一種中、小型件注塑模具冷卻管道的設計

陸希悅

一、設計背景

在模具注塑過程中，模溫的變化會對塑膠制品的品質和生產周期造成影響。從品質方面看，模溫會對塑膠制品的收縮變形率、尺寸穩定性、機械強度、應力開裂和表面質量等方面造成影響;從生產周期方面看，注塑過程中模具的冷卻時間占到整個注塑周期的60%以上，因此，在確保注塑質量的前提下，縮短塑膠制品的冷卻時間可提高注塑生產效率。

在現行技術中，注塑模具中設置的冷卻管道均適用于大型零件的注塑生產，其冷卻管道的結構設計復雜，控制方式繁瑣，且制備成本高。對于中、小型零件的注塑卻并不適用，容易造成人力及生產資源的浪費。

二、方案設計

（一）結構設計

圖1為本設計適用的注塑模具的結構示意圖;圖2為本設計提及的注塑模具中冷卻管道的結構示意圖;該注塑模具包括上模1和下模2，合模時內部形成注塑模腔3;上模1的頂部開設注料孔4，上、下模內分別設置冷水循環管路5，兩條冷水循環管路5在上、下模合模時導通;上、下模內的冷水循環管路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的結合面上設置凸管7結構，上模1的結合面上設置凹孔8結構;凸管7與凹孔8為上、下連接管道的結合端口，兩者配合連接時可實現連接管道6的導通。

上述冷水循環管路5為環形管結構，設置在上、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內的冷水循環管路5的左端部開設入水孔10;上模1內的冷水循環管路5的左端部開設出水孔9;入水孔10和出水孔9設置在同側。

本設計的工作流程為：首先，冷水在外置水泵作用下從入水孔10流入，按逆時針方向流動;然后，經連接管道6進入上模1內的冷水循環管路5;最后，按順時針方向流動，并從出水孔9流出。冷水在管道內流動過程中，注塑過程中產生的熱量被帶走，塑膠制品的冷卻效率得到提升;實驗證明，被帶走的熱量與冷水循環管路5的內徑、水流速度及通流時間有關。

圖1

（二）制備工藝設計

如圖2所示，模具中的冷水循環管路5采用鉆孔工藝進行制備。一條冷水循環管路需進行三次鉆削加工，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;上述孔洞的開口端均在車床上加工出管螺紋結構，橫向孔11中的一個開口為入水孔或出水孔，其端部安設水管后與水泵相連，另一個開口使用密封螺栓13進行封閉;縱向孔的開口同樣使用密封螺栓13進行封閉。

圖2

結合圖1所示，上、下模之間還需鉆削加工出連接管道6，其開口分別設置在上、下模的結合面上，連接管道6的末端分別與冷水循環管路5的橫向孔10導通;下模2段的連接管道的開口處設置凸管7結構，該結構的材質選用不銹鋼，凸管7與連接管道之間通過焊接工藝連成一體;上模1段的連接管道的開口處設置凹孔8結構，該結構與凸管7配合;當上、下模閉合時，兩者之間依靠間隙配合以實現連接管道6的密封性。

上述冷水循環管路5與連接管道6共同組成冷水循環系統，該系統中管孔孔徑的常見規格為：8mm、10mm、12mm、15mm及20mm。

（三）實施方案設計

以孔徑為10mm的冷水循環管路為例（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塑料在沖模成型后達到冷凝溫度的過程中，管孔中冷水的平均流速和通流時間：

通過大量、縝密的實驗數據證明，本設計可對中、小型塑膠制品進行精確的冷卻處理，可在最有效的時間內將塑膠制品的平均溫度降至冷凝溫度，對塑膠制品產生平穩、高效的冷凝效果，有效提高注塑生產效率;本設計中提及的水循環管路連接性能穩定，密封性能高，水冷過程流暢，制得的塑膠制品的組織成分均勻，可消除成品內應力，確保成品表面質量及定型尺寸，并最終確保塑膠制品良好的外觀性能和綜合力學性能。