《注塑模具的温度控制注意事项》由会员分享，可在线阅读，更多相关《注塑模具的温度控制注意事项（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、模具的溫度控制模具的溫度控制 溫度控制的必要性溫度控制的必要性 在射出成形中,射出於模具內之熔融材料溫度,一般在 150350之間,但由於模具之溫度 一般在 40120之間,所以成形材料所帶來的熱量會逐漸使模具溫度升高。另一方面,由於 加熱缸之噴嘴與模具之注道襯套直接接觸,噴嘴處之溫度高於模具溫度,亦會使模具溫度上 升。假使不設法將多餘之熱量帶走,則模具溫度必然繼續上升,而影響成型品的冷卻固化。相 反地,若從模具中帶走太多的熱量,使模具溫度下降,亦會影響成型品的品質。故不管在生產 性或成型品的品質上,模具的溫度控制是有其必要性的。茲分述如下： 1. 就成形性及成形效率而言就成形性及成形效率而言
2、 模具溫度高時,成形空間內熔融材料的流動性改善,可促進充填。但就成形效率(成形週期)而 言,模具溫度宜適度減低,如此,可縮短材料冷卻固化的時間,提高成形效率。 2. 就成型品的物性而言就成型品的物性而言 通常熔融材料充填成形空間時,模具溫度低的話,材料會迅速固化,此時為了充填,需要很 大的成形壓力,因此,固化之際,施加於成型品的一部份壓力殘留於內部,成為所謂的殘留應 力。對於 PC 或變性 PPO 之類硬質材料,此殘留應力大到某種程度以上時,會發生應力龜裂 現象或造成成型品變形。 PA 或 POM 等結晶性塑膠之結晶化度及結晶化狀態顯著取決於其冷卻速度,冷卻速度愈慢時,所得結果愈好。 由上可知
3、,模具溫度高,雖不利於成形效率,但卻常有利於成型品的品質。 3. 就防止成型品變形而言就防止成型品變形而言 成型品肉厚大時,若冷卻不充分的話,則其表面發生收縮下陷,即使肉厚適當,若冷卻方法 不良,成型品各部分的冷卻速度不同的話,則會因熱收縮而引起翹曲、扭曲等變形,因而需使 模具各部分均勻冷卻。 溫度控制的理論要素溫度控制的理論要素 模具的溫度調整,對成型品的品質、物性及成形效率大有影響,冷卻孔的大小與其分佈為重要的設計事項。 熱在空氣中,主要藉輻射和對流來傳播,在固體或液體中主要藉傳導來傳播。固體的熱傳 導也因物質的不同而有所差異,而且不同物質的交界處也有界膜傳熱係數 。 在液體中,熱的傳 導
4、因傳熱管的大小、流速、密度、黏度等而異,熱計算公式很複雜,需要很多假定,不易求解。 但最近由於電腦的發展等已容易計算,可行理論解析。 1. 模具溫度控制所需的傳熱面積模具溫度控制所需的傳熱面積 熔融材料的熱量約 5%,因輻射或對流而喪失於空氣中,95%傳導於模具 。 假定材料帶入的 熱量全部傳播到模具,其熱量為 Q。則 Q = s g Cp ( T1 - T2 ) + L (kCal/hr) s ：每小時的射出數(次/hr) g ：每次射出材料的重量(kg/次) Cp ：材料的比熱(kCal/kg) T1 ：材料的溫度() T2 ：取出時的成型品溫度,及模具溫度() L ：熔解潛熱(kCal/
5、kg) 現設 Cp ( T1-T2 ) + L = s g = m 則 Q = m (kCal/hr) m ： 每小時射出於模具的材料數量 ： 材料 1kg 的全熱量 所謂熔解潛熱是材料的相變化產生的熱量,亦即材料從液體變成完全固體時,從材料放出 的熱量。以單位重量表示。表 1 所示為各種材料在成形條件下,1kg 材料的全熱量。 熱量 Q 從模具傳道冷媒,此時冷卻管的傳熱面積為 A,則 Q A = (m2) hw T 表 1 各種材料在成形溫度條件下的全熱量 (單位：kcal/kg) 成形材料 (kCal/kg) 成形材料 (kCal/kg) PE (低密度) PE (高密度) PP PS 耐
