模具的温度决定了各种成型制件的冷却时间。模具温度和冷却时间是密切相关的工艺参数，也是注射模的温度调节系统设计的前提。
1.模具温度
塑料熔体在型腔内凝固时将释放热量，与注射模进行热交换。模具温度调节系统是使整个成型型腔壁面，在整个批量生产中保持合适的温度。
（1）模具温度对注塑件质量的影响 高温塑料熔体在模具型腔内凝固成制品时，将释放大量的热量。为适应各种不同塑料品种，需将型腔壁维持在某一适当温度。模具温度对制件质量的影响如下所述。
1）模具温度过高，会使制品在脱模过程中和脱模后发生变形，使其形状和尺寸精度降低。
2）模具温度过低，会降低塑料熔体的流动性，使制件轮廓不清，甚至不能完全充满型腔。或在充模过程中，由于熔体前锋的温度降低过多而产生明显的冷接缝，导致制品的力学性能下降。过低的模温，还会使制品表面不光滑，产生各种表面缺陷。
3）低温充模时，如果熔体流速不是足够高，则制品内残余应力较大，易引起翘曲变形或应力开裂。特别是某些高黏度的塑料，此种现象尤为明显。
4）通常对柔性的塑料，如聚烯烃等，应该使用低的模具温度，以降低其制品的成型收缩率，提高制件尺寸精度，并缩短成型周期，提高生产效率。
5）对于某些结晶型塑料，例如聚甲醛等，使用高的模温有利于结晶过程进行。有利的结晶，能提高制品的密度和结晶度，避免其制品在存放或使用过程中尺寸发生变化。
6）对于熔体黏度高的刚性塑料，例如聚碳酸酯等，使用高模温有利于流动充模，可降低其制品的应力开裂现象。
注射模具温度的波动及分布不均匀，也会使塑料制品质量变坏。模温直接关系制品的成型收缩率。模温波动会使批量生产制品尺寸不稳定，从而降低制品尺寸精度，甚至出现尺寸误差过大的废品。这对成型收缩率较大的结晶型塑料影响更为明显。
模具型腔温度分布的不均匀，例如模具型芯壁和型腔壁面温差过大，会导致注塑件厚度截面上残余应力分布不均匀，固化后注塑件会出现变形翘曲。塑料件中局部范围残余应力过大会引起裂纹和开裂。这对刚硬的聚碳酸酯等制品尤为重要。
总之，如图3-39所示，提高模温能改善制品表面的粗糙度，使轮廓清晰，熔合缝不显现。提高模温有利于结晶型塑料的结晶过程，有利于高黏度熔体的充模流动，也有利于减小制品中残余应力；但是会延长冷却时间和注射成型周期，也会使脱模温度过高，使注塑件在脱模中受到损伤。
（2）模具温度对生产效率的影响 冷却时间在整个注射成型周期中约占50%～80%。在保证注塑件质量前提下，限制和缩短冷却时间是提高生产效率的关键。让高温熔体尽快降温固化，模温调节系统应有较高的冷却效率。注入模具的塑料熔体所具有的热量，由模具传导、对流和辐射，散传于大气和注射机的，仅占5%～30%。热量大部分由冷却水携走。缩短冷却时间途径有三个方面。
1）冷却水应处于湍流状态。模具冷却管道中冷却水应处于高速湍流状态，流速v=0.5～1.5m/s，甚至更高。雷诺数Re>4000，使冷却管道孔壁与冷却介质之间的传热系数提高。资料表明，湍流流体在Re>104时，其传热能力比层流高10～20倍。
2）扩大模具与冷却水的温差。在模温一定时，采用低温的冷却水。但倘若设计不当，会加剧模温分布的不均匀。采用低于室温的冷却水时，有可能使型腔表面凝聚大气中的水分。
3）增大冷却介质的传热面积。也就是尽量增大管道孔径和增加孔数，但是受到模具结构（例如脱模零件、镶块接缝）的限制。对于大型注射模，为提高制件的合格率，在开机前必须将模具预热到适宜温度。为此，有些注射模备有加热和冷却两套装置。
图3-39 模具温度对塑料的一些成型条件和制品性能的影响
1—塑料熔体的黏度 2—熔合缝的强度 3—注射生产效率 4—制品内残余应力 5—制品表面粗糙度 6—制品的冷却时间 7—制品的密度和结晶度 8—成型收缩率 9—制品的翘曲变形
