模具加熱方法綜述

摘 要 綜述模具加熱系統(tǒng)對(duì)工件質(zhì)量的影響，分析比較幾種溫控方法，分析各自優(yōu)劣。

關(guān)鍵詞 模具 加熱 溫控

一、引言

模具溫度對(duì)塑料制品的質(zhì)量和生產(chǎn)率影響很大。模具溫度及其波動(dòng)對(duì)制品的收縮率、尺寸穩(wěn)定性、力學(xué)性能、變形、應(yīng)力開裂和表面質(zhì)量等均有影響。模具溫度過低，熔體流動(dòng)性差，制品輪廓不清晰，甚至不滿型腔或行成熔接痕，制品表面不光澤，缺陷多。因此，模具溫度對(duì)塑料成型和制品質(zhì)量至關(guān)重要。輸入熱量的方式是加熱裝置的加熱和塑料熔體帶進(jìn)的熱量，輸出熱量的方式是自然散熱和向外熱傳導(dǎo)帶走的。在模塑過程中，要保持模具溫度穩(wěn)定，就應(yīng)保持輸入熱量和輸出熱平衡。本論文就模具加熱方式進(jìn)行闡述。

二、模具加熱方法

模具加熱的方式有火焰加熱、電加熱、紅外線加熱、蒸汽加熱等。冷卻方式是利用冷卻管道中的冷卻介質(zhì)以熱導(dǎo)方式將熱量帶走。

（一）火焰加熱

火焰加熱是一種利用氣體燃料的火焰瞬時(shí)加熱模具的方法。在模具合模瞬間， 對(duì)模具型腔表面進(jìn)行火焰加熱，然后再合模進(jìn)行注射。

采用火焰加熱模腔表面方式，加熱速度快， 利用壓縮空氣來快速冷卻塑件， 有利于提高塑件的表面質(zhì)量。但是需在模具內(nèi)部開設(shè)燃料管孔， 模具結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜， 不適宜成型形狀較復(fù)雜的塑件。由于使用氣體燃料，存在一定的安全隱患， 而且模腔表面的溫度不太容易控制，這種加熱方法使用較少。

（二）蒸汽加熱

蒸汽直接加熱模具型腔技術(shù)是將高溫蒸汽直接通人復(fù)雜模腔，使模面達(dá)到要求的溫度，然后通入高溫干空氣，吹盡模腔內(nèi)殘余的冷凝水，再澆注、保壓、冷卻、出模，完成一個(gè)注塑周期。該方法只加熱模具型腔表面1～2 turn的厚度，能夠?qū)崃考星揖鶆虻刈饔糜谛颓槐砻?，極大地縮短了加熱和冷卻時(shí)間，提高了熱能利用率。由于前后模面均被加熱，熔融料前鋒溫度高，熔融料的流動(dòng)性增強(qiáng)，兩模面熔融料前鋒速度基本一致，模面溫度均勻一致，能夠徹底消除塑料件表面的熔接痕、翹曲、流痕、表面縮水等缺陷，并達(dá)到極高的表面粗糙度等級(jí)。

（三）紅外線加熱

紅外線加熱采用的是紅外線加熱頭或紅外線加熱管。紅外線加熱模具系統(tǒng)的加熱板的工作面上鍍有一層薄膜， 薄膜用來反射紅外線。同時(shí)紅外線測(cè)溫儀、加熱器被固定在加熱板上， 與之配套的模具型腔表面鍍有一層吸收紅外線的薄膜。該系統(tǒng)的工作過程與感應(yīng)加熱模具系統(tǒng) 的工作過程類似。與感應(yīng)加熱模具系統(tǒng)相比， 紅外線加熱模具的效率較低， 且需要在加熱板和模腔表面鍍一層薄膜來反射和吸收紅外線， 增加了系統(tǒng)裝置的成本。

