浅谈注塑模具冷却系统关键技术

摘 要：注塑模具冷却系统直接关系到产品的成型质量以及生产效率等，基于此，本文对注塑模具冷却系统的设计以及目前世界上先进的冷却技术进行了探讨，最后，合理预测注塑模具冷却系统今后的发展前景。

关键词：注塑模具；冷却系统；研究进展

近年来，随着我国社会经济的快速，人们各个行业提出了新的要求，作为与人们生活相关的工业，对其需求逐渐呈现出多样化的特点，不仅要求其质量越来越轻，价格低廉，而且使用起来更为方便。塑料制品是我们日常生活中最为常见的材料之一，塑料制品的形成离不开成型技术，注塑模具冷却系统，不仅影响产品的生产周期，更重要的是，对于产品质量有着直接的关系。早在上世纪60年代，已经有诸多科技人员投入到了冷却新系统的设计当中，并取得了瞩目的成果，但是，由于社会的快速发展，传统的冷却技术已经远远不能满足目前的实际需要，开发先进的冷却技术已经成为当今的重要任务。

一、注塑模具冷却系统的设计

1、注塑模具冷却系统对塑件的影响

注塑模具对塑件的影响主要体现在成型周期、成型性能、尺寸精度以及力学性能四个方面：（1）成型周期。提高生产效率是缩短生产周期的主要方式，通常情况下，在对塑件进行注塑成型时，模内熔体的温度控制在200～300℃之间，当产素体出模时，温度通常控制在60～80℃以内，在此过程中，有5%左右的热量是通过模具进行传导的，然后再以对流方式，将热量散发到大气中，而大部分的热量是通过模具冷却系统中的冷却介质将其带走，在成型周期内，冷却的时间占到了50%～80%作用。由此可见，注塑模具冷却系统对于生产效率有着直接的影响。（2）成型性能。在进行注塑成型时，需要对各个阶段的温度进行严格的控制，只有在合理的温度下，才能保证塑件每一个部位保持受热均匀，最大限度减少塑件在注塑成型过程中产生的变形等其它问题的数量，从而提高塑件的质量，也就意味着成型的性能得以保证。（3）尺寸精度。如果塑件的材料为结晶型材料，此时，如果温度越高，那么塑件结晶能够得以充分进行，从而不易于发生尺寸变化。而如果塑件的材料为软体材料，那么温度越低，则越是能够保证塑件的尺寸精度。无论是何种材料，要想保证其尺寸精度，都必须凭借冷却系统，使其处于恒定的温度下。（4）力学性能。如果冷却系统温度设置合理，那么其内部的温度场就会得到有效的改善，在降低塑件内应力的同时，力学性能得以增强。

2、注塑模具冷却系统的设计原则

在进行冷却系统设计时，只有按照以下原则进行，才能保证塑件的注射成型成功：（1）管道直径。如果管道的直径过小，就会造成冷却介质堵塞在管道中，从而影响注塑成型。因此，在进行管道设计时，为了保证冷却介质处于流动状态，不堵塞在管道中，通常需要将管道的直径设置在8～25mm之间。此外，塑件在注塑成型过程中，必须要保证其受热均匀，因此，要多而密的对管道进行分布，管道接头处的直径必须与管道的直径保持一致。（2）管道位置。冷却系统主要是通过将模具中多余的热量带走，从而实现塑件的注射成型，因此，对管道的位置进行合理设计尤为重要。为保证模具的受热均匀，在进行管道设计时，要将冷却管道安置在模具温度最高的位置，如果局部存在热量集中的情况，可以对此处进行单独的加强冷却，并不会影响最终的成型效果。对冷却系统进行设置要在脱模机构之前进行，这样做的原因就是，会留出足够的时间用来对冷却回路进行布置；此外，需要格外注意冷却管道与型腔表面之间的距离，距离的长短应控制在管道直径的2～3倍；在熔接的过程中，会出现熔接痕，冷却管道应当远离熔接痕，这样做是因为熔接痕部位与其它的地方相比，温度较低，因此，为了保证塑件的注射成型质量，应当尽量远离此部位布置冷却管道。（3）冷却时间。对冷却时间产生影响的关键因素就是塑件壁的厚度，因此，为了保证塑件的注塑成型质量，缩短注塑时间，要尽可能采用壁厚均匀的塑件，此外，冷却管道的时间应该控制在1200mm～1500mm以内，时间不宜过长。（4）冷却介质。水自身拥有成本低廉、资源丰富等特点，而且其热导率以及热容量相比较其它冷却介质来说都比较大，综合考虑，冷却介质首选水，此外，要根据塑料熔体的实际情况和生产需要，将水进行合理使用，如对空气和油进行压缩等。

