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注塑模具之冷却水路与排气

更新时间:2019-10-29 03:50
 

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  開 始 語 我們知道﹐幾乎每一個射出成型模具中都有冷卻水路系統 ﹐而模具設計幾乎每天都涉及到冷卻水路設計。但冷卻的 重要性何在呢?又該如何設計冷卻水路呢? 冷卻的重要性 冷卻速率和均勻度會影響產品最后的成型。這些影響包 括兩個主要方面﹕品質 和 成本。 ?產品品質 –表面光潔度: 許多材料需要相對高的模具表面溫度﹐在生產中以獲得良好的表 面光潔度﹐如果某些區域與另一些區域的模穴溫度不同﹐那麼在成品表面就會看到 不同的表面光澤。 –殘餘應力:殘餘應力是在充填或保壓過程中由剪切應力產生的結果,除了流動導 致應力外﹐由于產品表面溫度不同﹐各個部分以不同的速率冷卻時也會產生殘餘應 力。這些殘餘應力可能是造成產品在使用過程中過早損壞或是產品翹曲和扭曲的原 因;為了減小這些應力﹐就需要均勻的冷卻。 –結晶度:半結晶材料成型過程中呈現的結晶度受熔體冷卻的影響,產品冷卻過程 中結晶度的不同會影響體積收縮﹐要保持所需要的尺寸公差是困難的;不同區域體 積收縮的顯著變化通常是產品翹曲的一個原因。 –熱彎曲:如果模具的上表面和下表面的溫度不同﹐一旦產品從模具中頂出﹐由于 在上下表面之間不同的熱收縮速率﹐產品會彎曲。 ?生產成本 –頂出溫度:產品從模具中頂出的溫度會受很多因素的影響。產品的強度必 須足夠大以抵抗由於體積收縮的變化和殘餘應力而產生的翹曲和頂出系統對產 品施加的局部應力。頂出力受產品的幾何形狀、模具的表面光潔度和在充填與 保壓過程中模穴的填充度的影響。 –循環時間:通常循環時間是產品的溫度降到能安全頂出的溫度所花的時間 ;如果充填和保壓過程都是最佳化的﹐改善冷卻行為可以顯著地減少冷卻時間 ;因為冷卻時間通常包括 80% 的循環時間﹐所以減少冷卻時間會顯著減少循環 時間和生產成本。 注射時間 保壓時間 冷卻時間 開模時間 相關時間 根據產品的用途﹐在均勻冷卻以保証產品的品質和快速冷卻以減 少產品的成本之間取一個折中。 影響冷卻系統行為的因素 ?影響冷卻系統的因素 –從塑料到模穴壁的熱傳導:冷卻系統的行為是從塑料中移走的熱量和轉移 到模穴表面溫度的影響。它會受到材料性質、熔體溫度和模具表面溫度的差異 以及冷卻中的塑料和模具材料之間接觸好壞的影響。 –通過模穴壁的熱傳導:冷卻系統行為也受通過模具材料到達冷卻水管的熱 傳導的影響。模具材料的性質﹐包括熱傳導率、冷卻水管和塑料表面的距離﹐ 和塑料熔體與冷卻水管內部溫度之差﹐也影響冷卻系統行為。水管距離模穴越 近﹐熱量移走得越快﹐然而﹐把它們放置得離模穴過近﹐會產生模穴表面溫度 的局部變化﹐除非增加額外的水管減小相鄰水管的距離。因此﹐最優化的水管 放置是均勻冷卻與快速冷卻的折中。 –從模穴到冷卻水管的熱傳導: 冷卻系統行為也受從模具材料到冷卻介質 熱傳導的影響﹐熱傳導受冷卻液流經模具材料時的紊亂程度、冷卻液進口溫度 、冷卻液的性質及冷卻液的流速的影響。冷卻液紊亂時混合作用的影響﹐從水 管外壁到冷卻液的熱傳導比層流有效得多。過大的紊亂會浪費泵功率﹐而且沒 有獲得更大的熱傳導能力。在考慮冷卻介質時﹐要確保成型廠有能力提供足夠 多的冷卻液體積﹐在足夠的壓力下達到所需的流速﹐并在一個溫度和所需的速 率下釋放熱。 熱量在射出成型中的傳遞 熱輻射 熱對流 熱量傳遞到模板 A 熱量由塑料帶入 熱量從冷卻水管傳入或傳出 冷卻系統設計目標 冷卻系統的設計經常受到模穴的幾何形狀、分模線、滑 塊和頂針的限制﹐因此不能僵硬地給出理想分布的設計指 南。 模具設計者的目標應該是設計一個冷卻系統﹐它會: ? 均勻地冷卻產品 ? 減少循環時間 冷卻系統設計要點-1 ? 冷卻水路設置要使冷卻效果均勻 –靠近熱量較多處 –遠離熱量較少處 冷卻系統設計要點-2 ? 尺寸及排放位置 –水管中心與模穴表面的距離 –相鄰水管的距離 冷卻系統設計要點-3 ? 尺寸及排放位置 A In Out –冷卻水管的長度 增加一條冷卻水管的長度會 增加熱傳導的面積。在這個原 則上圖B 會比圖A好﹐然而長的 水路可能產生一些問題﹐例如 壓力降增加﹐沿長度方向溫度 升高過多。為了避免這些問題 和進口溫度與出口溫度之差大 于 2?C ﹐很長的水路應該分成 兩條或更多短的水路﹐如圖C所 示。 B In Out C In Out In Out 冷卻系統設計要點-4 ? 尺寸及排放位置 在一個冷卻管道內任何冷卻液的方向改變會 增加紊亂度﹐因此在轉彎后熱傳導的能力會增 加。擋板和噴泉都會增大紊亂度﹐是由于在流 動系統中固有轉彎和它們的几何形狀能夠在受 限制區進行冷卻﹐因此加強了冷卻效果。 –特殊特征 ?擋板 ?噴泉 Bubbler(噴泉) Baffle(檔板) TM002P07 冷卻系統設計要點-5 ? 冷卻系統類型 串聯水路 ? 優點 – 流速均勻 – 排熱均勻 ? 缺點 – 壓降高 並聯水路 Series Circuit –串聯和并聯 ies cuit ? 優點 – 適用于入子四周 – 底壓下可達高流速 Parallel Circuit ? 缺點 – 各分支流速不一樣 – 各分支冷卻效果不佳 – 易產生污垢 TM002 熱量集聚 母模 公模 熱量集聚在這個部分 熔融塑料 凝固塑料 熱量 (冷卻凝固時這一部分縮水,引起翹曲) 增加水路 TM002P03 冷卻與翹曲變形 T=50℃ T=50℃ T=50℃ T=40℃ ?A ? ?A ?B ?B ? BACK 個案設計 對這種方框形產品 , 最 大的品質問題應該是翹曲 變形 , 而進澆位置與冷卻水 路設計對產品品質有著較 大的影響。 下面以手機框為例說明進澆位置與冷卻水路設計對產品品質的影響。 25 314 最 大 外 型 尺 寸 132 塑膠材料: 平均肉厚為 1.6 mm ABS/PC CYCOLOY C2950 GE USA 在

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