模具的温度控制

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1、模具的溫度控制溫度控制的必要性在射出成形中,射出於模具內之熔融材料溫度,一般在150~350℃之間,但由於模具之溫度一般在40~120℃之間,所以成形材料所帶來的熱量會逐漸使模具溫度升高。另一方面,由於加熱缸之噴嘴與模具之注道襯套直接接觸,噴嘴處之溫度高於模具溫度,亦會使模具溫度上升。假使不設法將多餘之熱量帶走,則模具溫度必然繼續上升,而影響成型品的冷卻固化。相反地,若從模具中帶走太多的熱量,使模具溫度下降,亦會影響成型品的品質。故不管在生產性或成型品的品質上,模具的溫度控制是有其必要性的。茲分述如下：1

2、.就成形性及成形效率而言模具溫度高時,成形空間內熔融材料的流動性改善,可促進充填。但就成形效率(成形週期)而言,模具溫度宜適度減低,如此,可縮短材料冷卻固化的時間,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間時,模具溫度低的話,材料會迅速固化,此時為了充填,需要很大的成形壓力,因此,固化之際,施加於成型品的一部份壓力殘留於內部,成為所謂的殘留應力。對於PC或變性PPO之類硬質材料,此殘留應力大到某種程度以上時,會發生應力龜裂現象或造成成型品變形。PA或POM等結晶性塑膠之結晶化度及結晶化狀

3、態顯著取決於其冷卻速度,冷卻速度愈慢時,所得結果愈好。由上可知,模具溫度高,雖不利於成形效率,但卻常有利於成型品的品質。3.就防止成型品變形而言成型品肉厚大時,若冷卻不充分的話,則其表面發生收縮下陷,即使肉厚適當,若冷卻方法不良,成型品各部分的冷卻速度不同的話,則會因熱收縮而引起翹曲、扭曲等變形,因而需使模具各部分均勻冷卻。溫度控制的理論要素模具的溫度調整,對成型品的品質、物性及成形效率大有影響,冷卻孔的大小與其分佈為重要的設計事項。熱在空氣中,主要藉輻射和對流來傳播,在固體或液體中主要藉傳導來傳播。固體

4、的熱傳導也因物質的不同而有所差異,而且不同物質的交界處也有界膜傳熱係數。在液體中,熱的傳導因傳熱管的大小、流速、密度、黏度等而異,熱計算公式很複雜,需要很多假定,不易求解。但最近由於電腦的發展等已容易計算,可行理論解析。1.模具溫度控制所需的傳熱面積熔融材料的熱量約5%,因輻射或對流而喪失於空氣中,95%傳導於模具。假定材料帶入的熱量全部傳播到模具,其熱量為Q。則Q=s×g×[Cp×(T1-T2)+L](kCal/hr)s：每小時的射出數(次/hr)g：每次射出材料的重量(kg/次)Cp：材料的比熱(kC

5、al/kg．℃)T1：材料的溫度(℃)T2：取出時的成型品溫度,及模具溫度(℃)L：熔解潛熱(kCal/kg)現設Cp(T1-T2)+L=αs×g=m則Q=m×α(kCal/hr)m：每小時射出於模具的材料數量α：材料1kg的全熱量所謂熔解潛熱是材料的相變化產生的熱量,亦即材料從液體變成完全固體時,從材料放出的熱量。以單位重量表示。表1所示為各種材料在成形條件下,1kg材料的全熱量。熱量Q從模具傳道冷媒,此時冷卻管的傳熱面積為A,則QA=(m2)hw×ΔT表1各種材料在成形溫度條件下的全熱量(單位：kca

6、l/kg)成形材料α(kCal/kg)成形材料α(kCal/kg)PE(低密度)PE(高密度)PPPS耐隆138.9~166.7166.7~194.4138.9~166.766.7~83.3166.7~194.4ABSAS聚縮醛PVCCACAB77.8~94.466.7~83.31005068.961.7A：傳熱面積(m2) hw：卻管的界膜傳熱係數(kCal／m2．hr．℃)ΔT：模具與冷媒的平均溫度差(℃)冷卻管的界膜傳熱係數hw在冷卻水流的場合為λdveCp×μ0.3hw=()()(kCal/m2．

7、hr．℃)dμλλ：冷媒的熱傳導率(kcal/m．hr．℃)d：管徑(m)v：流速(m/hr)e：密度(kg/m3)μ：黏度(kg/m．hr)Cp：比熱(kcal/kg．℃)1.冷卻用水量在成形作業中為了控制模具溫度,經常在模具內設有冷卻水管,但其入水溫度與出水溫度及冷卻水量等必須詳加考慮,為了再利用或循環模具送出的溫水,須選定冷卻水溫度調整機或熱交換機降低入水溫度。若入水溫度與出水溫度之差太大時,亦即冷卻水奪走模具中的熱量太多,則不利於模具的溫度分布,而影響成型品的品質,此時,宜增快流速或增高注入壓力,

8、或增加流量。表2(後面字看不清)表2冷卻水的界限循環水流路直徑(mm)流量(m3/min)流量(l/min)80.00383.8110.00959.5190.03838240.07676一般帶入模具的熱量藉冷卻水帶出模具外的水量可計算如下：mαw=K(T3-T4)w：每小時流出的冷卻水量(kg/hr)m：每小時射入於模具的材料重量(kg/hr)α：材料1kg的全熱量(表5.5)K：水的熱傳導效率T3：出水溫度(℃)T4：入水溫