第11章 注塑模具温度控制系统设计

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在注射成型过程中，模具中的熔体将热量不断地传递给型腔表面，使模具的温度升高。 模具温度高，虽有利于熔融塑料充填型腔，但也增加了塑件的冷却时间，降低了生产效率； 模具温度低，熔融塑料固化时间短，成型周期相应也短，但塑料流动性较差，可能出现型腔 充填不满的现象。模温控制系统设计得好，可以缩短冷却时间，提高塑件质量；反之，如果 模温控制机构设计不合理，就会延长塑件成型周期，并且在成型后，塑件还有可能产生 变形。

各种塑料的性能和成型工艺要求不同，不同的塑料对模具的温度要求也不同。对于成型 黏度低、流动性好的塑料，需要设置冷却装置（模具仅设置冷却系统即可）。对于大多数塑 料模来说，熔料充满型腔后，要把模具的温度控制在适当的范围内，使模温达到成型工艺的 要求。应通过冷却使之定型，从而得到质量稳定的塑件，这也是本章学习的重点。但对于黏 度高、流动性差的塑料，如：PC、PVC、PPO等，其模温需在80〜120°C之间，要求在注 塑模具成型前对模具加热。温度超过80°C的模具以及大型注塑模具，均需要设置加热装置 (电热棒、电热块）或使用模温机。

因此，模具的温度控制系统包括对模具的冷却和加热两个功能。在模具的动、定模中设 置冷却或加热装置，使熔料在模具型腔内达到快速成型和均匀冷却，得到质量好的制品。

注塑模具的温控系统直接关系到制品的表面质量、制品的性能和注塑成型周期。在注塑 成型过程中，熔体充模时间占5%左右，顶出和开合的时间占15%,冷却的时间约占整个成 型周期的80%左右。因此，对于制品生产要求高的模具，减少冷却时间是缩短生产周期的 最佳途径。对高精度及高产量的模具，温度控制系统的设计非常严格，有时还必须设计专门 的温度调节器，严格控制各部分的温度。在设计模具时要优先考虑冷却系统。模温控制系统 与浇注系统同等重要，也是模具设计的关键之一。

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11.1 注塑模具的温度控制系统的重要作用

模具温度（模温）及其波动对制品的收缩率和表面质量等均有影响。模温过低，熔体流 动性差，尺寸稳定性、力学性能差，造成变形、应力开裂，制品轮廓不清晰，甚至充不满型 腔或形成熔接痕，制品表面不光泽、缺陷多。对于热塑性塑料，模温过低造成固化程度不 足，降低制品的物理、化学性能。热塑性塑料注塑时，在模温过低、充模速度又不高的情况 下，制品内应力增大，易引起翘曲变形或应力开裂，尤其是黏度大的工程塑料更是如此；模 温过髙，成型收缩率大，脱模和脱模后制品变形大，并且易造成溢料和粘模。模具温度不均 匀，型芯和型腔温度差过大，制品收缩不均匀，导致制品翘曲变形，影响制品的形状及尺寸 精度。因此，为保证制品质量，模具温度必须适当、稳定、均匀。

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11.1.1i满足成型工艺要求

利用模温控制系统能满足不同塑料的成型温度和模温需求，见表11-1。

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11.1.2提高塑件表面质量和制品精度

①消除制品外观缺陷。避免动模型芯、型腔表面温度过高，合模处产生飞边，脱模困 难，塑件厚处易缩陷的现象发生。

②避免模具型腔表面温差较大、温度的波动对制品收缩率的影响，稳定制品形位尺寸 精度，防止制品脱模后翘曲变形、应力开裂。

③改善塑件的力学、物理性能。

11.1.3缩短成型周期

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缩短模塑周期就是提髙模塑效率。对于注射模塑，注射时间约占成型周期的5%,冷却 时间约占80%,推出（脱模）时间约占15%。可见，缩短模塑周期的关键在于缩短冷却硬 化时间，而缩短冷却时间可通过调节塑料和模具的温差达到。因而应在保证制品质量和能改 善成型性能的前提下，使注塑成型顺利进行，适当降低模具温度有利于缩短冷却时间，提高 生产效率。

