冷卻系統(tǒng)

注塑模具冷卻系統(tǒng)在模具設(shè)計(jì)中至關(guān)重要，對(duì)制品的成型周期與制品質(zhì)量影響很大，因此均勻合理的設(shè)計(jì)冷卻水道，對(duì)提高制品質(zhì)量與加快制品成型周期影響深遠(yuǎn)。本章介紹在注塑模具的冷卻方式、冷卻水路布置以及冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般規(guī)律。

在設(shè)計(jì)實(shí)踐中，不同的客戶對(duì)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)有不同的要求，設(shè)計(jì)師首先要滿足客戶要求，再結(jié)合模具大小結(jié)構(gòu)以及本廠的實(shí)際情況綜合設(shè)計(jì)。注塑模具的客戶主要分為歐系、美系、日系與國(guó)內(nèi)各大廠商。注塑模具的冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念一般是相通的，但一般歐系、美系注塑模具要求高些，日系與國(guó)內(nèi)注塑模具要求相對(duì)低些。

注塑模具冷卻系統(tǒng)通常有垂直式冷卻水道、傾斜式冷卻水道和水井隔片式冷卻水道三種形式。垂直式冷卻水道是指冷卻水道與模具外表面的其中一個(gè)表面垂直，傾斜式冷卻水道與模具任何一個(gè)外表面都不垂直。水井隔片式冷卻水道中水井直徑明顯大于其他水管直徑，中間加隔水片分流。

溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞對(duì)模具的成型周期與產(chǎn)品成型質(zhì)量影響很大，對(duì)于外觀要求較高的注塑模具尤其重要。冷卻水道設(shè)計(jì)原則之一是距離型腔面要大致相等，以達(dá)到模具型腔各處溫度大致均衡。

注塑模具的冷卻水道的設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：

（1）定動(dòng)模需冷卻充分，冷卻水道必須與頂針、鑲針、司筒孔保持至少5mm的距離。

（2）水道之間的間距取40～60mm，水道距型腔面取15～20mm。

（3）冷卻水道能做直孔就不要做斜孔，斜度小于3度的斜孔，直接改為直孔。

（4）冷卻水道長(zhǎng)短不能相差太大，以保證模溫大致均衡。

（5）冷卻面積至少是塑件投影面積的60％。（不包含塑件以外的區(qū)域）。

（6）長(zhǎng)短相近原則：冷卻水道長(zhǎng)短做到了大致相等，保證了冷卻水出入口溫差大致相等，從而保證了模溫大致均衡。

（7）模具的水管接頭不得安裝在碼模槽內(nèi)，避免與碼模位置干涉。

（8）水孔盡量不要采用錯(cuò)位接通的方式。因不好清理鐵屑。另外，錯(cuò)位太多，過(guò)水量會(huì)變少。

（9）流道與流道鑲件，進(jìn)膠口需設(shè)計(jì)足夠的冷卻。模具設(shè)計(jì)時(shí)冷卻水的流動(dòng)與熱塑性達(dá)到平衡，要求工作條件下脫模時(shí)塑件溫度差小于等于10度。

（10）水路的排布要求水路交織的網(wǎng)格要有很好的平衡性，且盡量按照塑件的形狀排布。

一、注塑模具冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

為了提高生產(chǎn)率，保證制品質(zhì)量，模具冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)以保證塑件均勻冷卻為基本原則。

具體設(shè)計(jì)時(shí)注意以下幾點(diǎn)：

①冷卻水孔數(shù)量盡量多、尺寸盡量大

型腔表面的溫度與冷卻水孔的大小、疏密關(guān)系密切。冷卻水孔孔徑大、孔間距小，型腔表面 溫度均勻，如圖3－9－3所示。

②冷卻水孔至型腔表面距離要適宜

孔壁離型腔的距離要適宜，一般大于10mm，常用12～15mm。太近，型腔表面溫度不均勻，參見(jiàn)圖3－9－3d ；太遠(yuǎn)，熱阻大，冷卻效率低。

當(dāng)塑件壁厚均勻時(shí)，各處冷卻水孔與型腔表面的距離最好相同，如圖3－9－4，a比b好。

當(dāng)塑件壁厚不均勻時(shí)，厚壁處冷卻水通道要適當(dāng)靠近型腔，如圖3－9－4，c比d好。

③水料并行，強(qiáng)化澆口處的冷卻

成型時(shí)高溫的塑料熔體由澆口充入型腔， 澆口附近模溫較高、料流末端溫度較低。

將冷卻水入口設(shè)在澆口附近，使冷卻水總體流向與型腔內(nèi)物料流向趨于相同（ 水料并行），冷卻比較均勻。

④入水與出水的溫差不可過(guò)大

如果入水溫度和出水溫度差別太大，會(huì)使模具的溫度分布不均。為取得整個(gè)制品大致相同的 冷卻速度，需合理設(shè)置冷卻水通道的排列形式，減小入出水溫差。如圖3－9－6，a形式會(huì)使入水與出水的溫差大，b形式相對(duì)較好。

