陈永兆 梁志伟

摘 要：注塑模具设计手册中冷却系统较少参考数据，缺乏相应参数和比对优化性。熔体保温，充模固化时间，冷却水流量，管网结构等都是影响因素，进行分析可获得较高的生產效率，保证零件成品质量。

关键词：冷却流量；管网结构

冷却系统是注塑模具的重要组成部分。模具温度是熔塑流体进入型腔和型芯产生的温度，对热塑性还是热固性的模具温度变化都会影响到产品质量。对于大多数模具而言，模具冷却的过程，通过冷却水在冷却管网中的流速来调节内部温度产生变化的。温度的波动会使产品的收缩率、尺寸精度、塑性变形、裂纹和表面质量的影响。尤其薄壁细小（注射针头），左右不对称厚度不一致，大型框架结构的塑件都非常重要。

图中塑料由30度升温到150度以上注射入到模具内，在流速冷却或时效冷却。图中阴影部分就是研究内容，流速冷却利用水泵控制水的速度快速降温，整个过程时间可提高30%，但容易产生裂纹和表面粗糙；而时效冷却最大就是耗时生产率低。模具在合模和开模这两段时间里模具温度平稳，只有（150度到200度）溶胶注入才有剧烈热量变化，浇注口大小，溶胶流速，零件分布表面面积都会影响充模时间，热量集聚型腔内，恒定流速冷却水不能快速冷却就必须延长开模时间。另外只能提高流速产生较大温差冷却型腔，这会使塑件有裂纹变形和表面粗糙。

注射模具的温度对塑料熔体的充模流动、固化定型、生产效率、塑件的形状和尺寸精度都有重要的影响。注射模具中设置温度调节系统的目的，是通过控制模具温度，使注射成型具有良好的产品质量和较高的生产力。模具温度（模温）是指模具型腔和型芯的表面温度。不论是热塑性塑料还是热固性塑料的模塑成型，模具温度对塑料制件的质量和生产率都有很大的影响。

冷却管道的分析与计算是在管道数量及尺寸已定的基础上，用来确定每个管段之间的流量与每个交点的压力。管网分析具有两方面的重要意义：其一，注塑模冷却系统的设计会严重影响到产品的变形、耐应力开裂性 、精度、表面质量等，并且由于注射成型的整个生产周期中，冷却时间占了生产周期的 80%左右，因此注塑模的冷却系统设计的好坏也决定性地影响着塑料产品生产的效率和质量 。所以，优秀的冷却系统设计，有效地调节模具温度是至关重要的。然而，很多设计者经常将注塑模具的冷却系统忽略不重视的，经常在整个模具结构设计时的最后一道工序才去设计冷却系统，最终造成的结果就是，随便找能利用的空间来设计水路建立冷却系统，这是设计者对冷却系统的重要性与结构没有足够的认知和重视。往往这样设计出来的产品很难达到客户的生产效率和质量。冷却系统设计，说明在塑料注射模具冷却系统设计方面的设计思想及原则 。

1 模体温度对零件的影响

模体温度变化会对零件的收缩率、尺寸大小、力学性能、外形变化、应力裂纹和表面质量等有影响。

模体温度过低，熔体流动性差，零件外形不清晰，还有可能填充不全产生接缝空穴，零件表面粗糙，缺陷形成过多。对于热固性塑料，模体温度低容易使固化程度不稳定，降低零件的物理、化学和力学的性质；热塑性塑料在注射成型过程中，模体温度低并且充模流速低，零件会应力加大，引起弯曲变形或应力破裂。

模体温度过高，成形收缩率就大，脱模后零件变形大，造成溢料和粘模的现象。模具温度变动较大时，零件收缩程度不均匀，导致零件弯曲变形，影响零件的形状及尺寸。

2 模体温度对生产率的影响

缩短冷却时间就是提高模塑生产效率。关键在于缩短塑料硬化时间，而缩短冷却时间，可调节塑料和模体的温差，因而在确保零件质量和成型工艺条件下，降低模体温度可以缩短冷却时间，从而提高生产效率。在模体内合理安置管路进行调节系统温度，通过调节冷却水的流量和流速，产生良好的产品质量和较高的生产率。模体温度的调节是除了冷却外也可以通过加设加热管控制保温系统。

3 冷却系统的设计结构

模具内部冷却系统在设计中要根据零件在模体内的结构进行考虑。管的直径、长度、结构位置等，对于厚薄不均匀不对称设置控温系统，保证热平衡稳定，注意不稳定会使塑件内部产生热应力使产品变形或开裂，从而就无法保证模塑成型。因此，设置冷却效果良好的冷却水管路的模具是有效缩短成型周期、提高零件生产效率的方法。所以应根据零件的结构、壁厚变化及塑料材料，设计好不同适合的管路。

4 冷却回路设置的基本原则

1）冷却系统设计时必须早于顶出机构的设定。主要是活动部件尺寸会影响结构。

2）凹模和型芯的散热稳定性，温差变化较大有缺陷。

3）冷却管道数量适合、冷却通道孔径大尽量靠近熔体距离5mm。

4）冷却管道到型腔的表面距离应尽量相等。

5）浇口处必须加强冷却效果。

6）冷却管道出、入口温度差必须尽量减少。

7）降温流向应沿着塑料收缩的方向一致。

8）注意零件接痕部位冷却的变化。

模具应除去的总热量Q计算公式：

5 结语

首先根据热成型模的具冷却系统设计要求，结合经验初步考虑对注射模具冷却管道的参数、管道的直径、管道的数目及管道分布形式进行设计； 考虑方便的加工工艺，根据计算合理安排管道，在保证质量前提下缩短生产周期。

参考文献：

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[2] 许发越.实用模具设计与制造手册.机械工业出版社，2001.

[3] 余卫东，陈建.注塑成型CAE技术.计算机辅助设计与制造，2002，04.

[4] 李永梅，林彬，李延杰.塑料注射模具冷却系统的设计.工程塑料的应用，2006，04.

[5] 赵振峰，石宪章，王静，申长雨，刘春大.注塑模具冷却管网试验分析.化工学报，2009，12.

基金项目：

本文是2015年广东省本科高校教学质量与教学改革工程-应用型人才培养示范基地【粤教高函[2015]97】“机械工程应用型本科人才培养示范基地”和2016年广东省本科高校教育教学改革项目【粤教高函[2016]236】“全员、全程、全方位的创新创业课程体系建设”的研究成果。

作者简介：

陈永兆（1976-），男，助理工程师，研究方向：金工实习、特种加工技术应用；

梁志伟（1990-），男，研究方向：金工实习，数控多轴加工，特种加工技术应用。