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11.2 模具的温度控制系统的设计原则

冷却系统的设计原则是：正确设计冷却水回路（分区域对待），达到快速、均匀冷却，并 尽量保证模具的热平衡，使制品收缩均匀、冷却回路加工简单。具体的要求叙述如下。

11.2.1温度均衡原则

①由于塑件和模具结构的复杂性，很难使模具各处的温度完全一致，不能有局部过热、 过冷现象。

②靠近浇口套附近、浇口部位、塑件厚壁附近模具温度较高，应加强冷却。应布置由内（离浇口近处）向外（离浇口远处）冷却的回路，如图11-1所示。在必要时应设计单独冷却水道。如：主流道及三板模中的脱料板，必须设计冷却水短成型周期。要控制水道进、出口处冷却水的温差，考虑进、出口的温差、流量压力降(计算管道直径和长度）。降低冷却水出口处的温度差（一般模具为5°C、精密模具为2X：)。冷却回路的长度在1.2〜1.5m以下，回路弯头数目不超过15个，使用隔水片 串联时，转向次数为4次一组。对于中大型模具，可将冷却水管分成几个独立的回路来加大 冷却液的流量，减少压力损失，提高传递效率。采用多而细的冷却管道比单独的大直径管道 冷却效果好。

11.2.2区别对待原则

①模具温度根据所使用塑料的性能而选用。当塑料要求模具成型温度>80°C时，必须 对模具进行加热。

②模具在冷却过程中，由于热胀冷缩现象，塑件在固态收缩时对定模型腔会有轻微的 脱离，而对动模型芯的包紧力却越来越大，塑件在脱模之前主要的热量都传给了动模型芯。 因此，动模型芯必须重点冷却。

③蚀纹的型腔、表面留火花纹的型腔，其定模温度应比一般拋光面要求的定模温度高。

④大型复杂的模具要根据塑件形状、结构和模具结构，分区域设置冷却系统。因为在 注塑成型时，模温会有高有低，所以要根据塑件的成型状况，便于控制模具不同区域的温 度。如：对于有密集网孔的塑件，如喇叭面罩，网孔区域料流阻力比较大，比较难充填。提 高此区域的模温可以改善填充条件。要求网孔区域的冷却水路与其他区域的冷却水路分开， 可以灵活地调整模具温度。

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⑤模具温度还取决于塑件的表面质量、模具的结构，在设计温控系统时应具有针对性。 从塑件的壁厚角度考虑，厚壁要加强冷却，防止收缩变形；从塑件的复杂程度考虑，型腔高 低起伏较大处应加强冷却；浇口附近的热量大，应加强冷却；冷却水路应尽可能避免经过熔 接痕产生的位置、壁薄的位置，以防止缺陷加重。

⑥冷却管道应避免设置在制品熔接的部位，否则温度下降，熔接痕更加严重，塑件熔 接处强度更低。在制品薄壁处有时还要考虑加热。

⑦制品的冷却时间，与制品的尺寸、形状、壁厚，塑料性能，模具材料等有关，但主 要的取决于冷却系统的设计。在实际注塑成型时，常常根据制品情况和经验来进行调整，取 得合理的冷却时间。对于不同的塑料与厚度，优化的冷却时间见表11-2。

当模具温度要求较高，如要求70°C以上时，模具的温度控制应注意以下几点。

a.模具材料的选择要求耐磨性及硬度都较高，必须进行热处理，而且热处理之前的切 削加工性较好。

b.模具冷却系统中的密封圈要采用耐热材料，即需要加铅。

c.模具的滑动零件之间（如导柱、导套等）需要有冷却水路，以防止热胀冷缩使运动 零件动作卡死。

d.在模具的对插成型处由于热胀冷缩也会拉伤对插面，对插的作用面积，即将整个对 插面中央部分避空，可以适当增加对插角度以减小留下四周边界面对插成型。

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