模具的温度控制.doc

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： 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。 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。 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。 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(kCal/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 = α s ×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 Q A = (m2) hw ×ΔT 表1 各種材料在成形溫度條件下的全熱量 (單位：kcal/kg) 成形材料 α(kCal/kg) 成形材料 α(kCal/kg) PE (低密度) PE (高密度) PP PS 耐 隆 138.9~166.7 166.7~194.4 138.9~166.7 66.7~83.3 166.7~194.4 ABS AS 聚縮醛 PVC CA CAB 77.8~94.4 66.7~83.3 100 50 68.9 61.7 A ：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 λ d v e Cp ×μ 0.3 hw = ( ) ( ) (kCal/m2．hr．℃) d μ λ λ ： 冷媒的熱傳導率(kcal/m．hr．℃) d ： 管徑(m) v ： 流速