如果你参加过RJG的培训活动，你的脑海中可能会有一个数值:80%。这是指在成型周期中，将塑料部件冷却到足以承受弹射力的温度所花费的时间。

作为工程师(零件、模具或工艺)，我们需要了解哪些因素影响冷却，以及最终如何决定循环时间。那么80%这个数字是怎么来的呢?下面图1是一个用来估计冷却时间的方程。

在接下来的练习中，我们将回顾以下四个方面及其对冷却的影响:

1. 部分设计
2. 材料选择
3. 模具设计
4. 处理

部分设计

周期时间的基础根植于产品设计工程师所做的决策。为了满足其工作条件，产品的厚度越厚，生产产品的周期就越长。

在前面提到的公式中，h²代表一部分厚度。由于在方程中厚度是平方，它对冷却时间的影响最大。

在这个分析中，我们使用了美国测试和材料协会(ASTM)拉伸测试棒，如图所示图2．尺寸总长2.49英寸，宽0.41英寸，厚0.13英寸。

材料选择

从本质上讲，塑料是绝缘体。在熔化或熔融状态下，塑料传热略好。然而，当它释放热量时，它的绝缘性能就会增强。

方程中使用的材料属性是:

1. 熔体温度-物质从固体变为液体的温度
2. 模具温度-最佳实现腔体表面光洁度复制的温度范围
3. 热偏转/变形温度(HDT)-材料在负载作用下发生偏转的温度(图3）

通常，方程中的弹出温度使用HDT，或略低于HDT的温度。HDT的ASTM测试紧密地代表了一个零件在弹射时的承受能力，弹射销在一侧推动，而另一侧没有支撑。

方程式中的符号(α)图1是决定冷却时间的重要因素。但这是什么意思呢?图4演示如何找到α。

热扩散系数方程中的变量包括:

1. 热扩散率-热扰动(温度升高)通过物质传递的速率
2. 密度-一种物质每体积的数量(克/厘米)^3.塑料)
3. 比热将一克物质的温度提高一摄氏度所需要的热量

对于本次测试，我们使用Toyolac 100，熔体温度范围为446至482华氏度，模具温度为104至176华氏度，HDT为181华氏度。密度通常可以在材料数据表中找到，但对于导热率或比热，最好直接联系材料供应商或利用模拟软件中的数据。

根据零件的几何形状和材料的选择，仿真中估计的冷却时间为18.00秒，如图所示图5．

考虑到熔化一种材料所需的所有能量，在零件还在模具中时将其全部取出是不切实际的。只有40%的能量必须被移除，这样零件才足够坚硬，可以弹射出去。

一般情况下，我们不建议选择只满足hdt的冷却计时器——缓冲应该被允许作为一个安全因素。一个好的经验法则是在冷却计时器上增加20%，以考虑来料的变化和机器性能的轻微变化。对于公差较紧的零件，安全系数可能需要增加。

模具设计

的模具图6是一个带有“H”型流道和搭边门的8腔。按照既定的直径/深度/螺距指导方针，在腔体、岩心和流道块中放置冷却管线。通过采用经过验证的冷却线设计方法，减小了翘曲和冷却时间。该模具还在柱门和填充端与腔内温度传感器相连接的腔内压力传感器完全安装。

处理

那么80%这个数字是怎么来的呢?让我们看看我们收集的数据。

我们观察的过程片段是:

1. 填满
2. 包/持有
3. 冷却
4. 模具打开/喷射/模具关闭

对于本实验，我们开发了一个鲁棒的解耦II过程，得到以下过程参数:

1. 真正的融化温度:456°F
2. 实际模具温度:121°F，每个冷却回路的流速为3.0 gpm
3. 填写时间:0.26秒，传递压力为8356 PSIp
4. 包/保存时间:8秒，4150 PSIp
5. 冷却时间:10.0秒
6. 整体周期时间:21.43秒

如果我们将过程时间相加并除以整个周期时间，我们会得到一个0.85的值。

这意味着85%的循环时间都花在冷却零件上，以便它能够承受弹射力。

下面,在图1，是在工艺开发过程中，用表面探针在不同时间增量下测量的实际零件温度。在我们的实验中，拉伸测试棒在8.26秒(填充和填充/保持时间)内从456°F冷却到203°F。而要达到181°F以下的高温，则需要额外的8.47秒。在不到9秒的时间里，温度只下降了27.4华氏度(至175.6华氏度)，这意味着大量的传热效率损失了。

这张图还表明，在某种程度上，将零件留在模具中几乎没有附加价值。根据几何形状、材料、模具和加工，让模具关闭时间超过24.73秒真的不会让零件冷却更多。

我们必须考虑到，使用热成像技术或表面探针都不是真实零件的完美表征。在165°F的2小时内多次测量了该部件的表面温度。

下面的热图像图6显示该部分约为188°F，而软件预测在同一周期内181°F。该图像还表明，所有8个空腔的热特征几乎相同。

通过使用两种不同的方法，我们可以确信零件的温度约为176°F (HDT下5°F)。

结论

零件冷却总是与壁厚和设计工程师选择的材料有关。这取决于模具设计工程师将冷却通道放置在适当的位置，以允许最小的冷却时间。作为一名工艺工程师，“与质量保持一致，尽可能快地填充”的古老格言仍然是正确的。如果体积流量很低，包装出一个零件的机会几乎为零，因为材料很可能被冻结。

对于这种几何形状和材料，大部分热量(253°F)在填充和包装/保持阶段被去除。然而，要将最后27°F移至HDT以下，需要的时间比填充和包装/固定部件的时间更长。冷却是一个等待的游戏，但随着更好的工程(零件设计、模具设计和工艺)，冷却材料所需的时间会减少。

关于作者

杰里米·威廉姆斯在塑料行业有超过17年的经验，服务于医疗，汽车，家具和家电行业。他曾担任首席工程师，负责从设计概念到销售产品的项目。Jeremy在2011年获得了Master Molder II认证，2012年成为RJG认证培训师，并于2015年开始在RJG工作。除了广泛的制造业背景，他还拥有塑料和商业学位。目前Jeremy是TZERO的顾问/培训师。

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了下:工业自动化，注塑成型部件，传感器(压力)

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