【塑料成型及模具设计】
塑料成型及模具设计是材料科学与工程领域中的一个重要分支，尤其在制造工业中占据着核心地位。2006年中国矿业大学的课程中，第三章聚焦于注塑成型模具，主要关注注塑模的温度调节系统，这是确保高质量塑件生产的关键环节。
1. **注塑模温度调节系统概述**
- 塑件在成型过程中，其熔体温度通常在200至300℃，而取出时温度需降至60至80℃。不同类型的冷却介质用于不同的温度范围，如水（模温<90℃）、油（模温>90℃）、冷冻水和加热棒或加热套。
2. **模具温度设计原则**
- 对于结晶型塑料，模温需高于玻璃化转变温度（Tg）以避免后结晶现象，影响塑件性能。模温还决定了塑件的结晶度，从而影响其硬度、韧性等物理特性。
- 模温的控制应尽量保持塑件各部位温度一致，以减少内应力和翘曲变形。
- 模温过高可能导致表面橘皮效应，降低塑件轮廓清晰度，过低则可能导致粘模，降低透明度。
3. **提高冷却效率**
- 通过提高冷却介质的流速或湍流，增加雷诺数（Re），以提高模板对冷却介质的传热系数。
- 降低冷却介质温度可以增加传热推动力，但这需要考虑到塑件的类型和性能要求。
- 增加冷却传热面积，如扩大冷却水道数量和尺寸，有助于提升冷却效果。
4. **冷却系统设计原则**
- 冷却水通道应均匀布置，避免不均匀冷却导致制品翘曲。
- 冷却水孔的间距和直径大小会影响冷却的均匀性，理想情况下，管壁间距不应超过5倍管径，且距离型腔表面不超过3倍管径。
- 冷却水管与型腔表面的距离应保持一致，以确保均匀冷却。
- 采用并流流向，将冷却水入口设在浇口附近，出口设在流动末端，能强化浇口处的冷却。
5. **降低冷却水温差**
- 冷却水的入口和出口温差对冷却效率有直接影响，精密模具中，这一温差应控制在2℃以内。
6. **冷却时间和模具设计计算**
- 一维传热模型用于计算塑件所需的冷却时间，该时间与成型周期、每秒钟注塑次数和单位时间注入量直接相关。
- 冷却介质传热面积的计算涉及塑件固化时的放热速率、冷却水带走的热量以及模具自身散发的热量。
在实际应用中，针对不同类型的塑料，如热塑性塑料，模温应低于其热变形温度10至20℃，同时高于冷却水温度，以保证良好的成型质量和模具寿命。在设计模具时，这些因素都需综合考虑，以达到最优的注塑成型效果。
