一种注塑模具冷却喷水管装置设计

李耀辉

(苏州市职业大学 机电工程学院，江苏 苏州 215104)

随着汽车、家电、航空、仪器仪表和日用品工业的发展，塑料制品的需求量越来越大。塑料制品的冷却时间和冷却效果是影响成型周期及制品质量的一个重要因素，成型周期中的50%～60%用于制品的冷却，为了提高成型效率，一般通过减小冷却时间的方法来缩短成型周期。同时，冷却速率和冷却均匀性对塑料制品的质量(如表面光洁度、残余应力、热弯曲等)和成本也起着重要影响。因此，冷却系统的设计合理与否，不仅影响制品的外观、质量和尺寸，还对注塑的生产效率起到决定性作用。

目前常用的冷却水路形式有钻冷却水道、设置隔水板[1]、安装喷射水管及采用随形冷却等方式。一般来讲，浅型腔扁平塑件可采用动定模两侧与型腔等距离钻孔的形式设置冷却水道；中等深度的塑件，可通过在凸模上铣出环形槽进行冷却；深型腔塑件，可在凸模上加工出螺旋槽，并通过设置在螺旋槽盲孔中的隔水板进行冷却。但对于细长类塑件，如包装类产品的瓶盖，由于制品内部有螺牙结构，模具结构相对比较复杂，且模具的高度尺寸较大，尤其是中间的型芯长度较长。因此，如何将冷却水引流到型芯头部，以便对型芯进行合理冷却，既是模具温控系统设计的关键也是设计难点所在。

1 塑件结构分析

目前，饮料、日用品及化妆品行业中，盛装容器种类很多。其中，瓶装目前多为宝特瓶或其他塑胶瓶，以免搬运或移动过程中，瓶体容易碰碎且符合经济效益。在我国采用PET瓶灌装，塑料瓶盖密封已占主导地位，随着市场需求不断扩大，与之相应的瓶盖需求量日益庞大[2]。图1所示为某款饮料的塑料包装瓶盖结构，瓶盖材料为PP，收缩率取1.6%。该瓶盖由底盖和顶盖组成，且顶盖和底盖间设有连接桥，瓶盖的成型采用注塑方式生产。瓶盖中间有配合孔，内部有螺纹结构，因此模具结构比较复杂，且模具的高度尺寸较大，尤其是成型中间孔的型芯长度一般可达到300～500 mm。因此，成型过程中如何正确设计冷却方式，以便将冷却水引流到型芯头部，对型芯进行合理冷却，既是模具温控系统设计的关键，也是设计难点所在。

图1 塑料瓶盖3D结构

2 喷水管装置设计

由于产品尺寸不大且生产批量较大，故采用1模16腔的模具结构，为提高生产效率，采用热流道浇注系统，熔体从模具中心进入型腔[3]。

2.1 喷水管结构

为使中间型芯达到较好的冷却效果，本文设计了一种喷水管装置，用以解决细长类制品在注塑生产过程中，由于型芯较细长造成冷却水道设计困难的问题。

该喷水管装置如图2所示，其采用分体式结构，由喷水管本体、基座和防转销组成，并在基座上开设密封槽。喷水管工作原理如图3所示，注塑成型时，注射保压结束后，在冷却阶段，冷却水由型芯进水口进入喷水管本体，经由型芯端部后通过喷水管本体和型芯侧壁再由基座和型芯的出水口流出，可实现细长类型芯的冷却，从而达到较好的冷却效果，便于后续制品的推出。

图2 喷水管结构

图3 喷水管工作原理

2.2 喷水管装配工艺

装配时，将水管本体和基座进行烧铜焊，然后从模板背面压入型芯中间的盲孔中。为防止冷却过程中发生渗水，在入水口和出水口侧边的基座和型芯安装孔间设置密封圈；为防止装配后基座在型芯孔中转动，在入水口一侧的基座和型芯孔间设置防转销；同时，为方便喷水管的拆装，在基座底部设置拆装螺纹孔。采用该种结构形式的喷水管，较好地解决了细长类型芯的冷却困难问题，大大缩短了注塑成型周期，提高制品品质，同时该结构具有拆装方便的优点，大大降低了钳工的工作量，提了高生产效率。

为保证喷水管本体在基座中的装配可靠性，要求喷水管本体在基座中的埋入深度要大于2 mm；同时，为防止喷水管本体在基座中的倾斜，基座装配孔的轮廓边界距喷水管本体的中心约1 mm，如图4所示。装配时注意进水口和出水口方向，不能出现装反现象，否则会导致水流速度减慢，冷却效果降低。装配时将喷水管本体和基座进行烧铜焊；然后将密封圈安装在基座的密封槽处；再将防转销装在基座的销钉安装孔中，最后从型芯背面将装配后的喷水管压入其中间的盲孔中。

2.3 模具总体结构设计

采用上述所设计的喷水管结构装置，对模具进行总体结构设计，模具装配图如图5所示。该模具采用1模16腔的对称排布方式，为便于模具拆装，提高加工效率，同时方便排气，设计中采用了排气镶件形式。

本研究所设计的型芯冷却装置通过进水管能连续给型芯的侧壁及顶部进行降温，大大缩短了注塑成型周期，提高了产品质量，且通过基座上的进水口和出水口便能实现型芯的进水和排水，使得冷却装置结构简单、体积小，并且便于加工和拆装。

图4 喷水管装配工艺

图5 瓶盖模具结构装配图

3 结论

本设计具有以下优点：

1) 设计的分体式喷水管冷却装置，解决了细长类型芯的冷却困难问题，同时具有结构简单、拆装方便等优点。

2) 为避免喷水管本体在基座中的倾斜，喷水管本体的底部和端面在装配时应符合工艺要求。

3) 基座底部加工拆装螺纹孔，便于喷水管装置的拆装；基座和型芯间通过防转销解决基座的转动问题。