作者：张小珍（厦门大学嘉庚学院）
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分析了塑料碗的注射模型和注射模的结构，采用田字形和s形冷却水路，设计冷却系统；对比两种水路冷却方案，分析冷却10min后塑料碗的温度场分布、钢模具块表面和内部温度场的分布，得到S形冷却方案优于田字形，为了实现更好冷却效果，提出优化模型。分析管道流和传热方程，得到冷却影响因素，并用优化模型分析温度场分布及验证了水力流速、管道材料、表面粗糙度对冷却起着决定作用。
关键词：塑料碗；注射模；冷却分析；温度分布
1引言
塑料已成为工业中离不开的基础材料，在年塑料制品高达6,万吨[1]。因塑料制品比传统金属制品价格低、塑性好、质量轻和耐腐蚀等优点，使得塑料制品在生活中应用的越来越广泛[2~4]。近年来，塑料成型加工技术也是不断提高，向中高端的塑料成型加工技术发展，更好的满足国内塑料制品经济的发展需求[5~7]。塑料碗是生活中的必需品，在制备过程中主要采用注射成型加工工艺，利用注塑机将塑料原料熔体在一定的压力和速度下注入模具内部并冷却，从而固化成塑料碗[8~10]。塑料碗注射过程受冷却影响非常大，冷却速度和均匀布置会提高制备的效率。针对塑料碗注射成型，提出多种冷却方案，对比表面粗糙度、流速和布置方案，借助Comsol软件，分析冷却工艺，确定最佳方案。同时，为塑料制品的注射模设计提供参考。
2注射模分析
塑料碗为圆形结构，其外形尺寸D×h为×60mm，壁厚2.4mm。结构较简单，所以精度上要求较低，主要要求表面光亮。注射成型时采用PP聚丙烯材料，因PP的材料质量轻、密度比水小，最终耐热性、韧性强，有利于提高塑料碗的性能。但在碗口部分要求较高，不能出现有浇注口的痕迹[11]。另外，碗的壁厚较薄，如果采用简单传统注射，很难以成功，容易生产成缺料塑料碗。为了提高注射成型，必须加大注射压力，但会造成内应力较大，难以脱模。在注射过程要求塑件不能有常见的注射表面缺陷，不允许发生变形。但发现在注射过程中由于冷却速度过快，造成模具温度低于50℃，导致塑件表面不光滑，而且留痕90℃以上易使塑料发生翘曲变形[12]。因此采用热流道和冷却结构提高塑料碗模具注射、充满和冷却问题。
注射膜结构如图1所示。采用顶出方式进行脱模，注射中通过浇口套1将塑料熔料注入到模架3的型腔6中，保压，通过冷却水道5进行冷却。当模具完全打开时，确保制件留在型芯4中，通过顶杆把顶杆板7向上推，从而推出模型。为了实现复位，顶杆8向下运动，在复位杆弹簧9作用下顶杆板7复位。
图1注射模结构
1.浇口套2.定位圈3.模架4.型芯5.冷却水道6.型腔7.顶杆板8.顶杆9.复位杆弹簧
3冷却系统设计
冷却是塑料碗注射成型中的一个重要过程，首先，冷却时间可能会占用生产周期时间的一半，甚至更多[13]；其次，通过均匀冷却来避免制造塑料碗时出现缺陷。因为模具注射过程中塑料材料均匀、缓慢地冷却下来，可以避免产生残余应力，其导致最终塑件发生扭曲和裂缝等的风险[14]。因此，冷却对于塑料碗成型至关重要，而冷却通过的定位和属性成为模具设计的一个重要因素，冷却水路布置形式直接影响了冷却的效率，塑料碗的温度分布，最重要是能够保证塑料碗的冷却比较均匀，减少了收缩变形等[15]。采用两种方案的冷却水路，如图2所示，田字水路采用传统的冷却水路，在模具钢上钻孔加上管头，内部形成田字的水路，围绕塑料碗周围冷却一圈，内部采用对角连接管道，所有管道采用直线型设计。S形水路通过快速成型制造，均布在模具的上下面。水路管道均采用圆管，内径为10mm。
图2两种方案的冷却水路
a——田字水路b——S形水路
4实验分析
通过
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