⑤冷卻水孔布置要合理

冷卻水通道盡可能按照型腔形狀布置，塑件的形狀不同，冷卻水道位置也不同，例如：

圖3－9－9：扁平塑件， 側(cè)面進(jìn)澆。
動(dòng)定模均距型腔等距離鉆孔。
圖3－9－10 ：
淺殼類(lèi)塑件定模鉆孔、動(dòng)模組合型芯銑槽。

圖3－9－11：中等深度殼類(lèi)塑件。凹模距型腔等距離鉆孔，凸模鉆斜孔得到和塑件形狀類(lèi)似的回路。

圖3．9＋1：深腔制品。凸凹模均采用組合式，車(chē)螺旋槽冷卻，從中心進(jìn)水，在端面（澆口處）冷卻后沿環(huán)繞成型零件的螺旋形水道順序流出模具。

⑥冷卻水道要便于加工裝配

冷卻水道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須注意其加工工藝性， 要易于加工制造，盡量采用鉆孔等簡(jiǎn)單加工工藝。

對(duì)于鑲裝組合式冷卻水道還要注意水路密封，防止冷卻水漏入型腔造成型腔銹蝕。

二、冷卻系統(tǒng)常用結(jié)構(gòu)形式

如上所述，模具冷卻系統(tǒng)要求根據(jù)塑件的形狀、型腔內(nèi)的溫度分布等合理設(shè)計(jì)，但受模具上 各種結(jié)構(gòu)（頂桿孔、型芯孔、螺釘孔、鑲拼接縫等）的限制，只能在滿足結(jié)構(gòu)設(shè)汁的情況下開(kāi)設(shè) 冷卻水道。由于塑件的形狀多種多樣，模具結(jié)構(gòu) 各不相同，冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也是千變?nèi)f化的，設(shè)計(jì) 者需根據(jù)實(shí)際情況靈活掌握。

下面介紹幾種在型腔、型芯上設(shè)置冷卻系統(tǒng)的常用結(jié)構(gòu)形式，供設(shè)計(jì)時(shí)參考。

1）凹模冷卻水道的設(shè)置

單層冷卻回路

對(duì)于型腔較淺的模具，通常采用單層冷卻回路。

凹模直接加工在模板上的淺腔模具多采用外接直通式（圖3．9＋2）或平面回路式（圖3－9－18、3－9－19、3－9－20）的單層冷卻回路。

采用拼鑲結(jié)構(gòu)的模具多采用環(huán)槽式（圖3．9＋3、3－9－21、3－9－23）．

①單層外接直通式

外接直通式冷卻水道是在模板上打直通孔與模外軟管連接構(gòu)成單回路或多回路。這種冷卻水 道加工容易，但冷卻水道不是圍繞型腔設(shè)置，在成型過(guò)程中，制品的散熱不太均勻。

②單層平面回路式

平面回路式冷卻水道通常采用打相交直孔， 鑲?cè)霌醢濉⒍骂^等控制冷卻水流向的方法構(gòu)成模內(nèi)回路。

根據(jù)具體情況也可設(shè)計(jì)成單回路或多回路。

這種水道排列對(duì)于模腔的散熱略好于外接直通式。

單層平面雙回路

③環(huán)槽式 環(huán)槽式冷卻

水道是在模板上

打孔與加工在鑲件或模板上的環(huán)形槽連接構(gòu)成單回路或多回路。

這種冷卻水道正好圍繞鑲件分布，對(duì)于模腔的散熱較好。

在模板上打孔將鑲件或模板上的環(huán)形槽串連，構(gòu) 成用于鑲?cè)胧蕉嗲荒５沫h(huán)槽式水路。

環(huán)槽式水路用于鑲件緊鄰的多腔模，將模板上的環(huán)形槽連通。

多層冷卻回路

對(duì)于型腔較深的模具，常采用多層回路式冷卻水道。

采用圓形鑲件鑲拼的深腔模，在型腔鑲件外表面加工螺旋槽，并將其進(jìn)出口通過(guò)模板與模外連通，構(gòu)成的螺旋式冷卻水道（圖3－9－22），相當(dāng)于模內(nèi)互連的多層冷卻回路。

