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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(yīng)力開裂性和表面質(zhì)量等，并且對(duì)生產(chǎn)效率起到?jīng)Q定性的作用，在注射過程中，冷卻時(shí)間占注射成型周期的約80%，然而，由于各種塑料的性能和成型工藝要求不同，模具溫度的要求也不盡相同。 因此，對(duì)模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及優(yōu)化分析在一定程度上也決定了塑件的質(zhì)量和生產(chǎn)成本。 1 模具濕度對(duì)塑件的影響 影響注射模冷卻的因素很多，如塑件的形狀和分型面的設(shè)計(jì)，冷卻介質(zhì)的種類、溫度、流速，冷卻管道的幾何參數(shù)及空間布置，模具材料，熔體溫度，塑件要求的頂出溫度和模具溫度、塑件和模具間的熱循環(huán)交互作用等。 (1) 低的模具溫度可降低塑件的成型收縮率。 (2) 模具溫度均勻、冷卻時(shí)間短、注射速度快可以減小塑件的翹曲變形。 (3) 對(duì)于結(jié)晶性聚合物，提高模具溫度可使塑件尺寸穩(wěn)定，避免后結(jié)晶現(xiàn)象，但是將導(dǎo)致成型周期延長(zhǎng)和塑件發(fā)脆的缺陷。 (4) 隨著結(jié)晶型聚合物的結(jié)晶度的提高，塑料的耐應(yīng)力開裂性降低，因此降低模具溫度是有利的。但對(duì)于高粘度的無(wú)定型聚合物，由于其耐力開裂性與塑件的內(nèi)應(yīng)力直接相關(guān)，因此提高模具溫度和充模速度，減少補(bǔ)料時(shí)間有利的。 (5) 提高模具溫度可以改善塑件的表面質(zhì)量。 2 模具溫度的確定 注射成型工藝過程中，模具溫度直接影響到塑料的充模、塑件的定型、模塑周期和塑件質(zhì)量。而模具溫度的高低取決于塑料結(jié)晶性、塑件尺寸與結(jié)構(gòu)、性能要求以及其它工藝條件如熔料溫度、注射速度、注射壓力和模塑周期等。 對(duì)于無(wú)定型聚合物，其熔體在注入模腔后隨著溫度的降低而固化，但并不發(fā)生相的轉(zhuǎn)變，模溫主要影響熔體的粘度，即充模速率。因此，對(duì)于熔融粘度較低和中等的無(wú)定型塑料如聚苯乙烯、醋酸纖維素等，采用較低的模具溫度可以縮短冷卻時(shí)間。對(duì)于熔融粘度高的塑料如聚碳酸酯、聚苯醚、聚砜等，則必須采取較高的模具溫度以避免產(chǎn)生冷流痕、注不滿等缺陷，同時(shí)由于其軟化溫度較高，提高模具溫度可以調(diào)整塑件的冷卻速率，使之均勻一致，以防止塑件因溫度差過大而產(chǎn)生凹痕、內(nèi)應(yīng)力和裂紋等問題。 結(jié)晶性聚合物在注入模腔后，當(dāng)溫度降低到熔點(diǎn)以下即開始結(jié)晶，結(jié)晶的速率受冷卻速率并最終由模具溫度控制。高的模具溫度將導(dǎo)致大的結(jié)晶速率，有利于分子的松馳過程，因此尺寸穩(wěn)定但是塑件發(fā)脆，適用于結(jié)晶速率很小的塑料如聚對(duì)苯二甲酸乙二酯。低的模具溫度將導(dǎo)致塑件中的分子結(jié)晶度的降低，對(duì)于玻璃化溫度低于室溫的塑料如聚烯烴類將出現(xiàn)后結(jié)晶現(xiàn)象，從而引起尺寸和力學(xué)性能的變化。適宜的模具溫度區(qū)域，冷卻速率適中，分子的結(jié)晶和定向也都是適中的。 3注射模冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及分析 3.1注射模冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則 設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)需要考慮模具的結(jié)構(gòu)、塑件的尺寸和壁厚、鑲塊的位置、熔接痕的產(chǎn)生位置等。 (1) 塑件厚度均勻，冷卻通道至型腔表面的距離相等，亦即冷卻通道的排列與型腔的形狀相吻合，塑件壁厚處冷卻通道應(yīng)靠近型腔，間距要小以加強(qiáng)冷卻。一般冷卻通道與型腔表面的距離大于10mm，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。 (3) 為防止漏水，鑲塊與鑲塊的拼接處不應(yīng)設(shè)置冷卻通道，并注意水道穿過型芯、型腔與模板接縫處時(shí)的密封以及水管與水嘴連接處的密封，同時(shí)水管接頭部位設(shè)置在不影響操作的方向，通常在注射機(jī)的北面。 (4) 澆口處應(yīng)加強(qiáng)冷卻。由于澆口附近溫度最高，通?？墒估鋮s水先流經(jīng)澆口附近，再流向澆口遠(yuǎn)端。 (5)降低入水與出水的溫度差，避免模具表面冷卻不均勻。 (6)冷卻通道要避免接近塑件熔接痕的生產(chǎn)位置，以免降低塑件的強(qiáng)度。 (7)冷卻通道內(nèi)不應(yīng)有存水和產(chǎn)生回流的部位，應(yīng)避免過大的壓力降。冷卻通道直徑的選擇要易于加工清理，一般為φ6～φ12mm。 3.2 注射模的冷卻分析 由于實(shí)際塑件的形狀往往十分復(fù)雜，因此借助于一些簡(jiǎn)化公式或經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)分析冷卻系統(tǒng)的可行性存在著很大的局限性。MPI/Cool應(yīng)用邊界元的方法分析模具冷卻系統(tǒng)對(duì)模具和塑件溫度場(chǎng)的影響，優(yōu)化冷卻系統(tǒng)的布局，以達(dá)到使塑件快速、均衡冷卻的目的，從而縮短注射成型的冷卻時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。 3.2.1 建模及準(zhǔn)備階段 輸入CAD模型 網(wǎng)格劃分 選擇材料 設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng) 確定澆口位置 選擇注射機(jī) 確定注射工藝參數(shù) 設(shè)定分析參數(shù) 分析計(jì)算 冷卻問題解決：用三維CAD軟件Pro/E對(duì)塑件建模，通過IGES文件交換格式讀入MPI,并轉(zhuǎn)變成中性面模型，冷卻系統(tǒng)和澆注系統(tǒng)在MPI中用手工或澆注系統(tǒng)導(dǎo)向模板創(chuàng)建。 |
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