冷卻系統(tǒng)

注塑模具冷卻系統(tǒng)在模具設計中至關重要，對制品的成型周期與制品質量影響很大，因此均勻合理的設計冷卻水道，對提高制品質量與加快制品成型周期影響深遠。本章介紹在注塑模具的冷卻方式、冷卻水路布置以及冷卻系統(tǒng)設計的一般規(guī)律。

在設計實踐中，不同的客戶對冷卻系統(tǒng)設計有不同的要求，設計師首先要滿足客戶要求，再結合模具大小結構以及本廠的實際情況綜合設計。注塑模具的客戶主要分為歐系、美系、日系與國內各大廠商。注塑模具的冷卻系統(tǒng)設計理念一般是相通的，但一般歐系、美系注塑模具要求高些，日系與國內注塑模具要求相對低些。

注塑模具冷卻系統(tǒng)通常有垂直式冷卻水道、傾斜式冷卻水道和水井隔片式冷卻水道三種形式。垂直式冷卻水道是指冷卻水道與模具外表面的其中一個表面垂直，傾斜式冷卻水道與模具任何一個外表面都不垂直。水井隔片式冷卻水道中水井直徑明顯大于其他水管直徑，中間加隔水片分流。

溫度控制系統(tǒng)設計的好壞對模具的成型周期與產(chǎn)品成型質量影響很大，對于外觀要求較高的注塑模具尤其重要。冷卻水道設計原則之一是距離型腔面要大致相等，以達到模具型腔各處溫度大致均衡。

注塑模具的冷卻水道的設計要點如下：

（1）定動模需冷卻充分，冷卻水道必須與頂針、鑲針、司筒孔保持至少5mm的距離。

（2）水道之間的間距取40～60mm，水道距型腔面取15～20mm。

（3）冷卻水道能做直孔就不要做斜孔，斜度小于3度的斜孔，直接改為直孔。

（4）冷卻水道長短不能相差太大，以保證模溫大致均衡。

（5）冷卻面積至少是塑件投影面積的60％。（不包含塑件以外的區(qū)域）。

（6）長短相近原則：冷卻水道長短做到了大致相等，保證了冷卻水出入口溫差大致相等，從而保證了模溫大致均衡。

（7）模具的水管接頭不得安裝在碼模槽內，避免與碼模位置干涉。

（8）水孔盡量不要采用錯位接通的方式。因不好清理鐵屑。另外，錯位太多，過水量會變少。

（9）流道與流道鑲件，進膠口需設計足夠的冷卻。模具設計時冷卻水的流動與熱塑性達到平衡，要求工作條件下脫模時塑件溫度差小于等于10度。

（10）水路的排布要求水路交織的網(wǎng)格要有很好的平衡性，且盡量按照塑件的形狀排布。

一、注塑模具冷卻系統(tǒng)設計原則

為了提高生產(chǎn)率，保證制品質量，模具冷卻系統(tǒng)設計以保證塑件均勻冷卻為基本原則。

具體設計時注意以下幾點：

①冷卻水孔數(shù)量盡量多、尺寸盡量大

型腔表面的溫度與冷卻水孔的大小、疏密關系密切。冷卻水孔孔徑大、孔間距小，型腔表面 溫度均勻，如圖3－9－3所示。

②冷卻水孔至型腔表面距離要適宜

孔壁離型腔的距離要適宜，一般大于10mm，常用12～15mm。太近，型腔表面溫度不均勻，參見圖3－9－3d ；太遠，熱阻大，冷卻效率低。

當塑件壁厚均勻時，各處冷卻水孔與型腔表面的距離最好相同，如圖3－9－4，a比b好。

當塑件壁厚不均勻時，厚壁處冷卻水通道要適當靠近型腔，如圖3－9－4，c比d好。

③水料并行，強化澆口處的冷卻

成型時高溫的塑料熔體由澆口充入型腔， 澆口附近模溫較高、料流末端溫度較低。

將冷卻水入口設在澆口附近，使冷卻水總體流向與型腔內物料流向趨于相同（ 水料并行），冷卻比較均勻。

④入水與出水的溫差不可過大

如果入水溫度和出水溫度差別太大，會使模具的溫度分布不均。為取得整個制品大致相同的 冷卻速度，需合理設置冷卻水通道的排列形式，減小入出水溫差。如圖3－9－6，a形式會使入水與出水的溫差大，b形式相對較好。

⑤冷卻水孔布置要合理

冷卻水通道盡可能按照型腔形狀布置，塑件的形狀不同，冷卻水道位置也不同，例如：

圖3－9－9：扁平塑件， 側面進澆。
動定模均距型腔等距離鉆孔。
圖3－9－10 ：
淺殼類塑件定模鉆孔、動模組合型芯銑槽。

圖3－9－11：中等深度殼類塑件。凹模距型腔等距離鉆孔，凸模鉆斜孔得到和塑件形狀類似的回路。

圖3．9＋1：深腔制品。凸凹模均采用組合式，車螺旋槽冷卻，從中心進水，在端面（澆口處）冷卻后沿環(huán)繞成型零件的螺旋形水道順序流出模具。

⑥冷卻水道要便于加工裝配

冷卻水道結構設計必須注意其加工工藝性， 要易于加工制造，盡量采用鉆孔等簡單加工工藝。

對于鑲裝組合式冷卻水道還要注意水路密封，防止冷卻水漏入型腔造成型腔銹蝕。

二、冷卻系統(tǒng)常用結構形式

如上所述，模具冷卻系統(tǒng)要求根據(jù)塑件的形狀、型腔內的溫度分布等合理設計，但受模具上 各種結構（頂桿孔、型芯孔、螺釘孔、鑲拼接縫等）的限制，只能在滿足結構設汁的情況下開設 冷卻水道。由于塑件的形狀多種多樣，模具結構 各不相同，冷卻系統(tǒng)結構也是千變萬化的，設計 者需根據(jù)實際情況靈活掌握。

