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曲阜富林塑料制品有限公司開發(fā)了上千款模具，幾十年來(lái)精益求精，對(duì)模具制作都有著豐富的經(jīng)驗(yàn)水平，從而為了在降低注塑成本冷卻制作產(chǎn)品提高效率下了苦功夫研究，大家來(lái)一起探討下，交流學(xué)習(xí)下。

一般來(lái)講，冷卻時(shí)間占整個(gè)注塑周期的80%左右，所以如何提高冷卻效率對(duì)降低注塑成本來(lái)說至關(guān)重要。今天我們就一起來(lái)探討下如何設(shè)定最有效的冷卻時(shí)間及提高冷卻效率的幾種措施。

影響冷卻時(shí)間的主要因素?zé)o非包含以下幾點(diǎn)：

模具鋼的材料

模具水路布局

原材料的料溫

產(chǎn)品的壁厚

模溫

模溫機(jī)的功效

首先從模具角度來(lái)講，模具鋼的選材比較重要，如果想提高冷卻效率，在選材時(shí)需要優(yōu)先考慮導(dǎo)熱系數(shù)比較好的模具鋼。如下表所示，一般銅及鈹銅和鋁的導(dǎo)熱系數(shù)比較好，在沒有強(qiáng)度要求的情況下可以考慮選擇銅或鋁來(lái)做一些鑲件，有強(qiáng)度要求時(shí)可以考慮選擇鈹銅來(lái)做一些鑲件。

另外，在進(jìn)行模具水路設(shè)計(jì)時(shí)，需要充分評(píng)估產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的熱點(diǎn)區(qū)域。所謂的熱點(diǎn)一般指產(chǎn)品壁厚過厚的區(qū)域、產(chǎn)品有狹窄空間和拐角的區(qū)域及加強(qiáng)筋比較密集的區(qū)域。

對(duì)于這些區(qū)域就需要考慮單獨(dú)設(shè)計(jì)一組循環(huán)水路，以及采用剛才所提到的鈹銅鑲件或增加導(dǎo)熱針、導(dǎo)熱管適用于薄壁鑲件的一些冷卻工具。在個(gè)別案例中，我們也可以考慮3D打印的帶有異形水路的鑲件來(lái)增強(qiáng)冷卻。

冷卻水路的布局原則上是要順著產(chǎn)品填充的方向，其次要考慮布局平衡，不平衡不對(duì)稱的冷卻水路會(huì)加重注塑件的變形。另外，對(duì)于對(duì)稱的水路設(shè)計(jì)，在實(shí)際連接水路時(shí)，也要盡量分成獨(dú)立的冷卻循環(huán)組來(lái)保證冷卻的同步。

模具水路盡量采用直通型水路，減少冷卻水井及拐角過多的水路設(shè)計(jì)避免過多的死水區(qū)域。水路中心離產(chǎn)品型腔面的距離一般需控制在兩倍的水路直徑左右，不宜太遠(yuǎn)或太近。水路的直徑也并非越大越好，一般都控制在16mm以內(nèi)，否則冷卻液不容易形成湍流。

在模具設(shè)計(jì)階段，控制好了冷卻水路的合理布局，冷卻的效率基本就有了保證了。目前隨著軟件性能越來(lái)越強(qiáng)大，在設(shè)計(jì)完水路后，可以考慮用分析軟件來(lái)分析一下冷卻水路的效果。

起碼可以通過理論的計(jì)算提前消除一些大的影響或不合理的布局。網(wǎng)上也有很多關(guān)于冷卻時(shí)間的理論計(jì)算公式，大家也可以自行計(jì)算一下，作為一個(gè)設(shè)置的參照。下圖中的公式為其中的一個(gè)，公式來(lái)源于山東工程學(xué)院學(xué)報(bào)第8卷第2期，僅供參考。

其中t為冷卻時(shí)間（s），S為壁厚的一半（m）,a為塑料的導(dǎo)溫系數(shù)（m^2/s）,To為注塑溫度（℃），Tc為塑料的熱定型溫度也是頂出溫度，Tw為模溫。通過這個(gè)公式，我們可以大約計(jì)算一下理論需要的冷卻時(shí)間，作為設(shè)置冷卻時(shí)間的參照。公式中的參數(shù)均可通過網(wǎng)絡(luò)查詢得到，自己可以用EXCEL設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)計(jì)算的公式，在此不一一贅述。

關(guān)于模溫機(jī)功效的確認(rèn)，我們不得不搞清楚一個(gè)概念：雷諾系數(shù)。（以下雷諾系數(shù)的解釋來(lái)源于百度百科）雷諾數(shù)（Reynolds number）一種可用來(lái)表征流體流動(dòng)情況的無(wú)量綱數(shù)。Re=ρvd/μ，其中v、ρ、μ分別為流體的流速、密度與黏性系數(shù)，d為一特征長(zhǎng)度。

例如流體流過圓形管道，則d為管道的當(dāng)量直徑。利用雷諾數(shù)可區(qū)分流體的流動(dòng)是層流或湍流，也可用來(lái)確定物體在流體中流動(dòng)所受到的阻力。搞清楚了這個(gè)概念，我們就知道該如何確認(rèn)模溫機(jī)功效了。

首先我們需要使用流量計(jì)來(lái)測(cè)量水路流經(jīng)模具型腔后的實(shí)際流速。流速的單位應(yīng)換算成m/s。測(cè)出水路從模溫機(jī)到模具型腔流出后的實(shí)際流速后，我們就可以輕松地計(jì)算出雷諾系數(shù)了。

如下圖，我自己設(shè)計(jì)了一個(gè)自動(dòng)計(jì)算雷諾系數(shù)的表格，輸入模溫、流速和水路內(nèi)徑即可計(jì)算出雷諾系數(shù)，如雷諾數(shù)>4000即為湍流狀態(tài)，否則為層流狀態(tài)。對(duì)于冷卻來(lái)講，湍流的冷卻效果會(huì)比層流好很多。

如果通過計(jì)算，冷卻水流型達(dá)不到湍流狀態(tài)，就說明模溫機(jī)功率及模具水路的設(shè)計(jì)達(dá)不到預(yù)期的冷卻效果，需要重新再優(yōu)化。

另外一個(gè)檢測(cè)冷卻效果的方法就是實(shí)測(cè)模溫，通過測(cè)量模具型腔面上的進(jìn)水點(diǎn)出水點(diǎn)位置的實(shí)際溫度來(lái)判定。如果不同區(qū)域的溫差及與設(shè)定值的溫差能控制在±5℃,基本就說明冷卻效果還是可以的。

最后就是模具的日常保養(yǎng)維護(hù)對(duì)冷卻效果的影響。如果模具表面有油污或臟污，一般會(huì)降低冷卻效率最大能達(dá)到20%左右，如果水路里有了水垢，一般會(huì)降低冷卻效率最大能達(dá)到50%左右。

所以保證日常的模具維護(hù)對(duì)冷卻效率來(lái)講是至關(guān)重要的。需要定期清潔型腔表面及使用清洗機(jī)來(lái)清洗模具水路，日常的開機(jī)點(diǎn)檢中需要增加冷卻水流量的監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)異常需要及時(shí)處理。