注塑模具冷却时间影响分析

【摘要】注塑模具冷却时间对模具的成型及质量有很大影响，模具生产时需认真考虑此问题，本文就此来具体分析和探讨影响注塑模具冷却时间的影响因素，以便为模具设计提供参考。

【关键词】注塑模具；冷却时间；影响因素

中图分类号：TG76 文献标识码：A 文章编号：

一、引言

我们日常使用的生活用品、玩具等产品在批量生产前都需要作出外形模具，模具做好之后，产品的外形就利用模具来批量生产，可见模具对我们的生活有着巨大的影响，注塑模具冷却时间是模具制作中的一个重大问题，其对模具有着很大的影响，因此，研究其影响因素十分必要。

二、模具冷却结构分析

制件冷却时间通常是指塑料熔体从充满型腔起，到可以开模取出制件时止的这一段时间。开模取出制件以制件已充分凝固，具有一定刚性和强度为准，通常设计冷却系统时应选择塑件达到脱模温度所需冷却最长的时间。塑料与冷却液之间的热交换是通过模具内热传导完成的。 热传导可通过傅里叶微分方程进行处理。 由于塑件主要有二维特性，而热量只沿一维方向即厚度方向传递，当塑件的长度与厚度之比L / S > 10 的场合，对塑件的冷却一维计算就可以。 因此以下对电视机壳这样的大型制品，外形较简单、规整，其长度远超过厚度的十倍。边界效应F已小到可以忽略的地步，这样可以将其当作: 大平壁F处理。高温熔体进入冷模腔，使模腔壁温度升高，其热量大部分传给冷却水流带走，其余由模具、模架以及传导对流、辐射的方式传给周围环境，从而使塑件冷却达到脱模温度。

常见的冷却系统分为直通式和点冷式两种结构，下面对这两种结构进行简要阐述。

(1)直通式冷却管道。直通式冷却管道一般可分为外接直通式冷却管道和内接直通式冷却管道两种。外接式是指在模具外用水管接头和橡皮管将模具内钻的管道连接回路;内接式是指在模具内部用水管接头和螺塞将钻的管道连接成回路。直通式冷却管道对规则浅型塑件的冷却效果较好，加工方便，常做为优先选择的冷却方式。

(2)点冷式冷却。点冷式冷却的特点是局部冷却，适用于型芯冷却。按照结构形式可分为喷泉式、隔板式、螺旋形塑料隔水片和导热针式。大型深型腔模具常用多孔隔板式冷却。

大部分模具型腔采用直通式冷却管道，结构简单，加工方便。考虑到仪表板属于深腔大型制品，为了加强型芯的冷却效果，型芯采用隔板式冷却方式，在型芯内钻多个孔，在每个水孔内插入纵向隔板，水从隔板一侧向上流动翻到另一侧，然后再进入相邻的孔，最终流出模外。此外，虽然仪表板模具绕注系统釆用了热流道方法，但由于热流道与周围模板之间有隔热层，只有少数热量传递出来，影响效果不大，所以此处不考虑热流道的冷却。

三、注塑模具冷却时间影响因素

注塑过程中塑件溶体冷却时间，通常是指塑料溶体从充满模具型腔起到可以开模取出塑件为止的时间。对于汽车仪表板等大型制品来说，长和宽远远超过其厚度的10倍，因此具有二维特性，而热量只沿一维方向即塑件的厚度方向传递，因此该类制品的冷却可按一维传热模型计算

1. 模具材料

通常，从机械强度出发，选钢材为模具材料。 如果只考虑材料的冷却效果时，则要求导热系数高，从熔融塑料上吸收热量越迅速，冷却越快。。 在这些材料中，C 和Cr 含量越高，导执热性越差。 不锈钢导热系数只有钢的1/ 2 以下。 而铜铝锌合金导热系数为钢的1。 5～3 倍，试制模具自然冷却周期比钢的短，制品收缩状态也比钢模具好得多，但其价格、加工成本要高，因此在保证模具刚度和强度条件下，为降低成本，在适当部位可选导热系数较大的材料作为镶嵌件之用。 而下面对冷却时间的实例模具计算中就采用了这一点，而且计算结果表明这样做确实收到了很好的效果。