上述四项为关注重点，此外，在实际的设计的过程中，需要注意的环节还有很多，比如，要保证冷却管道的密封效果；保证冷却管道与其它部位不发生任何干涉；还比如模具材料、工艺条件等都是需要进行考虑的。

二、国际新型注塑模具冷却技术

1、CO2气体冷却技术

CO2气体冷却技术模具的制作采用的是多孔的金属材料，冷却介质的选择为低温的CO2气体（温度一般在-78℃），在气孔的作用下，CO2气体进入到模具内，从而达到冷却的作用。

CO2气体冷却技术优势：其一，在CO2气体冷却下，不需要设置脱模机构，在塑件脱模的时候，只需要将排气孔关闭即可，简化了模具的结构。其二，CO2气体冷却技术将模具划分成多个冷却区域，实施分区冷却，并在每个区域内均安装了热电偶，大大提高了冷却效率。其三，CO2气体凭借多个气孔进入到模具中，无论是渗透性还是流动性都非常好，即使是细微、复杂的部位也能够保证其冷却效果。

2、脉冲冷却技术

在生产的过程中，注塑模都会产生带有脉冲输入特点的热量，脉冲冷却技术正是利用了这一点，通过控制冷却液流量相应进行脉冲输入，来实现对注塑过程中温度的控制。脉冲冷却技术是通过对冷却液流量进行调整，以此来来调节模具温。同时，冷却管道中冷却液流量按照模温的高低进行相应的调整。

脉冲冷却技术优势：与传统的冷却技术相比，冷却液的温度较低并且恒定，这样模具与冷却液之间的温度差就得到了提高，从而冷却管道与模具介面之间的对流换热增强，大幅提高了冷却效率。

3、随形冷却技术

随形冷却技术是在模具型腔表面的一定距离设置冷却管道，当模具型腔结构产生变化的同时，冷却管道随之发生变化，并形成热包络区，从而局部热传导就被限制在两个相邻冷却管道之间，从而模腔表面温度进行有效控制。

随形冷却技术优势：其一，在随形冷却技术下，可以自由对冷却管道进行分布，可以以一定的距离依附于模具型腔表面，从而保证了冷却的均匀度。其二，随形冷却技术可以进行同时冷却，并且成型效率也比传统的冷却技术提高了30%左右。

三、注塑模具冷却系统的发展方向

首先，就目前来看，大部分的注塑模具冷却系统的设计主要依赖于有着多年设计经验的技术人员，不仅周期比较长，而且成本也较高，因此，今后，注塑模具冷却系统应当与社会发展同步，逐渐实现智能化。其次，将先进的制造方法引入到注塑模具冷却系统的设计过程中，比如快速成型、自由成型等技术，将各种技术的优点进行结合，从而将冷却系统中存在的问题逐一克服。第三，在实际的注塑成型过程中，难免遇到不可预知的因素对冷却效果产生影响，因此，需要加强理论研究，将理论与实际生产相结合，最大限度减小理论设想与实际生产的差距。

结语：

综上所述，就目前来看，虽然我国在注塑模具冷却系统方面取得了瞩目的成绩，但是还面临着诸多问题亟待解决，相信经过不断探索，在不久的将来，我国在注塑模具冷却系统方面的研究水平将会大大提高，不断克服其中的阻碍，并逐渐缩小与发达国家之间的差距。■

参考文献

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[4]林权.基于Moldflow塑料弯管注塑模浇注与冷却系统优化[J].佳木斯大学学报，2015（1）.