下面介紹幾種在型腔、型芯上設置冷卻系統(tǒng)的常用結構形式，供設計時參考。

1）凹模冷卻水道的設置

單層冷卻回路

對于型腔較淺的模具，通常采用單層冷卻回路。

凹模直接加工在模板上的淺腔模具多采用外接直通式（圖3．9＋2）或平面回路式（圖3－9－18、3－9－19、3－9－20）的單層冷卻回路。

采用拼鑲結構的模具多采用環(huán)槽式（圖3．9＋3、3－9－21、3－9－23）．

①單層外接直通式

外接直通式冷卻水道是在模板上打直通孔與模外軟管連接構成單回路或多回路。這種冷卻水 道加工容易，但冷卻水道不是圍繞型腔設置，在成型過程中，制品的散熱不太均勻。

②單層平面回路式

平面回路式冷卻水道通常采用打相交直孔， 鑲入擋板、堵頭等控制冷卻水流向的方法構成模內回路。

根據(jù)具體情況也可設計成單回路或多回路。

這種水道排列對于模腔的散熱略好于外接直通式。

單層平面雙回路

③環(huán)槽式 環(huán)槽式冷卻

水道是在模板上

打孔與加工在鑲件或模板上的環(huán)形槽連接構成單回路或多回路。

這種冷卻水道正好圍繞鑲件分布，對于模腔的散熱較好。

在模板上打孔將鑲件或模板上的環(huán)形槽串連，構 成用于鑲入式多腔模的環(huán)槽式水路。

環(huán)槽式水路用于鑲件緊鄰的多腔模，將模板上的環(huán)形槽連通。

多層冷卻回路

對于型腔較深的模具，常采用多層回路式冷卻水道。

采用圓形鑲件鑲拼的深腔模，在型腔鑲件外表面加工螺旋槽，并將其進出口通過模板與模外連通，構成的螺旋式冷卻水道（圖3－9－22），相當于模內互連的多層冷卻回路。

型腔直接加工在模板上的深腔模和非圓形鑲件鑲拼的深腔模，通常采用多層外接直通式或平 面回路式冷卻水道（圖3．9＋4、圖3．9＋5） ，各層可各自獨立，也可用軟管在模外互連。

④螺旋式冷卻水道

在圓形鑲件外表面加工螺旋槽，并將其進出口通過模板與模外連通，構成螺旋式冷卻水道 。

⑤多層平面回路式冷卻水道

沿型腔深度方向布置多層平面回路式冷卻水道。

沿型腔深度方向布置多層平面回路式或外接直通式冷卻水道。

2）凸模（型芯）冷卻水道的設置

在塑件成型過程中，型芯總是被溫度高、導熱性差的塑料包圍著，型芯的熱量很難通過自然 對流、輻射的方式散發(fā)。因此，型芯的散熱問題比型腔更關鍵。也正是因為型芯被塑件包圍，不 便與模外連通，所以型芯中冷卻水道的設置也更困難。

通常，型芯中冷卻水道的設置有下列幾種方式。

①單層冷卻回路

對于直接加工在模板上的低矮型芯，采用加工在模板上的外接直通式或平面回路式單層冷卻 回路，圖3－9－9。

對于采用拼鑲結構的低矮大型芯，可在型芯上加工平面回路式單層冷卻回路，圖3－9－10。

②鉆孔式型芯冷卻水道

中等高度的較大型芯，可采用在型芯上鉆斜孔的方法構成冷卻回路，圖3－9－11、圖3－9－5d。

③噴泉式型芯冷卻水道（圖3－9－12）

在型芯中間裝一個噴水管，進水從管中噴出后再向四周沖刷型芯內壁，如圖所示。

低溫的進水直接作用于型芯頂部（中心進澆的澆口處），冷卻效果好。這種方式特別適 合冷卻細長的圓形型芯。

噴泉式冷卻水道也可用于較粗大異型型芯的冷卻， 方法是在噴水管出口端設一邊緣開口的隔板，控制回水流向（圖3－9－15） 。

噴泉式冷卻水道不僅可用于單個小型芯，也可用于多個小型芯的串（并）聯(lián)冷卻。

圖3．9＋6為并聯(lián)噴泉式型芯冷卻水道

④螺旋式型芯冷卻水道（圖3－9－13）

對于大直徑圓柱型芯，可在型芯內開大圓孔，孔中壓入中心有進水孔外壁有螺旋槽的

“芯柱”構成螺旋式型芯

冷卻水道。

冷卻水從中心孔引向芯柱頂端，沿螺旋槽流下進行熱交換后從芯柱底部流出，可獲得極佳的效果

⑤隔板式型芯冷卻水道

在型芯上沿型芯軸向打盲孔，孔與孔間銑連通槽，孔中鑲入比孔深略短的隔板，就構成了隔 板式型芯冷卻水道。

水從隔板一邊流入另一邊流出，在經(jīng)連通槽依次進入相鄰的孔。

隔板式型芯冷卻水道可用于單個細高型芯的冷卻，也可用于多個細高型芯的串聯(lián)冷卻，以及各種異型型芯的周圈或整體冷卻。

隔板式型芯冷卻水道

⑥型芯傳導冷卻

在對于特別細小無法開設冷卻水道的型芯， 可用鈹銅合金等導熱性良好的材料制造或鑲入構 成導熱型芯，并使冷卻水直接與導熱型芯接觸。使熱量經(jīng)導熱型芯傳導并由冷卻水帶走。