塑件注塑成型时,注入模具的熔体温度高达200~300℃,大多数塑件经过冷却从模具中顶出时的温度需控制在60~80℃以下,否则塑件容易产生变形。从注塑成型的整个周期来看,冷却占用了3/4左右的时间,因此,提高生产效率的关键在于如何减小这部分冷却时间,这就需要提高冷却的效率。此外,由于塑件的结构各异,不同部位冷却速度的差异会造成塑件的收缩不均。要获得较为均匀的冷却,就必须使得模具型腔各位置的温度能基本保持一致,因此,模具型腔温度分布的均匀性是控制塑件冷却的另一个关键因素,该因素主要影响塑件的性能。
塑件冷却所释放的热量可通过对流、辐射和热传递三种方式散发掉,其中绝大部分(90%)通过冷却介质的冷却带走。提高冷却效率可以通过增大模板的传热系数、降低冷却介质温度、增加传热推动力、增大冷却传热面积等方式来实现。合理的冷却水道布局对冷却也有着重要的影响。为了使塑料制品均匀冷却,减少制品翘曲,在进行冷却水道布局时,应尽量保持冷却水道与模具型腔表面的距离相等。但由于传统的冷却水道(喷流式、衬套式、隔板式)的加工都是以钻孔或采用镶拼式的模具结构实现,钻孔只能加工直线状的冷却水道,而塑料制品往往具有复杂的曲面结构,因此直线状的冷却水道距型腔表面的距离是不等的。镶拼式的模具不仅加工上较为麻烦,镶件间的配合精度也较难以控制,在模具工作时,由于温度、注塑压力等因素的作用,镶件产生形变,容易造成冷却水泄露。因此,为了解决这些问题,国内外专家提出了一些新的冷却技术。
美国Logic Decices公司研制了一种负压冷却水系统。日本将热管用于模具冷却,实现了标准化和商品化,其导热率约为同样大小铜棒的1000倍。此外还有脉冲冷却技术、CO2气体冷却技术等,这些新的冷却技术很好地改善了注塑成型制品的冷却效果。美国麻省理工学院的Sachs教授在1997年提出了注塑模随形冷却技术,认为该技术将是3D打印最主要的四个应用之一。
随着近年来3D打印技术的发展,随形冷却技术成为了注塑模具冷却系统研究的热点。注塑模具的随形冷却方式与传统的冷却方式的区别在于,其冷却水道的形状随着注塑制品的外形变化,不再是直线状的。这种冷却水道很好地解决了传统冷却水道与模具型腔表面距离不一致的问题,可以使得注塑制品得到均匀的冷却,冷却效率更高。
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