型腔直接加工在模板上的深腔模和非圓形鑲件鑲拼的深腔模，通常采用多層外接直通式或平 面回路式冷卻水道（圖3．9＋4、圖3．9＋5） ，各層可各自獨(dú)立，也可用軟管在模外互連。

④螺旋式冷卻水道

在圓形鑲件外表面加工螺旋槽，并將其進(jìn)出口通過(guò)模板與模外連通，構(gòu)成螺旋式冷卻水道 。

⑤多層平面回路式冷卻水道

沿型腔深度方向布置多層平面回路式冷卻水道。

沿型腔深度方向布置多層平面回路式或外接直通式冷卻水道。

2）凸模（型芯）冷卻水道的設(shè)置

在塑件成型過(guò)程中，型芯總是被溫度高、導(dǎo)熱性差的塑料包圍著，型芯的熱量很難通過(guò)自然 對(duì)流、輻射的方式散發(fā)。因此，型芯的散熱問(wèn)題比型腔更關(guān)鍵。也正是因?yàn)樾托颈凰芗�包圍，�?便與模外連通，所以型芯中冷卻水道的設(shè)置也更困難。

通常，型芯中冷卻水道的設(shè)置有下列幾種方式。

①單層冷卻回路

對(duì)于直接加工在模板上的低矮型芯，采用加工在模板上的外接直通式或平面回路式單層冷卻 回路，圖3－9－9。

對(duì)于采用拼鑲結(jié)構(gòu)的低矮大型芯，可在型芯上加工平面回路式單層冷卻回路，圖3－9－10。

②鉆孔式型芯冷卻水道

中等高度的較大型芯，可采用在型芯上鉆斜孔的方法構(gòu)成冷卻回路，圖3－9－11、圖3－9－5d。

③噴泉式型芯冷卻水道（圖3－9－12）

在型芯中間裝一個(gè)噴水管，進(jìn)水從管中噴出后再向四周沖刷型芯內(nèi)壁，如圖所示。

低溫的進(jìn)水直接作用于型芯頂部（中心進(jìn)澆的澆口處），冷卻效果好。這種方式特別適 合冷卻細(xì)長(zhǎng)的圓形型芯。

噴泉式冷卻水道也可用于較粗大異型型芯的冷卻， 方法是在噴水管出口端設(shè)一邊緣開(kāi)口的隔板，控制回水流向（圖3－9－15） 。

噴泉式冷卻水道不僅可用于單個(gè)小型芯，也可用于多個(gè)小型芯的串（并）聯(lián)冷卻。

圖3．9＋6為并聯(lián)噴泉式型芯冷卻水道

④螺旋式型芯冷卻水道（圖3－9－13）

對(duì)于大直徑圓柱型芯，可在型芯內(nèi)開(kāi)大圓孔，孔中壓入中心有進(jìn)水孔外壁有螺旋槽的

“芯柱”構(gòu)成螺旋式型芯

冷卻水道。

冷卻水從中心孔引向芯柱頂端，沿螺旋槽流下進(jìn)行熱交換后從芯柱底部流出，可獲得極佳的效果

⑤隔板式型芯冷卻水道

在型芯上沿型芯軸向打盲孔，孔與孔間銑連通槽，孔中鑲?cè)氡瓤咨盥远痰母舭�，就�?gòu)成了隔 板式型芯冷卻水道。

水從隔板一邊流入另一邊流出，在經(jīng)連通槽依次進(jìn)入相鄰的孔。

隔板式型芯冷卻水道可用于單個(gè)細(xì)高型芯的冷卻，也可用于多個(gè)細(xì)高型芯的串聯(lián)冷卻，以及各種異型型芯的周圈或整體冷卻。

隔板式型芯冷卻水道

⑥型芯傳導(dǎo)冷卻

在對(duì)于特別細(xì)小無(wú)法開(kāi)設(shè)冷卻水道的型芯， 可用鈹銅合金等導(dǎo)熱性良好的材料制造或鑲?cè)霕?gòu) 成導(dǎo)熱型芯，并使冷卻水直接與導(dǎo)熱型芯接觸。使熱量經(jīng)導(dǎo)熱型芯傳導(dǎo)并由冷卻水帶走。