6、 隆 138.9166.7 166.7194.4 138.9166.7 66.783.3 166.7194.4 ABS AS 聚縮醛 PVC CA CAB 77.894.4 66.783.3 100 50 68.9 61.7 A ：傳熱面積(m2) hw ：卻管的界膜傳熱係數(kCalm2hr) T ：模具與冷媒的平均溫度差() 冷卻管的界膜傳熱係數 hw在冷卻水流的場合為 d v e Cp 0.3 hw = ( ) ( ) (kCal/m2hr) d ： 冷媒的熱傳導率(kcal/mhr) d ： 管徑(m) v ： 流速(m/hr) e ： 密度(kg/m3) ： 黏度(kg/mhr) C
7、p ： 比熱(kcal/kg) 2. 冷卻用水量冷卻用水量 在成形作業中為了控制模具溫度,經常在模具內設有冷卻水管,但其入水溫度與出水溫度及冷卻水量等必須詳加考慮,為了再利用或循環模具送出的溫水,須選定冷卻水溫度調整機 或熱交換機降低入水溫度。若入水溫度與出水溫度之差太大時,亦即冷卻水奪走模具中的熱 量太多,則不利於模具的溫度分布,而影響成型品的品質,此時,宜增快流速或增高注入壓力, 或增加流量。表 2(後面字看不清) 表 2 冷卻水 的界限循環水 流 路 直 徑 (mm) 流 量 (m3/min) 流 量 (l/min) 8 0.0038 3.8 11 0.0095 9.5 19 0.038
8、 38 24 0.076 76 一般帶入模具的熱量藉冷卻水帶出模具外的水量可計算如下： m w = K ( T3 - T4 ) w ：每小時流出的冷卻水量(kg/hr) m ：每小時射入於模具的材料重量 (kg/hr) ：材料 1kg 的全熱量(表 5. 5) K ：水的熱傳導效率 T3 ：出水溫度() T4 ：入水溫度() K 值之決定： 冷卻水管在型模板中或心型中時 K=0.64 冷卻水管在固定側固定板或承板中時 K=0.50 使用銅管之冷卻水管時 K=0.10 3. 模具加熱器能量模具加熱器能量 加熱流道模具之加熱流道件通常使用插入式加熱器來控制其溫度 。 非加熱流道模具在成 形高融點材
9、料或肉厚較厚、流動距離長、面積大之成型品時,經常需將模具加熱,此時亦可使 用加熱器將模具加熱已利成形。加熱器之能量可計算如下,現設加熱的材質為高碳剛,比熱 0.115kCal/kg。則 TW P = 860 n P ：每小時所需電力(KW/hr.) T ：模具溫度或加熱流道件溫度() W ：模具重量或加熱流道件重量(kg) n ：效率(%) 此式所需溫度上升起點以 0作基準,而且加熱器之密接度,絕熱材之絕熱效果依情狀而 異,n 值以 50%計。 模具的冷卻和加熱模具的冷卻和加熱 一般模具,通常以常溫的水來冷卻,其溫度控制藉水的流量調節,流動性好的低融點材料 大都以此方法成形。但有時為了縮短成形
10、週期,須將水再加以冷卻。小型成型品的射出時間, 保壓時間都短,成形週期取決於冷卻時間,此種成行為了提高效率,經常也以冷水冷卻,但用冷 水冷卻時,大氣中的水分會凝聚於成形空間表面,造成成型品缺陷,須加以注意。 成形高融點材料或肉厚較厚,流動距離長的成型品,為了防止充填不足或應變的發生,有 時對水管通溫水。成形低融點成形材料時,成形面積大或大型成型品時,也會將模具加熱,此 時用熱水或熱油,或用加熱器來控制模具溫度 。 模具溫度較高時,需考慮模具滑動部位的間隙, 避免模具因熱膨脹而作動不良。一般中融點成形材料,有時因成型品的品質或流動性而使用 加熱方式來控制模具溫度,為了使材料固化為最終溫度均勻化,