2.模塑材料

模塑材料的传热效果，对冷却时间具有重大影响。 塑料熔体带入模腔的热量，以热传导形式被冷却水带出模外，这就需要时间。 但是塑料的导热系数K值和热扩散系数K 值( K = K/CPQ( K为导热系数，Cp 为比热容，Q为密度) ) 都很低，可用填充、改性或加入填料的方法加以改善。

3.冷却回路分布

为使模具表面温度均匀，型腔与冷却回路的分布状态，也就是距离和间隔问题，值得重视，要求冷却回路输出热量和塑料熔体带入的热量成比例关系。冷却回路通常按制件形状及所需温度分为: 直通式、圆周式、多级式、螺旋线式、涡旋式、平面U 形弯曲式、垂直U 形弯曲式、喷射式( 扩散管式) 、隔离板式( 挡板式) 。 又可按流量和回路数目分为直列冷却和并列冷却; 按模具内是否装入镶拼件还可分为直接冷却和间接冷却，但后者是以分割套匣组合而成，所以不能完全密封，冷却效率当然不及直接冷却佳。注塑成形是瞬时完成的，理想的情况是进行迅速而均匀的冷却，但在实际上，塑料熔体从浇口到型腔各点温度均在陆续下降。 在许多情况下由于成形件的形状，特别是壁厚不均导致冷却不均匀。 应按实际情况，相应地设置冷却回路，可用后面提到的电模拟方法进行实验、调整。 另外，对于散热困难的型芯要设置有效的冷却回路。 如对细小型芯可采用导热性好的铍铜导热棒以及热管等进行冷却。

4.模具温度

近年来，由于温度调节器、冷冻器的普及，在很多情况下，已不用室温的水为冷却液，按塑料的不同种类，分别选用不同温度冷却液。 在这种情况下，要很好地掌握环境温度、冷却液温度，塑料变形温度等三个重要因素。 当模具温度与环境温度有较大差异时，要设置与制品形状相适应并使整个模具维持一定温度( 或保温) 的冷却回路，以防止模具本身因热膨胀而发生变形、翘曲等。可以看出，在设计模具时，应充分考虑各种影响因素，尽可能对设计加以优化。 注塑模具冷却分析软件可以更好地帮助做到这一点

5.冷却液温度及流动状态

根据均匀冷却的考虑，冷却水在出、入口处的温差小为好。 一般希望控制在5℃以下，而精密成型模具、多腔模具要控制在2～ 3℃以下。 回路长度在1。 2～1。 5m 以下增加回路数可以增大流量，减少压力损失，提高传热效率。显然，回路中的冷却水湍流比层流有更好的冷却效果，在湍流下的热传递比层流高10～20 倍。 由于雷诺准数Re= vdQ/ L( v 为冷却水流速，d 为冷却流道直径，Q为冷却水密度，L为冷却水粘度) ，当冷却水在管道内流速v 增加到某值时，Re> 104 ，达到稳定湍流，再增加冷却水流速，其传热效率并无明显提高。 但当其它条件不变，使用过冷水冷却，其粘度L增加，当L增大到一定程度时，Re< 2300，便处于层流状态，从而大大降低了热传递。 在大多数情况下，用于冷却模具的入口水温要高一些( 一般以10～18℃为宜) 。

6.制件厚度

一般制件越厚，其传热阻力越大，热量导出的难度就越大、越慢，因此，相应的所需冷却时间越长。 通常来说冷却时间与制件厚度平方成正比关系。

四、结束语

本文从模具材料、.模塑材料、冷却回路分布、模具温度、冷却液温度及流动状态、制件厚度等来分析其对模具冷却的影响，当然影响模具冷却时间的因素还有很多，以上分析的是几个常见而主要的因素，要想精确把握模具冷却时间还需要分析很多细小的方面，本文可为模具实际的生产提供些参考和借鉴。

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