1、毕业设计开题报告 机械设计制造及其自动化 电加热方式的快速热循环注塑模具及装置设计 1前言部分 模具工业在我国占有着重要的地位。现今，模具生产的工艺水品及科技含量的高低己成为衡量一个国家的科技及产品制造水平的重要标志之一。在我国，模具行业有了较大的进步。在一些大型的、精密的、复杂的、长寿命的中高档塑料模具都上了一个台阶。但是相对于发达国家之间的差距仍然不小，而与此同时，一些低档塑料模具的产量却远远超出市场的需求，在市场上的竞争日益激烈。自加入世界贸易组织后，这种现象日益严峻，开发中高档塑料模具已经刻不容缓。 有关数据显示，我国目前模具总产值已跃居世界第三，仅次于日本和美国。其中珠三角、长三角的
2、塑料制品加工业位居我国前列，其塑料模具产值在全国模具总产值中的比例也占到 70，是我国模具行业的领军地区。现如今，伴随着电子产品，家电产品的快速发展，企业在追求产品性能，使用寿命的同时，对制件表面的质量，外观也有了更高的要求。而传统的注塑成型模具中，容易产生各种缺陷，例如熔痕，这是由于在内部形成了冷凝固。为消除冷凝层的影响，提高塑件品质，提升熔体充模过程的熔体温度是最为有效的方法之一 1-5。较高的模温不但可以 延缓熔体与模腔接触界面凝固层的扩展 , 使薄壁塑件可以完整充模 , 避免短射现象 , 而且使得热流通率下降 , 不均匀冷却效应下降 ,有助于应力释放 ,避免塑件翘曲变形 ,同时还有效消
3、除熔接线和波流痕 ,大大改善塑件表面质量 6。因此，目前大多国内企业都是通过塑料喷涂技术来提高塑料制品的表面质量和表面强度。但是，这种方法不仅浪费生产原料，浪费能源，增加塑料制品的生产成本，而且造成严重的环境污染，危害操作人员的健康。 而电加热方式的快速热循环成型工艺便是针对这些缺陷提出的。电加热是 将电能转变成热能以加热物体。是电能 利用的一种形式。与一般燃料加热相比 ,电加热方式 具有热源稳定、加热迅速、使用寿命长、维护简便等优点，而且易于实现温度的自动控制和远距离控制，可按需要使被加热物体保持一定的温度分布。在电加热过程中，产生的废气、残余物和烟尘少，可保持被加热物体的洁净，不污染环境。
4、 随着世界经济的快速增长，能源及原料的供应出现短缺现象。我国是塑料大国，能源消耗速度十分惊人，近年来，节能已作为企业增效，降低经营成本，提高竞争力的重要手段，已经具有特别的意义，并逐步的被人们所认识和接受。 2主题部分 （ 1） 快速热循环注塑成型技术 快速热循环注 塑成型新技术也称高光无痕注塑技术，是一种无熔痕、高光洁度的绿色注塑成型新工艺，是当前注塑成型技术中研究开发的前沿问题。 高光无熔痕注塑技术则采用一种动态模温控制方式，即将模具温度控制分为加热、高温保持、冷却、低温保持等 4个阶段，并在短时间内快速实现上述 4个温度变化过程7。 可使制件表面无熔痕、无流痕、无流线；提高表面光洁度，塑
5、件强度和表面硬度；提高注塑流动性，提高产品品质和强度；使厚壁成型周期可降低 60 以上；无喷涂工艺，减少工艺流程，节省能源与材料。降低塑料制品的成本，保护操作图 1 高光无熔痕注塑工艺 过程 人员的人身健康。国内外众多专业人员针对其中的关键技术与工艺、关键装备及控制系统等进行了较深入的研究与开发。 其工艺原理是：在合模前及合模过程中对模具进行快速加热，合模完成后，立即进行注射，在注射过程中，模具要保持高温，这样可以使胶料在充模过程中保持很好的流动性。注射完成，则对模具进行急速降温处理，又可以大大缩短制品的冷却时间，从而提高生产效率。 由图 1 可见，模温的控制是快速热循环的关键技术。 模具加热
6、可以与开模取件、合模等工艺过程并行，从而可以减少模具升温对注塑成型周期的影响 8。模温必需快速加热后再 快速冷却到一定的温度，只有这样，才能获得高品质的制件。模具的快速加热则有很多方式，例如蒸汽加热、电加热、电磁感应加热、红外加热、热传导加热等 9。 传统的加温方式是采用模温机对模具进行加温。但是这种方法却有明显的不足之处： 1) 无法满足高光注塑中快速升温及快速降温的需要； 2) 升温幅度较小，表面的熔接痕无法消除，只能减轻； 3) 由于塑料硬度越高，流动性越差。因此采用此种工艺制品表面的硬度只能达到 HB级无法满足实际使用需要； 4) 模具升温时受热膨胀，降温时又会收缩，使锁模力不稳定。容
7、易造 成烧焦，内应力大等各种缺陷。 而在此工艺基础上发展而来的快速热循环技术则针对以上缺陷分别做了改进，随着塑料件的应用日趋广泛，以及人们对于环保，安全的意识逐渐增高，快热循环技术必将成为未来注塑模具领域的关键技术。 （ 2）电加热的简介 相对于传统的加热方式， 电加热能在被加热物体内部直接生热，因而热效率高，升温速度快，并可根据加热的工艺要求，实现整体均匀加热或局部加热，容易实现真空加热和控制气氛加热。在电加热过程中，产生的废气、残余物和烟尘少，可保持被加热物体的洁净，不污染环境。根据电能转换方式的不同，电 加热通常分为电阻加热、感应加热、电弧加热、电子束加热、红外线加热和介质加热等。根据使
