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摘 要 综述模具加热系统对工件质量的影响，分析比较几种温控方法，分析各自优劣。
关键词 模具 加热 温控
一、引言
模具温度对塑料制品的质量和生产率影响很大。模具温度及其波动对制品的收缩率、尺寸稳定性、力学性能、变形、应力开裂和表面质量等均有影响。模具温度过低，熔体流动性差，制品轮廓不清晰，甚至不满型腔或行成熔接痕，制品表面不光泽，缺陷多。因此，模具温度对塑料成型和制品质量至关重要。输入热量的方式是加热装置的加热和塑料熔体带进的热量，输出热量的方式是自然散热和向外热传导带走的。在模塑过程中，要保持模具温度稳定，就应保持输入热量和输出热平衡。本论文就模具加热方式进行阐述。
二、模具加热方法
模具加热的方式有火焰加热、电加热、红外线加热、蒸汽加热等。冷却方式是利用冷却管道中的冷却介质以热导方式将热量带走。
（一）火焰加热
火焰加热是一种利用气体燃料的火焰瞬时加热模具的方法。在模具合模瞬间， 对模具型腔表面进行火焰加热，然后再合模进行注射。
采用火焰加热模腔表面方式，加热速度快， 利用压缩空气来快速冷却塑件， 有利于提高塑件的表面质量。但是需在模具内部开设燃料管孔， 模具结构相对复杂， 不适宜成型形状较复杂的塑件。由于使用气体燃料，存在一定的安全隐患， 而且模腔表面的温度不太容易控制，这种加热方法使用较少。
（二）蒸汽加热
蒸汽直接加热模具型腔技术是将高温蒸汽直接通人复杂模腔，使模面达到要求的温度，然后通入高温干空气，吹尽模腔内残余的冷凝水，再浇注、保压、冷却、出模，完成一个注塑周期。该方法只加热模具型腔表面1～2 turn的厚度，能够将热量集中且均匀地作用于型腔表面，极大地缩短了加热和冷却时间，提高了热能利用率。由于前后模面均被加热，熔融料前锋温度高，熔融料的流动性增强，两模面熔融料前锋速度基本一致，模面温度均匀一致，能够彻底消除塑料件表面的熔接痕、翘曲、流痕、表面缩水等缺陷，并达到极高的表面粗糙度等级。
（三）红外线加热
红外线加热采用的是红外线加热头或红外线加热管。红外线加热模具系统的加热板的工作面上镀有一层薄膜， 薄膜用来反射红外线。同时红外线测温仪、加热器被固定在加热板上， 与之配套的模具型腔表面镀有一层吸收红外线的薄膜。该系统的工作过程与感应加热模具系统 的工作过程类似。与感应加热模具系统相比， 红外线加热模具的效率较低， 且需要在加热板和模腔表面镀一层薄膜来反射和吸收红外线， 增加了系统装置的成本。
（四）电加热
电加热是利用电热元件加热模具的方法。在注射成型过程中， 型腔、型芯的电加热棒将模板快速加热至接近或者高于塑料材料的热变形温度， 并保证在注射过程中一直保持相应的温度。注射完成后， 冷却水对模具型腔、型芯进行快速冷却， 当模具温度冷却到设定温度范围后， 开模并取出塑件。
采用电热元件对注射模进行加热，不需要设置外在配套的热源， 降低了成本，避免了模具中的冷却水吸收过多的热量而延缓模具的升温速度， 防止了冷却水汽化导致的高温高压对模具造成的危害， 提高了设备的安全性。其缺点在于电热元件埋设在模具内部， 增加了模具 结构的复杂性， 也不宜成型形状复杂的塑件， 而且对电热元件的性能要求较高。
（五）电感应加热
电感应加热技术是根据电磁感应原理，在感应线圈上通交变电流， 使模具内产生感应涡流、产生热量使模具升温， 再搭配低温快速冷却设备， 达到模具快速加热。电磁感应加热模具方法的特点是把电磁感应器集成到模具内部，同时与部件的形状相匹配。感应现象发生在模具内部，在模具表面不形成电流回路。允许一些材料，如碳纤维增强塑料的热传导成型。均匀的加热发生在模具的表面，减少了加热时间和能耗。
目前模具的感应加热可分为模外感应加热和模内感应加热。模外感应加热需要用外部辅助机构将线圈置于型腔表面，加热到设定温度时线圈移出模具合模注射；模内感应加热是将感应线圈置于模具内部，可以在合模时对型腔表面加热，能准确调节模具温度，由于感应加热元件会将其附近模具部分加热，必须将其很好地绝缘或者留出大的空隙。
当前用于模具感应加热的方法：
（1）机械手辅助感应加热：通用性强，加热同模具型腔只需更换线圈。但是不能在合模后加热，实现机构也比较复杂。
（2）模芯通电感应加热：在模内加热，使得型腔温度均匀性好。但是绝缘较困难。
（3）感应加热管加热：该装置可合模后加热，加热管安装使用也较方便。但是加热时温度均匀性不太好。
（4）模具内置线圈感应加热：该装置型腔温度均匀性好，温控精度比较高。但是模板内要加工线圈安装孔和冷却通道，结构相对比较复杂
（5）模芯内嵌线圈感应加热：该装置安装方便，温度均匀性好，温控精度高。但是模板结构复杂，制造也较困难
三、结束语
模具温度是影响塑件的重要工艺参数之一， 应用模具加热技术不但可有效地消除塑件的质量缺陷， 对提高塑件表面质量有非常显著的效果， 同时还可以降低生产成本， 缩短塑件生产周期， 提高生产效率。
模具加热系统相关的技术还有很多， 并且随着产业技术的发展， 各种技术相互融合的趋势将越来越明显， 模具加热系统的应用前景也会越来越明显。
