模具加熱方法綜述

摘 要 綜述模具加熱系統對工件質量的影響，分析比較幾種溫控方法，分析各自優劣。

關鍵詞 模具 加熱 溫控

一、引言

模具溫度對塑料制品的質量和生產率影響很大。模具溫度及其波動對制品的收縮率、尺寸穩定性、力學性能、變形、應力開裂和表面質量等均有影響。模具溫度過低，熔體流動性差，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，模具溫度對塑料成型和制品質量至關重要。輸入熱量的方式是加熱裝置的加熱和塑料熔體帶進的熱量，輸出熱量的方式是自然散熱和向外熱傳導帶走的。在模塑過程中，要保持模具溫度穩定，就應保持輸入熱量和輸出熱平衡。本論文就模具加熱方式進行闡述。

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以熱導方式將熱量帶走。

（一）火焰加熱

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

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量。但是需在模具內部開設燃料管孔， 模具結構相對復雜， 不適宜成型形狀較復雜的塑件。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是將高溫蒸汽直接通人復雜模腔，使模面達到要求的溫度，然后通入高溫干空氣，吹盡模腔內殘余的冷凝水，再澆注、保壓、冷卻、出模，完成一個注塑周期。該方法只加熱模具型腔表面1～2 turn的厚度，能夠將熱量集中且均勻地作用于型腔表面，極大地縮短了加熱和冷卻時間，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，熔融料的流動性增強，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，并達到極高的表面粗糙度等級。

（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。同時紅外線測溫儀、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。該系統的工作過程與感應加熱模具系統 的工作過程類似。與感應加熱模具系統相比， 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的溫度。注射完成后， 冷卻水對模具型腔、型芯進行快速冷卻， 當模具溫度冷卻到設定溫度范圍后， 開模并取出塑件。

采用電熱元件對注射模進行加熱，不需要設置外在配套的熱源， 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致的高溫高壓對模具造成的危害， 提高了設備的安全性。其缺點在于電熱元件埋設在模具內部， 增加了模具 結構的復雜性， 也不宜成型形狀復雜的塑件， 而且對電熱元件的性能要求較高。

（五）電感應加熱

電感應加熱技術是根據電磁感應原理，在感應線圈上通交變電流， 使模具內產生感應渦流、產生熱量使模具升溫， 再搭配低溫快速冷卻設備， 達到模具快速加熱。電磁感應加熱模具方法的特點是把電磁感應器集成到模具內部，同時與部件的形狀相匹配。感應現象發生在模具內部，在模具表面不形成電流回路。允許一些材料，如碳纖維增強塑料的熱傳導成型。均勻的加熱發生在模具的表面，減少了加熱時間和能耗。

目前模具的感應加熱可分為模外感應加熱和模內感應加熱。模外感應加熱需要用外部輔助機構將線圈置于型腔表面，加熱到設定溫度時線圈移出模具合模注射；模內感應加熱是將感應線圈置于模具內部，可以在合模時對型腔表面加熱，能準確調節模具溫度，由于感應加熱元件會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。

當前用于模具感應加熱的方法：

（1）機械手輔助感應加熱：通用性強，加熱同模具型腔只需更換線圈。但是不能在合模后加熱，實現機構也比較復雜。

（2）模芯通電感應加熱：在模內加熱，使得型腔溫度均勻性好。但是絕緣較困難。

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

（4）模具內置線圈感應加熱：該裝置型腔溫度均勻性好，溫控精度比較高。但是模板內要加工線圈安裝孔和冷卻通道，結構相對比較復雜

（5）模芯內嵌線圈感應加熱：該裝置安裝方便，溫度均勻性好，溫控精度高。但是模板結構復雜，制造也較困難

三、結束語

模具溫度是影響塑件的重要工藝參數之一， 應用模具加熱技術不但可有效地消除塑件的質量缺陷， 對提高塑件表面質量有非常顯著的效果， 同時還可以降低生產成本， 縮短塑件生產周期， 提高生產效率。

模具加熱系統相關的技術還有很多， 并且隨著產業技術的發展， 各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯， 模具加熱系統的應用前景也會越來越明顯。

（作者單位：陜西國防工業職業技術學院）