11、使用部分加熱方式,防止殘留 應變。 以上所述,模具的溫度控制是利用冷卻或加熱的方式來調整的。 冷卻管路的分佈冷卻管路的分佈 欲提高成形效率,獲得應變少的成型品時,模具構造須能對應於成形空間的形狀或肉厚,進行均勻的高效率冷卻。在模具加工冷卻管路時,管路的數目、大小及配置極其重要。如圖 1(a)(b)所示,相同的成形空間,加工相近的大冷卻管路或加工遠離的小冷卻管路,探討熱的傳 導路徑。現在大管路通入 59.83的水,小管路通入 45的水,求溫度斜度,連結等溫曲線,即 得圖 1(c)(d),可見模具成形空間表面的溫度分佈,大管路是每週期有 6060.05的溫度變化,而小管路,則有 53.3360的溫
12、度變化。 (a) (c) (b) (d) 圖 1 熱傳路徑與溫度變化曲線 模具成形空間表面的溫度分佈,因水管的大小、配置、水溫而異,上示圖(d)之 6.67 (6053.33)溫度差在某一成形條件上也許充分,但殘留之內部應力,對尺寸精度高的成型品, 可能造成成形應變或經時變化。熱傳導率愈高時,傳導效率愈好,容易控制及排除熱量。亦即 熱傳導率愈高時,模具成形空間的表面溫度變動少,傳導率低時,表面溫度變化大。 通常熔融材料充填成形空間時,澆口附近溫度高,離澆口愈遠處的溫度愈低。若將成型品 分割成若干部份,則該部份的熱量正比於體積。 一般對冷卻系統的設置需考慮下列原則： (1) 冷卻管的口徑、間隔以
13、及至成形空間表面的距離,對模具溫度的控制有重大影響,這些關係比的最大值如下,如冷卻管口徑為 1 時,管與管的間隔最大值為 5,管與成形空間表 面的最大距離為 3 。 再者,成型品肉厚較厚處比肉厚較薄處,冷卻管必須縮小間隔並且較 接近成形空間表面。 (2) 為保持模具溫度分佈均勻,冷卻水應先從模具溫度較高處進入,然後循環至溫度較低處再出口。通常注道、澆口附近的成形材料溫度高,所以通冷水,溫度低的外側部份,則循 環熱交換的溫水,此循環系統的管路連接,是在模具內加工貫穿孔,在模具外連接孔與 孔。 (3) 成形 PE 等收縮大的材料時,因其成形收縮大,冷卻管路不宜沿收縮方向(看不清楚請改) (4) 冷
14、卻管應盡量沿成形空間的輪廓來設置,以保持模具溫度分佈均勻。 (5) 直徑細長的心型或心型銷,可在其中心鑽盲孔,再裝入套筒或隔板進行冷卻,若無法裝入 套筒及隔板時,以熱傳率良好的鈹銅合金作心型及心型銷材料,或以導熱管(hear pipe) 直接裝入盲孔中,再以冷卻水作間接之冷卻,效果尤佳。 (6) 冷卻水流動過程中不得有短捷或停滯現象而影響冷卻效果,而且冷卻管路盡可能使用 貫穿孔方式,以便日後方便清理。 冷卻回路實例冷卻回路實例 冷卻回路的配置,取決於成型品之形狀、成形空間內的溫度分佈及澆口位置等。常用的 方法有鑽孔法、溝槽法、隔板法、套管法、間接法等。如圖 2 所示。 冷卻回路實例 (一)鑽孔
15、法 請作圖 最一般性的鑽孔法,設貫穿孔,在模具外部用 橡皮管等連接孔與孔,盲孔用塞堵住。從注道 附近通冷水,適合四方形成型品。 沿成型品的形狀對接鑽孔,以塞堵住不要的部 份,冷卻效果良好,適合四方形成型品。 圓筒成型品外周冷卻方法,沿成型品的外周對 接鑽孔,以塞堵住不要的部份。 圖 2 冷卻回路實例 (一)鑽孔法 成型品的直徑不太大時,使冷卻孔前端交叉, 形成類似心型的冷卻回路。 冷卻回路實例 (二)溝槽法 成型品的形狀淺而寬時,在可動側型模板設渦 旋式的冷卻溝槽。 成型品形狀淺而寬時,使用側狀澆口成形,設 置迂迴冷卻回路。若冷卻水在入口、出口的 溫度差大時,可增加出、入口數而調整溫度,但 加工費事。 類似盒型、杯類成型品,廣泛使用之冷卻回路, 效率佳,但模具構造變為複雜。冷卻水從底部 的中心往注道附近進入,沿螺旋溝槽循環冷 卻。 圖 2(續) 冷卻回路實例 (三)隔板法 細小的心型銷
