一種中、小型件注塑模具冷卻管道的設(shè)計(jì)

陸希悅

一、設(shè)計(jì)背景

在模具注塑過(guò)程中，模溫的變化會(huì)對(duì)塑膠制品的品質(zhì)和生產(chǎn)周期造成影響。從品質(zhì)方面看，模溫會(huì)對(duì)塑膠制品的收縮變形率、尺寸穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度、應(yīng)力開(kāi)裂和表面質(zhì)量等方面造成影響;從生產(chǎn)周期方面看，注塑過(guò)程中模具的冷卻時(shí)間占到整個(gè)注塑周期的60%以上，因此，在確保注塑質(zhì)量的前提下，縮短塑膠制品的冷卻時(shí)間可提高注塑生產(chǎn)效率。

在現(xiàn)行技術(shù)中，注塑模具中設(shè)置的冷卻管道均適用于大型零件的注塑生產(chǎn)，其冷卻管道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜，控制方式繁瑣，且制備成本高。對(duì)于中、小型零件的注塑卻并不適用，容易造成人力及生產(chǎn)資源的浪費(fèi)。

二、方案設(shè)計(jì)

（一）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1為本設(shè)計(jì)適用的注塑模具的結(jié)構(gòu)示意圖;圖2為本設(shè)計(jì)提及的注塑模具中冷卻管道的結(jié)構(gòu)示意圖;該注塑模具包括上模1和下模2，合模時(shí)內(nèi)部形成注塑模腔3;上模1的頂部開(kāi)設(shè)注料孔4，上、下模內(nèi)分別設(shè)置冷水循環(huán)管路5，兩條冷水循環(huán)管路5在上、下模合模時(shí)導(dǎo)通;上、下模內(nèi)的冷水循環(huán)管路5由連接管道6連通，連接管道6之間采用管孔連接;下模2的結(jié)合面上設(shè)置凸管7結(jié)構(gòu)，上模1的結(jié)合面上設(shè)置凹孔8結(jié)構(gòu);凸管7與凹孔8為上、下連接管道的結(jié)合端口，兩者配合連接時(shí)可實(shí)現(xiàn)連接管道6的導(dǎo)通。

上述冷水循環(huán)管路5為環(huán)形管結(jié)構(gòu)，設(shè)置在上、下模的中部，與模具外壁和注塑模腔3之間的距離比約為2：1;下模2內(nèi)的冷水循環(huán)管路5的左端部開(kāi)設(shè)入水孔10;上模1內(nèi)的冷水循環(huán)管路5的左端部開(kāi)設(shè)出水孔9;入水孔10和出水孔9設(shè)置在同側(cè)。

本設(shè)計(jì)的工作流程為：首先，冷水在外置水泵作用下從入水孔10流入，按逆時(shí)針?lè)较蛄鲃?dòng);然后，經(jīng)連接管道6進(jìn)入上模1內(nèi)的冷水循環(huán)管路5;最后，按順時(shí)針?lè)较蛄鲃?dòng)，并從出水孔9流出。冷水在管道內(nèi)流動(dòng)過(guò)程中，注塑過(guò)程中產(chǎn)生的熱量被帶走，塑膠制品的冷卻效率得到提升;實(shí)驗(yàn)證明，被帶走的熱量與冷水循環(huán)管路5的內(nèi)徑、水流速度及通流時(shí)間有關(guān)。

圖1

（二）制備工藝設(shè)計(jì)

如圖2所示，模具中的冷水循環(huán)管路5采用鉆孔工藝進(jìn)行制備。一條冷水循環(huán)管路需進(jìn)行三次鉆削加工，包括兩次橫向鉆削和一次縱向鉆削，可制得兩條橫向孔11和一條縱向孔12;橫向孔11和縱向孔12均為不通孔，縱向孔12與兩橫向孔11的末端連通;上述孔洞的開(kāi)口端均在車(chē)床上加工出管螺紋結(jié)構(gòu)，橫向孔11中的一個(gè)開(kāi)口為入水孔或出水孔，其端部安設(shè)水管后與水泵相連，另一個(gè)開(kāi)口使用密封螺栓13進(jìn)行封閉;縱向孔的開(kāi)口同樣使用密封螺栓13進(jìn)行封閉。

圖2

結(jié)合圖1所示，上、下模之間還需鉆削加工出連接管道6，其開(kāi)口分別設(shè)置在上、下模的結(jié)合面上，連接管道6的末端分別與冷水循環(huán)管路5的橫向孔10導(dǎo)通;下模2段的連接管道的開(kāi)口處設(shè)置凸管7結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的材質(zhì)選用不銹鋼，凸管7與連接管道之間通過(guò)焊接工藝連成一體;上模1段的連接管道的開(kāi)口處設(shè)置凹孔8結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)與凸管7配合;當(dāng)上、下模閉合時(shí)，兩者之間依靠間隙配合以實(shí)現(xiàn)連接管道6的密封性。

上述冷水循環(huán)管路5與連接管道6共同組成冷水循環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)中管孔孔徑的常見(jiàn)規(guī)格為：8mm、10mm、12mm、15mm及20mm。

（三）實(shí)施方案設(shè)計(jì)

以孔徑為10mm的冷水循環(huán)管路為例（塑膠制品的體積約為180-200立方厘米），以表格的形式列舉多種常見(jiàn)塑料在沖模成型后達(dá)到冷凝溫度的過(guò)程中，管孔中冷水的平均流速和通流時(shí)間：

通過(guò)大量、縝密的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，本設(shè)計(jì)可對(duì)中、小型塑膠制品進(jìn)行精確的冷卻處理，可在最有效的時(shí)間內(nèi)將塑膠制品的平均溫度降至冷凝溫度，對(duì)塑膠制品產(chǎn)生平穩(wěn)、高效的冷凝效果，有效提高注塑生產(chǎn)效率;本設(shè)計(jì)中提及的水循環(huán)管路連接性能穩(wěn)定，密封性能高，水冷過(guò)程流暢，制得的塑膠制品的組織成分均勻，可消除成品內(nèi)應(yīng)力，確保成品表面質(zhì)量及定型尺寸，并最終確保塑膠制品良好的外觀性能和綜合力學(xué)性能。