模具温度控制的重要性与实施策略

在射出成形中,射出於 模具内之熔融材料温度,一般在150~350℃之间,但由於 模具 之温度一般在40~120℃之间,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,由於加热缸之喷嘴与 模具 之注道衬套直接接触,喷嘴处之温度高於 模具 温度,亦会使 模具 温度上升。假使不设法将多餘之热量带走,则 模具 温度必然继续上升,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,亦会影响成型品的品质。故不管在生产性或成型品的品质上, 模具 的温度控制是有其必要性的。兹分述如下：

1. 就成形性及成形效率而言

模具 温度高时,成形空间内熔融材料的流动性改善,可促进充填。但就成形效率(成形週期)而言, 模具 温度宜适度减低,如此,可缩短材料冷却固化的时间,提高成形效率。

2. 就成型品的物性而言

通常熔融材料充填成形空间时, 模具 温度低的话,材料会迅速固化,此时为了充填,需要很大的成形压力,因此,固化之际,施加於成型品的一部份压力残留於内部,成为所谓的残留应力。对於PC或变性PPO之类硬质材料,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等结晶性塑胶之结晶化度及结晶化状态显著取决於其冷却速度,冷却速度愈慢时,所得结果愈好。 由上可知, 模具温度高,虽不利於成形效率,但却常有利於成型品的品质。

3. 就防止成型品变形而言

成型品肉厚大时,若冷却不充分的话,则其表面发生收缩下陷,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的话,则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。

温度控制的理论要素

模具 的温度调整,对成型品的品质、物性及成形效率大有影响,冷却孔的大小与其分佈为重要的设计事项。 热在空气中,主要藉辐射和对流来传播,在固体或液体中主要藉传导来传播。固体的热传导也因物质的不同而有所差异,而且不同物质的交界处也有界膜传热系数。在液体中,热的传导因传热管的大小、流速、密度、黏度等而异,热计算公式很复杂,需要很多假定,不易求解。但最近由於电脑的发展等已容易计算,可行理论解析。

模具 的冷却和加热

一般 模具 ,通常以常温的水来冷却,其温度控制藉水的流量调节,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週期,须将水再加以冷却。小型成型品的射出时间,保压时间都短,成形週期取决於冷却时间,此种成行为了提高效率,经常也以冷水冷却,但用冷水冷却时,大气中的水分会凝聚於成形空间表面,造成成型品缺陷,须加以注意。 成形高融点材料或肉厚较厚,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时,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 因热膨胀而作动不良。一般中融点成形材料,有时因成型品的品质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,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。

冷却管路的分佈

欲提高成形效率,获得应变少的成型品时 , 模具构造须能对应於成形空间的形状或肉厚,进行均匀的高效率冷却。在 模具 加工冷却管路时,管路的数目、大小及配置极其重要。如图(a)(b)所示,相同的成形空间,加工相近的大冷却管路或加工远离的小冷却管路,探讨热的传导路径。现在大管路通入59.83℃的水,小管路通入45℃的水,求温度斜度,连结等温曲线,即得图(c)(d),可见 模具 成形空间表面的温度分佈,大管路是每週期有60~60.05℃的温度变化,而小管路,则有53.33~60℃的温度变化。