2.冷却时间计算
注射模不仅是射料熔体的成型设备，而且还是热交换器。模具温度调节系统直接关系注塑件的质量和生产效率，是注射模设计的核心内容之一。大型注射模具的冷却系统设计尤其重要，计算也较为复杂。对于大多数模具温度较低的塑料注射，仅设置模具冷却系统。但对于模温超过80℃的塑料，以及大型模具还需要设置加热装置。
注射成型周期是指完成一次注射成型工艺过程所需的时间。它包含注射成型过程中所有的时间，直接关系到注射成型生产效率。注射成型周期的时间组成如图3-3所示。注射成型周期由四部分组成：注射时间，约占个成型周期的5%；脱模推出制件时间，约占10%；其他操作时间，约占5%；冷却时间，约占80%。合理确定冷却时间是保证制件质量和提高生产效率的关键所在。
注射过程中塑料熔体冷却时间，通常是指塑料熔体从充满模具型腔起，到可以开模取出注塑件为止的时间。可以开模取出注塑件的时间，常以注塑件已充分凝固，具有一定强度和刚度为准。用注塑件厚度计算冷却时间的计算式，按无定形和结晶型塑料分为两类。
（1）无定形塑料
1）薄壁塑件。无定形注塑件的薄壁制品，通常按注塑件断面的平均温度tx，由式（2-100）计算冷却到该温度的时间。
式中 k——塑料的热扩散系数（mm2/s），查表3-31；
H——注塑件的厚度（mm）；
Tc——注射塑料熔体的初始温度（℃），查表3-31；(www.xing528.com)
Tm——模具温度（℃），查表3-31；
Tx——注塑件的平均脱模温度，应低于塑料材料的热变形温度（℃），其冷却时间查表3-31。
表3-31 部分塑料成型冷却时间计算的参考数值
2）厚壁制品。只要其厚度方向的两表面皮层有足够刚性就可脱模。最厚部位的中心层温度大致在该物料的热变形温度附近，就可用塑料的热变形温度或略低于该温度作为脱模温度Ty，由式（2-99）来计算冷却到该温度的时间。
式中 Ty——制件最厚部位中心层达到的脱模温度（℃），查表3-31。
H、k、Tc和Tm含义同上。
使用式（3-20），还要进一步校验注塑件各表面层所达到的温度，以判断凝固程度。制品厚度方向的温度以中心层为对称轴，呈抛物线分布规律。定义x变量为距中心层的位置，则有
式中 T（x）——注塑件脱模时，距中心层x的断面层的温度（℃）；
其中 x——距注塑件厚度中心层的任意断面距离（mm）；
Tc、Tm、k、H和Ty含义同前。
使用此式的前提是制品厚度两侧模具型腔壁温度Tm相等。若有温差，则温度分布抛物线不对中心层对称。
以上两种公式在推导过程中，假定充模熔料温度是均一的；假设注塑件在模内冷却过程中，始终与型腔壁紧密接触；在冷却过程中，假设模具型腔表面的温度均匀，且始终保持均一；按两平行的大平面壁的注塑件来推导，忽略成型件侧面的冷却作用。故计算结果存在与实际的偏差。塑料的热扩散系数随着温度而变化，结晶型塑料的这种情况比较明显。所以以上计算式对结晶型塑料不适用。
（2）结晶型塑料 以下是三种结晶型塑料冷却时间的经验公式。
1）聚乙烯（ρ=0.945g/cm3），适用范围Tc=193.3～248.9℃，Tm=4.4～79.4℃。
棒：
板：
2）聚丙烯，适用范围Tc=232.2～282.2℃，Tm=4.4～79.4℃。
棒：
板：
3）聚甲醛，适用范围Tc>190℃，Tm<125℃。
棒：
板：
以上各式中，R为棒状注塑件半径（mm）；H为板状注塑件厚度（mm）。
表3-32是七种塑料制件在不同壁厚下的冷却时间。必须明了，注塑件的冷却时间与壁厚的平方成正比关系。
表3-32 塑料制品厚度与所需冷却时间
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