8、用产所的不同，选择合适的电加热方式是必需的。 1) 电阻加热是利用电流的焦耳效应将电能转变成热能以加热物体。 2) 感应加热是利用导体处于交变电磁场中产生感应电流所形成的热效应使导体本身发热。 3) 电弧加热是利用电弧产生的高温加热物体。电子束加热是利用在电场作用下高速运动的电子轰击物体表面，使之被加热。 4) 红外线加热是利用红外线辐射物体，物体吸收红外线后，将辐射能转变为热能而被加热。 5) 介质加热是利用高频电场对绝缘 材料进行加热。主要加热对象是电介质。 高光注塑模具的电加热式温度控制装置 是目前对金属材料加热效率最高、速度最快，低耗节能环保型的感应加热设备。 赵国群等 10提供了一种
9、高光注塑模具的电加热式温度控制装置 ,包括水泵、压缩空气管路和控制单元 。应用范围十分广泛， 是一种采用电热元件加热模具的方法 , 在几秒内将模具表面温度加热到高达 300以上 , 而后在极短的时间内冷却到出模温度的温度控制技术。中国专利No. 200810015094. 411提出了一种利用电热元件加热模具的装置如图 2, 主要是根据法拉第 电磁感应原理，将感应加热应用到模具加热， 简化了结构，降低了（ a） 模具冷却水道结构 （ b）温度控制装置结构 图 2 电加热模具温度控制结构 成本，利用冷却水道对其进行冷却。加热电热元件之前 , 将模具冷却水道中的冷却水排出。在注射成型过程中 ,首先
10、利用电热元件将型腔、型芯快速加热至塑件聚合物的热变形温度 , 控制单元向注塑机发出注射信号 ,聚合物注射到模具型腔中 ,在注射过程中保持模具温度。注射完成后 , 在控制单元的控制下 , 模具型腔、型芯快速冷却 , 当模具温度冷却到出模 温度范围后 ,开模并取出塑件 ,并利用压缩空气将模具中的冷却水排出 , 再进入下一个注射循环。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、管道及操作人员造成的危害 , 提高了设备的安全性。 （ 3） 电加热快速热循环深入研究的方向 针对传统加热方式的弊端，快速热循环有着极其明显的优点： 1）在模具的水管中，需要
11、降温时通冷却水，冷却完毕后则用压缩空气将残留水分吹出，以确保能实现快速升温； 2）以最大程度地消除熔痕等故障； 3）对于升温幅度较大的制件，使用 H 甚至 2H 硬度级别的塑料，大大提高表面硬度； 4）由于在模具内部开设管道，只对模具内表面进行升温或降温，模具的整体膨胀较小，因此减少由于锁模力的不稳定而带来的各种缺陷。 而模具的变温更是快速热循环注塑模具的关键所在，解决了其温变问题，更直观的变现为加热方式的选择上，显而易见，传统的加热方式是不能实现的，电加热方式作为现今在模具加热中的前沿技术，是十分值得关注的。电加热方式的快速循环注塑模具在现今才刚刚起步，有许多地方仍然需要改善。电加热方式多种
12、多样，可根据模具结构的不同 , 把注射模加热装置分为模内加 热和模腔表面加热两类。注射模加热与温控技术研究发展方向体现在以下几方面 : 1) 在完善现有模温控制方法的同时 ,结合绝热技术 ,开发更方便、高效、低成本的方法。 2) 研究新型持久耐热的模具材料 ,以适应模温控制技术的发展需求。 3) 开发更先进的 3D仿真分析软件 ,进一步研究模具温度场的变化对塑件质量的影响。 三、总结 现今，模具生产的工艺水品及科技含量的高低己成为衡量一个国家的科技及产品制造水平的重要标志之一。根据我国的现状，虽然在模具行业有了较大的进步，在一些大型的、精密的、复杂的、长 寿命的中高档塑料模具都上了一个台阶。但
13、是相对于发达国家之间的差距仍然不小，一些中高档塑料模具每年仍需大量进口。在总量供不应求的同时，一些低档塑料模具却供过于求，市场竞争激烈，还有一些技术含量不太高的中档塑料模具也有供过于求的趋势。提高国内对模具的开发，创新已是目前在该行业中至关重要的一部分。 随着国内经济水品的快速提高，人们生活水品的不断改善，对环保意识的不断提高。消费者对产品的要求也越来越高，不论是产品质量、性能还是外观包装。而这些，传统的加热方式是无法达到消费者索要的要求的，快速热循环注塑模具在国内必将 有十分广阔的市场。 四、 参考文献 1 Jansen K M B. Heat transfer in injection m
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