《解析塑胶射出成型模具冷却不良导致的问题》-徐昌煜

解析塑胶射出成型模具冷却不良导致的问题

The Analysis of the Problems Resulted from a Poor Cooling Plastic Injection Mold

徐昌煜 Charles Hsu 先进成型技术学会

Society of Advanced Molding Technology

摘要： 塑胶射出成型模的冷却设计不佳产生的问题，不像浇注系统那样一目了然，可

以检视成型品外观或者观查顺序短射(short shot sequence) ，以找出可能的症结。 业者因不明究理的模具冷却不良而导致的浪费和损失非常可观，然而，亟思脱困而不可得。 本文以案例解析冷却不良带来的几项代表性问题。

Abstract ：

Problems resulted from a poor cooling of a plastic injection mold do not

like the ones from a poor filling which can be studied through the inspection on the appearance of the molding or the observation on a sequence of short shots. Plastic molding industries waste and loose a lot due to poor mold cooling, but do not know how to get rid of it because no idea why it results in troubles. This paper tries to analyze typical defects resulting from poor mold cooling. 关键字(Keywords) ：

冷却系统(cooling system) 、一连串短射(short shot sequence) 、热传(heat transfer) 、冷却孔道(cooling channels) 、障板管(baffles ) 、喷泉管(bubblers ) 、热管(thermal pins ) 、冷却液(coolant) 、模温机(mold temperature control unit) 、配管(piping) 、歧管(manifolds ) 、软管(holses) 、镶块(insert) 、超临界流体微发泡射出成型(super critical fluid microcellular injection molding) 、光弹图(photoelastic graph) 、翘曲变形(shrinkage and warpage) 、公和母模侧(core and cavity sides) 、成型周期(molding cycle) 、热传导率(rate of heat conduction) 、对流的热传率(rate of heat transfer by convection) 、努塞尔特数(Nusselt number) 、雷诺数(Reynolds number 、层流(laminar flow) 、普郎特数(Prandtl number) 、紊流(turbulent flow) 、热传导系数(thermal conductivity) 、密度(density) 、比热(specific heat) 、残余应力(residual stress) 、、 一、 前言

塑胶射出成型模具的冷却系统往往被忽视，这是因为冷却系统和浇注系统之间的热传(heat transfer) 关系不被理解，不晓得不时冒出的问题当中，到底和冷却不佳有

何关联。 本文解析冷却不良产生的典型缺陷，并且阐述问题产生的来龙去脉。 了因果、知生死，才能药到病除、起死回生。 二、 冷却系统

塑胶射出成型的冷却系统包括模板和模仁(mold insert) 内的冷却孔道(cooling channels) 及装置(devices) - 如障板管(baffles ，见图1) 、喷泉管(bubblers ，见图2) 、热管(thermal pins ，见图3)等。

图1 障板管

图2 喷泉管

图3 热管

冷却系统也包括供给和回收冷却液(coolant) 的装置和配管(piping) ，如模温机(mold temperature control unit) 、管线(pipe lines) 、歧管(manifolds ，见图4) 、软管( holses) 等，模温机调整冷却液温度到一设定温度范围，配管衔接模温机和挂在射出成型机上的模具，歧管将冷却液分流或汇集，软管则衔接歧管和模具( 见图4) 或模具中不同的水路。

图4 歧管和软管( 以曲线代表) 和模具 三、 因冷却不佳而导致的外观问题

冷却不均使得塑件各区域的固化有其先后，后固化的塑胶拉伸应力大，其表面光泽明亮，反之则较晦暗- 导致阴阳面的生成，伤及外观品质。 图5 是一汽车内饰件，材料是添加三元乙丙橡胶的聚丙烯 (PP+EPDM) ，表面光泽差异大使得塑件不被接受。其二处光泽有异的区域背后，各有一镶块(insert) ，其内并无冷却孔道及装置，然而包围镶块的模仁内则有冷却孔道及装置。 塑胶因冷却不均而收缩不均，造成表面光泽的差异。

图5 一汽车内饰件的表面光泽差异大

模温高且均匀，残余应力小，对不透明件而言，其表面光泽度高。 图6 是二超临界流体微发泡射出成型(super critical fluid microcellular injection molding) 的ABS 塑件。 下面的塑件是以蒸汽均匀加热的高模温模成型的，与模腔的抛光面对应的塑件表面光可鉴人，与模腔的咬花面对应的塑件表面匀称柔和。 上面塑件是以传统较低且不均匀的模温成型，不但黯然失色，而且光泽不均。

图6 是二超临界流体微发泡射出成型的ABS 塑件，下件是以均匀的高模温成型的，

上件是以传统模温成型。

模温高且均匀，对透明件而言，其透明度好。图7 是对应于100 C 、120 C 和140 C 模温成型的透明件的光弹图(photoelastic diagram) 。 可以看出模温愈高，其色彩变化愈缓且匀，说明其残余应力低、透明度好。

图7 对应于100 C 、120 C 和140 C 模温成型的透明件的光弹图 四、 因冷却不均而导致的变形问题

塑胶射出成型的充填阶段采用高模温，可以确保产品的品质( 如高光无痕) ，后充填阶段采用低模温，可以缩短周期时间，这样高低模温交替以兼顾产品品质与生产效率的技术就叫作高低模温变换技术。

采用此一方式生产高光免喷涂的产品，往往因为变形的问题而困扰不已。 原因

常常是母和公模在充填阶段分别采用高和低的模温，母和公模侧的散热与型腔的中心面不对称，增加对此一中心面不对称的残余应力，使得扳转产品变形的弯曲力矩增加，

产品变形就比较大。

图8 是一采用高低模温变换技术射出成型的PC/ABC 的46 吋电视机前框。 原来母和公模模温在充填阶段分别为120C 和50C ，在后充填阶段则都是50C ，结果该电视机前框向母模凹(concave toward cavity side) 。

图8 是一采用高低模温变换技术射出成型的PC/ABS 电视机前框。

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