(nèi)直接設置冷卻回路，因此需要采用特殊冷卻方式。圖4 一190 所示為

14、應用熱管冷卻型芯。熱管是一種特制的散熱用標準件，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)部設計螺旋式冷卻回路，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)的設計與計算 　　當注射模具工作溫度要求在80 ℃ 以上時，必須設

15、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加熱，后者應用較少)、油加熱、蒸汽加熱、熱水或過熱水加熱等。其中，應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)點是結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、使用、安裝方便、溫度調(diào)節(jié)范圍較大、沒有污染等;缺點是耗電量較大。電阻加熱有三種裝置。 精選文檔 　　( 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，再裝夾進一個特制金屬框套內(nèi)而制成的，云母片起絕緣作用。 　　( 3 )電熱棒加熱。電熱棒是一種標準加熱元件，它是將具有一定功率的電阻絲密封在不銹鋼內(nèi)制成的.使用時，在模具上適當?shù)奈恢勉@孔，然后將其插人，并裝上熱電偶，通電即可。 　　2 .電阻加熱的計算 　　( l )加熱功率計算。根據(jù)實際需要計算電功率，是設計模具電阻加熱裝置的首要任務。其計算方法有兩種。 ( 2 )加熱棒數(shù)量的確定?？偟碾姽β蔖 計算之后，即可根據(jù)電熱板的尺寸確定電熱棒的根數(shù)，計算電熱棒的功率。 作者：汽車模具 （注：可編輯下載，若有不當之處，請指正，謝謝!） 精選文檔