注塑模具冷却系统的关键技术及研究进展

注塑模具冷却系统的关键技术及研究进展

注塑模具的生产质量关系到塑料制品的产品质量，而在模具生产中却经常发生质量问题，而注塑模具冷却系统直接关系到产品的成型质量及生产效率等。本文介绍了注塑模具冷却系统的设计原则，分析了注塑模具新型冷却技术，并探讨了我国注塑模具冷却系统的发展方向。

标签：注塑模具；冷却系统；新型技术；发展方向

随着我国工业的快速发展，塑料制品迎来了前所未有的发展机遇，而冷却系统技术属于注塑模具生产的主要工艺技术之一，其对生产厂家的塑料产品质量、塑料产品生产效率、企业的生产经营效益等方面都起到至关重要的影响。

一、冷却系统对塑件成形的影响

1、成形周期。縮短成形周期可使塑件生产效率提高。在一个注塑成形周期中，开模、闭模、注塑及保压时间通常远小于塑件的固化及冷却时间，固化及冷却时间占整个成形周期的50%～80%。因此，提高冷却效率是缩短成形周期的关键因素。

2、成形性能。在塑料成形加工中若能自始至终维持恒定的模具温度，可使塑件的成形性能较好。模具温度过高，熔体可能发生分解，塑件收缩率增大。模具温度过低，熔体的流动性降低，可能会充不满。合理的冷却系统能维持稳定的模具温度，可避免塑件的壁厚不均、翘曲变形等塑件变形现象，保证塑品成形性能良好。

3、尺寸精度。模具温度越高，塑件成形收缩率越大。模具温度稳定，能减少塑件收缩率的波动，提高塑件成形精度的稳定性。通常，结晶形塑料，模具温度高有利于结晶过程的进行，因结晶充分的塑件在存放或使用过程中不易发生尺寸的变化。较柔软的塑料，成形过程中适合用低模具温度。无论哪种材料，模具温度越恒定，其收缩越一致，越有利于提高成形塑品的尺寸精度。

4、力学性能。不均匀的冷却会在塑件中产生内部残余热应力，对塑件的力学性能产生不利的影响。均匀冷却可降低塑件内应力，提高塑件的力学性能和使用寿命。

因此，合理的冷却系统可改善模具内部的温度场，使塑件快速、均匀冷却，从而缩短注塑成形的冷却时间，提高生产效率。

二、注塑模具冷却系统的设计原则

1、管道直径。若管道的直径过小，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，为保证冷却介质处于流动状态，不堵塞

在管道中，通常需将管道的直径设置在8～25mm间。另外，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，若局部存在热量集中的情况，可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前进行，其原因在于会留出足够的时间用来对冷却回路进行布置；此外，需注意冷却管道与型腔表面间的距离，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，冷却管道应远离熔接痕，这样做是因熔接痕部位与其它的地方相比，温度较低，因此，为保证塑件的注射成型质量，应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因素是塑件壁的厚度，因此，为保证塑件的注塑成型质量，缩短注塑时间，要尽量采用壁厚均匀的塑件，另外，冷却管道的时间应控制在1200mm～1500mm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，而且其热导率及热容量相比较其它冷却介质来说较大，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。

此外，在实际的设计过程中，需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；模具材料、工艺条件等都需要考虑。

三、注塑模具新型冷却技术

1、CO2气体冷却技术。CO2气体冷却技术最早由美国的AG AAB公司研发。CO2气体冷却的设计原理为采用多孔金属材料制作模具，将低温的CO2气体（一般为-78℃）作为冷却介质，通过气孔通入模具，对模具进行冷却。CO2气体冷却技术的优势表现在：首先，有效简化模具结构。采用CO2气体冷却的模具无需专门的脱模机构，在塑件脱模时只需要关闭排气孔，CO2气体可快速将塑件吹出；其次，可提高冷却效率，CO2气体冷却采用分区冷却，将模具划分为不同的冷却区域，并在各个区域安装热电偶，有效控制模腔表面温度，大幅度提高了冷却效率；最后，成型塑件质量高。CO2气体通过气孔通入模具，其渗透性、流动性更好，可对塑件的复杂和微细部位实施全面冷却，避免塑件产生翘曲变形。然而，CO2气体冷却技术的控制难度较高，多被用于微注射成型模具中。同时，由于多孔金属材料模具价格昂贵，CO2气体冷却技术的使用成本过高，这样在一定程度上抵消了由于其冷却效率提高而带来的成本优势。

2、脉冲冷却技术。近年来，脉冲冷却技术被逐渐应用于注塑模具的生产工艺中。脉冲冷却技术与传统的冷却系统技术存在一定的差异，其主要是对注塑模具的冷却液流量进行恰当合理的调整，根据注塑模具的温度情况调整冷却液流量

的多少，这能最大程度将注塑模具的温度和模具中冷却液的温度差缩小，加快注塑模具的冷却时间，进一步提高塑料成品的生产效率。但脉冲冷却技术还存在一定的缺陷，主要是其在操作应用的过程中存在一定的繁杂性，要想保持注塑模具的温度平衡性，就要在脉冲冷却技术中增加其冷却技术的区分情况，并且要针对每一个分区进行冷却温度的检测。

3、随形冷却技术。随形冷却技术是随着快速成型技术的发展而产生的。与传统技术相比较，注塑模具在冷却的过程中能将冷却管道分配至模具中，使整个模具的冷却面积扩大，并且其受冷却的部位均匀，能达到预期的模具冷却效果。在此基础上，随形冷却技术还从根本上提高了塑料产品成型的生产效率。传统的模具冷却技术存在一定的缺陷，最明显的就是冷却部位不均衡。要想取出塑料成品就要查看模具中的生产材料是否全部冷却，冷却不均匀容易延长塑料成品的冷却时间，影响其生产效率，最终影响企业的经济效益。随形冷却技术的应用能将传统的塑料成品生产效率提高30%。在此基础上，随形冷却技术的应用操作简便、生产成本不高，被越来越多生产厂家所青睐。

四、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，不仅周期较长，而且成本也较高，因此，今后注塑模具冷却系统应与社会发展同步，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。最后，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。

五、结语

在注塑模具的众多结构中，冷却系统作为注塑模具中的关键技术之一，在控制模具温度方面起着至关重要的作用。冷却系统可将熔融塑料固化成形过程中释放的大部分热量带走，能达到快速成形制品、均匀冷却、预防残余应力和不均匀收缩引起的翘曲变形、缩短成形周期的目的。冷却系统的设计是否合理有效，不仅影响到产品的外观、质量和尺寸，还密切关系到产品的生产效率。因此，研究提高模具冷却系统设计质量与效果的技术与方法，具有重要的理论与实际应用价值。

参考文献：

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[3]冯刚.注塑模具冷却系统的关键技术及研究进展[J].工程塑料应用，2014

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