塑料的成型和加工时,模具的温度一直在变。温度对于塑料的成型和加工来说,是特别关键的机械工艺与物理参数。所以,模具工作时温度的变化和高低,会直接影响模具在成型过程能不能安全顺利地进行。不同成型阶段的模具温度场以及热应力分布状况,也直接关系到最后做出来的塑料制品表面质量和机械性能好不好。而且,不同成型阶段的模具温度场与热应力的改变,又会直接造成塑料制品温度场和热应力的分布情况,这也是影响塑料制品物理和机械工艺性能的主要因素。另外,温度变化的快慢,还直接影响模具在塑料制品成型和加工过程中的热应力能量消耗多少,以及塑料产品的成型和加工周期长短,进一步影响塑料产品的批量生产效率和塑料制品企业的经济效益。所以,及时又准确地掌握模具在塑料成型和加工过程中的温度场分布与变化情况,在塑料成型工程里是很重要、大家也很关心的问题。了解注塑模成型系统温度变化调节控制系统的设计过程,也是注塑模成型系统设计的重点和关键内容之一。
为了能有效地调节模具的温度,常见的一种温度调节办法是在模具里设置空气和冷却液的水道,通过自动调节输入到模内水道里的空气和冷却液的温度系数,来实现对模具冷却管道温度的自动调节。现在的模具加工方法大多是机械加工,现有的注塑模具冷却管道都是用机械钻孔的方式做出来的,这就使得冷却管道的形状不能有弧度。对于型腔内表面几何形状不规则的注塑模具型腔,型腔内有效表面的各个位置到冷却管道能有效冷却位置的距离不一样,离得近的冷却效果好、传热快;离得远的冷却效果差、冷却慢,这样就导致整个型腔内的有效表面冷却不均匀,塑件产品在注塑成型过程中各个位置的冷却效果不同,有的地方冷却快,有的地方冷却慢,最后成型的塑件产品就会出现翘曲变形等问题,降低了型腔内塑件外形尺寸的精度。同时,传统注塑模具在成型过程中,一般要求型腔内的开模或者塑件平均温度必须降低到规定的型腔内开模或者取件温度以下才能开模或者取件,冷却效率低的型腔部位会让整个型腔内塑件的整体冷却效率降低,延长了模具生产周期。此外,冷却效率不均还可能导致型腔内模具各部位的热变形情况和数量不一样,使得模具内部结构的各种零部件因为外形尺寸不同而发生变化,在开模和合模过程中,注塑模具内各零部件之间可能会出现卡滞、咬死等情况,影响了型腔与模具内各零件之间的配合和精度,导致修模零件的费用大幅增加,生产时间和周期大大延误,从而使生产成本增加。
随着注塑成型工艺越来越成熟,对塑件产品的质量要求也越来越高。随形冷却方式为注塑成型的研究开拓了新方向。虽然随形冷却的注塑模具冷却性能很好,但是由于现有的机械加工技术和条件有限,很难广泛应用。随形冷却注塑模具的低成本、快速制造以及在实际生产中的广泛应用,一直是模具行业内研究的热点和难点。
为了更好地调节注塑模具的温度,需要在模内设置一条冷却回路水道。一般情况下,传统冷却回路中的水道是用钻床加工出来的,所以模具只能加工出一条直线形的冷却水道。用钻床加工出来的冷却管道很难保证与模具型腔内各个部位的距离相等,在注塑过程中就很容易造成塑件各部位冷却不均匀,使得塑件产品的薄壁位置出现翘曲变形的缺陷。为了减少塑件的翘曲变形问题,在注塑过程中就得保证型腔内各部位冷却均匀,可由于机械加工的缺陷,为了达到更好的注塑制品冷却回路效果,会采用镶拼的结构,但镶拼结构比较复杂,增加了加工成型的难度,提高了生产成本,而且镶拼式结构对精度要求高,要保证在注塑成型过程中有好的密封性,防止注塑时漏料,这些都阻碍了镶拼式注塑模具的发展。