（作者单位：陕西国防工业职业技术学院）
关键词 模具 加热 温控
一、引言
模具温度对塑料制品的质量和生产率影响很大。模具温度及其波动对制品的收缩率、尺寸稳定性、力学性能、变形、应力开裂和表面质量等均有影响。模具温度过低，熔体流动性差，制品轮廓不清晰，甚至不满型腔或行成熔接痕，制品表面不光泽，缺陷多。因此，模具温度对塑料成型和制品质量至关重要。输入热量的方式是加热装置的加热和塑料熔体带进的热量，输出热量的方式是自然散热和向外热传导带走的。在模塑过程中，要保持模具温度稳定，就应保持输入热量和输出热平衡。本论文就模具加热方式进行阐述。
二、模具加热方法
模具加热的方式有火焰加热、电加热、红外线加热、蒸汽加热等。冷却方式是利用冷却管道中的冷却介质以热导方式将热量带走。
（一）火焰加热
火焰加热是一种利用气体燃料的火焰瞬时加热模具的方法。在模具合模瞬间， 对模具型腔表面进行火焰加热，然后再合模进行注射。
采用火焰加热模腔表面方式，加热速度快， 利用压缩空气来快速冷却塑件， 有利于提高塑件的表面质量。但是需在模具内部开设燃料管孔， 模具结构相对复杂， 不适宜成型形状较复杂的塑件。由于使用气体燃料，存在一定的安全隐患， 而且模腔表面的温度不太容易控制，这种加热方法使用较少。
（二）蒸汽加热
蒸汽直接加热模具型腔技术是将高温蒸汽直接通人复杂模腔，使模面达到要求的温度，然后通入高温干空气，吹尽模腔内残余的冷凝水，再浇注、保压、冷却、出模，完成一个注塑周期。该方法只加热模具型腔表面1～2 turn的厚度，能够将热量集中且均匀地作用于型腔表面，极大地缩短了加热和冷却时间，提高了热能利用率。由于前后模面均被加热，熔融料前锋温度高，熔融料的流动性增强，两模面熔融料前锋速度基本一致，模面温度均匀一致，能够彻底消除塑料件表面的熔接痕、翘曲、流痕、表面缩水等缺陷，并达到极高的表面粗糙度等级。
（三）红外线加热
红外线加热采用的是红外线加热头或红外线加热管。红外线加热模具系统的加热板的工作面上镀有一层薄膜， 薄膜用来反射红外线。同时红外线测温仪、加热器被固定在加热板上， 与之配套的模具型腔表面镀有一层吸收红外线的薄膜。该系统的工作过程与感应加热模具系统 的工作过程类似。与感应加热模具系统相比， 红外线加热模具的效率较低， 且需要在加热板和模腔表面镀一层薄膜来反射和吸收红外线， 增加了系统装置的成本。
（四）电加热
电加热是利用电热元件加热模具的方法。在注射成型过程中， 型腔、型芯的电加热棒将模板快速加热至接近或者高于塑料材料的热变形温度， 并保证在注射过程中一直保持相应的温度。注射完成后， 冷却水对模具型腔、型芯进行快速冷却， 当模具温度冷却到设定温度范围后， 开模并取出塑件。
采用电热元件对注射模进行加热，不需要设置外在配套的热源， 降低了成本，避免了模具中的冷却水吸收过多的热量而延缓模具的升温速度， 防止了冷却水汽化导致的高温高压对模具造成的危害， 提高了设备的安全性。其缺点在于电热元件埋设在模具内部， 增加了模具 结构的复杂性， 也不宜成型形状复杂的塑件， 而且对电热元件的性能要求较高。
（五）电感应加热
电感应加热技术是根据电磁感应原理，在感应线圈上通交变电流， 使模具内产生感应涡流、产生热量使模具升温， 再搭配低温快速冷却设备， 达到模具快速加热。电磁感应加热模具方法的特点是把电磁感应器集成到模具内部，同时与部件的形状相匹配。感应现象发生在模具内部，在模具表面不形成电流回路。允许一些材料，如碳纤维增强塑料的热传导成型。均匀的加热发生在模具的表面，减少了加热时间和能耗。
目前模具的感应加热可分为模外感应加热和模内感应加热。模外感应加热需要用外部辅助机构将线圈置于型腔表面，加热到设定温度时线圈移出模具合模注射；模内感应加热是将感应线圈置于模具内部，可以在合模时对型腔表面加热，能准确调节模具温度，由于感应加热元件会将其附近模具部分加热，必须将其很好地绝缘或者留出大的空隙。
当前用于模具感应加热的方法：
（1）机械手辅助感应加热：通用性强，加热同模具型腔只需更换线圈。但是不能在合模后加热，实现机构也比较复杂。
（2）模芯通电感应加热：在模内加热，使得型腔温度均匀性好。但是绝缘较困难。
（3）感应加热管加热：该装置可合模后加热，加热管安装使用也较方便。但是加热时温度均匀性不太好。
（4）模具内置线圈感应加热：该装置型腔温度均匀性好，温控精度比较高。但是模板内要加工线圈安装孔和冷却通道，结构相对比较复杂
（5）模芯内嵌线圈感应加热：该装置安装方便，温度均匀性好，温控精度高。但是模板结构复杂，制造也较困难
三、结束语
模具温度是影响塑件的重要工艺参数之一， 应用模具加热技术不但可有效地消除塑件的质量缺陷， 对提高塑件表面质量有非常显著的效果， 同时还可以降低生产成本， 缩短塑件生产周期， 提高生产效率。
模具加热系统相关的技术还有很多， 并且随着产业技术的发展， 各种技术相互融合的趋势将越来越明显， 模具加热系统的应用前景也会越来越明显。
（作者单位：陕西国防工业职业技术学院）