（四）電加熱

電加熱是利用電熱元件加熱模具的方法。在注射成型過程中， 型腔、型芯的電加熱棒將模板快速加熱至接近或者高于塑料材料的熱變形溫度， 并保證在注射過程中一直保持相應(yīng)的溫度。注射完成后， 冷卻水對(duì)模具型腔、型芯進(jìn)行快速冷卻， 當(dāng)模具溫度冷卻到設(shè)定溫度范圍后， 開模并取出塑件。

采用電熱元件對(duì)注射模進(jìn)行加熱，不需要設(shè)置外在配套的熱源， 降低了成本，避免了模具中的冷卻水吸收過多的熱量而延緩模具的升溫速度， 防止了冷卻水汽化導(dǎo)致的高溫高壓對(duì)模具造成的危害， 提高了設(shè)備的安全性。其缺點(diǎn)在于電熱元件埋設(shè)在模具內(nèi)部， 增加了模具 結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性， 也不宜成型形狀復(fù)雜的塑件， 而且對(duì)電熱元件的性能要求較高。

（五）電感應(yīng)加熱

電感應(yīng)加熱技術(shù)是根據(jù)電磁感應(yīng)原理，在感應(yīng)線圈上通交變電流， 使模具內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)渦流、產(chǎn)生熱量使模具升溫， 再搭配低溫快速冷卻設(shè)備， 達(dá)到模具快速加熱。電磁感應(yīng)加熱模具方法的特點(diǎn)是把電磁感應(yīng)器集成到模具內(nèi)部，同時(shí)與部件的形狀相匹配。感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)生在模具內(nèi)部，在模具表面不形成電流回路。允許一些材料，如碳纖維增強(qiáng)塑料的熱傳導(dǎo)成型。均勻的加熱發(fā)生在模具的表面，減少了加熱時(shí)間和能耗。

目前模具的感應(yīng)加熱可分為模外感應(yīng)加熱和模內(nèi)感應(yīng)加熱。模外感應(yīng)加熱需要用外部輔助機(jī)構(gòu)將線圈置于型腔表面，加熱到設(shè)定溫度時(shí)線圈移出模具合模注射；模內(nèi)感應(yīng)加熱是將感應(yīng)線圈置于模具內(nèi)部，可以在合模時(shí)對(duì)型腔表面加熱，能準(zhǔn)確調(diào)節(jié)模具溫度，由于感應(yīng)加熱元件會(huì)將其附近模具部分加熱，必須將其很好地絕緣或者留出大的空隙。

當(dāng)前用于模具感應(yīng)加熱的方法：

（1）機(jī)械手輔助感應(yīng)加熱：通用性強(qiáng)，加熱同模具型腔只需更換線圈。但是不能在合模后加熱，實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)也比較復(fù)雜。

（2）模芯通電感應(yīng)加熱：在模內(nèi)加熱，使得型腔溫度均勻性好。但是絕緣較困難。

（3）感應(yīng)加熱管加熱：該裝置可合模后加熱，加熱管安裝使用也較方便。但是加熱時(shí)溫度均勻性不太好。

（4）模具內(nèi)置線圈感應(yīng)加熱：該裝置型腔溫度均勻性好，溫控精度比較高。但是模板內(nèi)要加工線圈安裝孔和冷卻通道，結(jié)構(gòu)相對(duì)比較復(fù)雜

（5）模芯內(nèi)嵌線圈感應(yīng)加熱：該裝置安裝方便，溫度均勻性好，溫控精度高。但是模板結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造也較困難

三、結(jié)束語

模具溫度是影響塑件的重要工藝參數(shù)之一， 應(yīng)用模具加熱技術(shù)不但可有效地消除塑件的質(zhì)量缺陷， 對(duì)提高塑件表面質(zhì)量有非常顯著的效果， 同時(shí)還可以降低生產(chǎn)成本， 縮短塑件生產(chǎn)周期， 提高生產(chǎn)效率。

模具加熱系統(tǒng)相關(guān)的技術(shù)還有很多， 并且隨著產(chǎn)業(yè)技術(shù)的發(fā)展， 各種技術(shù)相互融合的趨勢(shì)將越來越明顯， 模具加熱系統(tǒng)的應(yīng)用前景也會(huì)越來越明顯。

（作者單位：陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院）