感应加热注塑成型

作者：UDO HINZPETER    来源：德国Kunststoffe international杂志

欢迎访问e展厅 展厅 1 塑料模具展厅 注塑模具, 吹塑模具, 挤出模具, 吸塑模具, 瓶胚模具, ... 感应模具加热是模具动态温度控制的一种变形。这就使得 在极度短的时间内让模具的一个小区域内产生大的温度梯度成为可能。这样能够显著的减少冷却时间。 德国吕登沙伊德的Kunststoff研究所和弗赖堡的Huttinger电子有限两合公司以及其它二十家公司进行了一个名为“注射模塑的感应加热”项目的研究，解决将感应模塑加热用于容器产品生产方面存在的问题。两年后，研究取得了成功，甚至在这个项目结束之前，一些参与者开始将这种动态温度加热的变形的方法用于产品的试生产或试模上。 注射模塑感应加热的基本思想结合了数种优点，尤其与传统的温度控制系统而言更是如此。例如，热量不是通过传导来进行传递的，而是通过非接触的方式精准地传递到模具表面的指定区域的，并且其相邻区域仅被轻微地加热。因而短时间内模腔壁上就能产生很高的温度梯度。 感应体的安装位置适当的话，模腔表面附近的温度也能达到所需的值。表层效应的优点是只有少得多的热能被传到模具上。在流体系统中，热通道沿模腔壁传递热量。结果就是模具的大部分不需要加热的地方也被加热了。如果传到模具中的热量能快速散发掉的话，感应加热仅能稍微地延长加工周期。 两感应体的排列 原则上讲，用于注射模塑的感应加热有不同的方式可供选择。在这个项目中，研究人员用到了两种感应体的排列方式： ■ 一个外部感应体； ■ 感应体集成到注射模具中。 前一个变形提供了最大的自由度，因为模具设计所要考虑的因素更少了。与第二个变形不同的是，该变形不需要对模具进行改进，因为其配备了一个手柄单元来将感应体移入到打开的模具内部，并将其定位到被加热模腔表面的前面。 将感应体集成到注射模具中是一个无比大的挑战。设计者必须进行设计测量来确保感应体及其必要的连接单元(电路和水路)能被集成到模具中。同时，要确保模具中相应的区域能被选择性地加热，并避免其它不需要加热的区域被加热。 除了考察对注射模塑进行感应加热的可行性并制订出相应的具体方案外，该项目组还调查了其它一些问题，如，什么温度测量系统是最好的？不同的温度控制系统如何影响模具的热平衡？ 试模测试 在该项目的起初，项目参与者的目标是将感应体集成到模具中。这就需要感应体能长期、可靠地工作，同时能以最可能简单的方式插入到模具中。在接下来的工作中，一个实验用模具被设计和加工出来，以期在集成有必要辅助设备的注射模塑机上获得在真实注射模塑加工中的初步实验结果。 在实验中，研究人员发现关注温度的测量比最初想象的还要重要。依据是使用集成的还是外部的感应器来对模具进行加热，研究人员对不同的测量系统进行了测试和评价。由于在这种情况下模具温度的控制比标准注射模塑的更为重要，因此在试模中引入了不同的温度控制系统，并且研究了它们对模具热平衡、周期时间和部件质量的影响。 在由长时间运行的试验模具所得到的温度曲线中(图1所示)，红色曲线表面感应热开始产生。峰代表感应加热期间温度的上升。从80℃的开始温度来看，温度上升了大约12℃。温度的波动可由在感应加热期间其它方式热量的传入来进行解释，其由与模具相连的一个低功率的温度控制系统所产生。这就意味着在可用的时间范围内不能将传导进的热量从模具中去除。这种短暂的热波动大约15分钟后就消失了(图1中浅褐色曲线所示)。值得注意的是图中的曲线并不代表模腔壁的温度变化。由热稳定状态下测定的结果来看，在加热2秒时，模具表面的温度达到大小为150℃的最大值。 进一步的优化过程的目的是避免出现上述的温度波动过程，以期在理想状态下，模具的温度在一个循环周期的末尾能达到80℃。图2表明了一个与传统的温度控制方式(红色曲线)相比较的优化温度控制系统(浅褐色和黑色曲线)。这里的红色曲线代表模具的温度稳定状态。那就意味着初始时模具的温度是80℃(参见图1)。 浅褐色曲线表明，当使用同样的峰温时，优化系统能大约早2秒达到开始温度。这里需要注意的是，当模具温度从较低的水平开始时，大量的热传到模具中以最大限度的确保模温能达到同样的温度值。另一方面，黑色曲线表示其与红色曲线有大致相当的热量传入到模具中。结果是根据在80和大约92℃这两个不同的温度下峰温较低。从曲线能看出模具中快得多的热量减少。 通过优化温度控制系统，我们能达到两个基本的目标 — 避免温度波动和减少循环时间。在具体情况中，必须核实这些结果的应用范围。 更多的热量需求 如上所言，使用外部感应器最主要的优点就是不需要对模具进行修改。然而与将感应器集成到模具中的方法相比，这种安排需要更复杂的温度测量和不同的温度控制。因为合模和注射阶段开始时模具表面的温度可能会下降，因此模具温度在加热阶段时应被加热到实际所需的温度之上。模腔温度曲线(图3所示)表明模具温度在加热阶段结束后就立即开始下降。取决于在模具表面进行加热所用的过程，在加热阶段结束后的两秒之内就能观测到60和100℃之间的冷却过程。 在实验过程中，当模温超过设定的上限温度时，我们能观察到模具表面的变化，这种变化也是温度控制的需要。应该有必要着手提高模具工程方面的水平。 避免熔接线和重复出现的微结构 有数个研究的重点放在了避免生产的部件表面出现可见的熔接痕，并通过对不同表面的X射线物相照片来对这些可重复的现象进行研究。例如，与传统的温度控制系统相比，由EDM加工的模具的模温主要随感应热的增加而增加，并且生产部件的表面更光洁。生产的部件具有更高重现精度的结构也是前面结果的体现。在一些情况下，模具表面可被精确的重复加工出来(甚至100%的精度)。由于模具不需要象传统的动态温度加工那样的整体升温和冷却，因而甚至能得到微结构上重复性好的产品，并且还能缩短生产周期。 标题处的图片显示了一个有许多开口并具有双浇口的平板，这会导致大量的熔接缝，图片显示在部件高光滑度的表面有以凹痕形式存在的流痕(如图4所示)。而采用感应模具加热技术的话，则部件表面没有可见的熔接凹痕(如图5所示)。虽然这里采用了传统的温度控制系统，并且生产的部件具有更高的表面质量，但生产周期也与标准工艺的相当。 总结及展望 注射模塑的感应加热兼顾了产品质量和经济性方面的考虑。其应用于需采用高模腔温度来提高部件质量或应用到如下制造工艺的场合： ■ 避免表面缺陷(熔接缝）； ■ 提高重复性的精度(微观结构，光学部件）； ■ 便于薄壁部件的生产和微注射模塑； ■ 降低靠近部件表面的区域内的应力； ■ 稀释电镀涂层。 (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (7/17/2008)