制品成型关键要素之模具冷却

注塑件是在塑料模具内成形和冷却固化的，由于每种树脂要求的成形温度和玻璃化温度不同，所以，塑料模具必须有温度调节系统，才能适合每种树脂的成形，高效地进行生产。

在射出成形中，在模具内时，融材料温度一般在150~350℃之间，但由于模具温度一般在 40~120℃，所以成形材料所带来的热量会逐渐使模具温度升高。另一方面，由于加热缸的喷嘴与模具的注道衬套直接接触，喷嘴的温度高于模具温度，也会使模具温度上升。如果不设法将多余热量带走，模具温度必然继续上升，从而影响成型品的冷却固化。相反地，若从模具中带走太多的热量，使模具温度下降，也会影响成型品的质量。

对成形粘度低、流动性好的塑料(如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、ABS等)，一般要求塑料模具稳定较低(一般不低于80℃);

而对于黏度高、流动性差的塑料(如聚碳酸酯、聚砜、聚苯醚等)，为了提高充型性能，或塑料模具较大，散热面积广等情况，其塑料模具不仅需要设置冷却系统，还需要设置加热系统，以便在注塑之前对模具进行加热。

有的塑料成形，需要模具设置冷却系统和加热系统。当模具的温度达到塑料的成形工艺要求时，即可关闭加热系统，如果在注射一段时间后，模具的温度高于塑料的成形工艺要求时，就要打开模具的冷却系统，使模具的温度在要求的温度下恒温。

对于小型薄壁塑件，且成形工艺要求模温不太高时，可以不设置冷却装置而靠自然冷却。

模具温度对制品的影响

(一)成形性及成形效率

模具温度高时，成形空间内熔融材料的流动性改善，可促进填充。但就成形效率(成形周期)而言，模具温度适度减低，可缩短材料冷却固化的时间，提高成形效率。

(二)成型品的物理性质

通常熔融材料充填成形空间时，模具温度较低，会使材料会迅速固化，此时为了填充，需要很大的成形压力，因此，固化之际，施加于成型品的一部份压力残留于内部，成为所谓的残留应力。

对于 PC或变性PPO之类的硬质材料，此残留应力大到某种程度以上时，会发生应力龟裂现象或造成成型品变形。PA或POM等结晶性塑料之结晶化度及结晶化状态显著取决于其冷却速度，冷却速度愈慢时，所得结果愈好。由上可知，模具温度高，虽不利于成形效率，但却常有利于成型品的品质。

(三)成型品的形状

成型品肉厚、大时，若冷却不充分，其表面会发生收缩下陷，即使肉厚适当，若冷却方法不良，成型品各部分的冷却速度不同，也会因热收缩而引起翘曲、扭曲等变形，因而需使模具各部分均匀冷却。

模具的冷却与加热

一般模具，通常以常温的水来冷却，其温度控制水的流量调节，流动性好的低融点材料大都以此方法成形。但有时为了缩短成形周期，须将水再加以冷却。

小型成型品的射出时间，保压时间都短，成形周期取决于冷却时间，此种成形为了提高效率，经常也以冷水冷却，但用冷水冷却时，大气中的水分会凝聚于成形空间表面，造成成型品缺陷，须加以注意。

成形高融点材料或肉较厚、流动距离长的成型品，为了防止充填不足或应变的发生，有时对水管通温水。成形低融点成形材料时，成形面积大或大型成型品，也会将模具加热，此时用热水或热油，或用加热器来控制模具温度。模具温度较高时，需考虑模具滑动部位的间隙，避免模具因热膨胀而动作不良。

一般中融点成形材料，有时因成型品的质量或流动性而使用加热方式来控制模具温度，为了使材料固化为最终温度均匀化，而使用部分加热方式，防止残留应变。

以上所述，模具的温度控制是利用冷却或加热的方式来调整的。

冷却系统的设计原则

(1)冷却管的口径、间隔以及至成形空间表面的距离，对模具温度的控制有重大影响，这些关系比的最大值如下：

冷却管口径为【1】时，管与管的间隔最大值为【5】，管与成形空间表面的最大距离为【3】。再者，成型品肉厚较厚处比肉厚较薄处，冷却管必须缩小间隔并且较接近成形空间表面。

(2)为保持模具温度分布均匀，冷却水应先从模具温度较高处进入，然后循环至温度较低处再出口。通常注道、浇口附近的成形材料温度高，所以通冷水，温度低的外侧部份，则循环热交换的温水，此循环系统的管路连接，是在模具内加工贯穿孔，在模具外连接孔与孔。

(3)成形 PE 等收缩大的材料时，因其成形收缩大，冷却管路不宜沿收缩方向。

(4)冷却管应尽量沿成形空间的轮廓来设置，以保持模具温度分布均匀。

(5)直径细长的心型或心型销，可在其中心钻盲孔，再装入套筒或隔板进行冷却，若无法装入套筒及隔板时，以热传率良好的铍铜合金作心型及心型销材料，或以导热管直接装入盲孔中，再以冷却水作间接之冷却，效果尤佳。

(6)冷却水流动过程中不得有短捷或停滞现象而影响冷却效果，而且冷却管路尽可能使用贯穿孔方式，以便日后方便清理。