1、外文原文;http:/ 1 中文 6390 字 正文：外文资料译文 国际传热与传质通讯 37（ 2010） 1295-1304 注塑模中用蒸汽加热快速实现温度控制 Ming-Chang Jeng, Shia-Chung Chen, Pham Son Minh, Jen-An Chang, Chia-shen Chung 摘要 在注塑成型中，快速加热有提高产品质量的优势。在这项研究中 , 在相同的模具下，蒸汽加热在模具表面结合冷却水可以实现动态模具表面
2、温度控制。在电视机外壳模具中，利用这一优势 ,采用蒸汽加热 ,通过实验和模 拟，与水加热相比评估注塑。蒸汽对零件质量的影响也进行了研究。结果表明 ,当使用蒸汽加热简单的模板时，加热时间从 18 秒减少到 8 秒，升温速率可达到 9 C/s,并且冷却时间比用水冷却更省时。当目标温度从 70 C 变化到 110 C时 ,电视机外壳模板的加热时间在 7 秒和 19 秒之间变化。对产品质量来说 , 在电视机外壳中，使用蒸汽加热在光泽度及硬度方面有很大的发展空间。 关键词 :动态模具温度控制、蒸汽辅助加热、热传导系数 1 简介 在塑胶行业，注射成型是一种应用最广泛的加
3、工技术。模具表面温度在注塑成型过程中起着关键性的作用。在 一个高的模具表面温度下，产品的表面质量会更好 ,虽然冷却时间将增加 ,从而使周期上升。减少模具表面的温度会减少冷却时间 ,但对零件表面质量来说并不好。为了提高模具表面温度并且仍然能保持一个不太长的加工周期是目前迫切需要解决的问题。 近年来 ,公司对更薄、更轻、更好的适用性的产品的需求越来越明显。但在生产这种类型的产品时，要面临许多挑战和困难。例如产生翘曲变形，流痕和焊缝等问题。因此 ,一种新的注射成型技术应运而生。与传统注射成型相比 ,模具迅速增加到规定的温度 ,注塑完成后 ,然后模具开始冷却。在加热过程中 ,熔体可以很容易
4、 地注进压力低的腔体。除此之外 ,像焊缝、流痕、和漂浮的纤维这些问题都是可以及时解决的。 在蒸汽无痕加热过程中 ,主要有两种类型的加热系统在使用 ,表面加热和体积加热。在先前的公司 ,对数种技术进行了研究，例如在模具加热层上涂一层绝缘涂料，以此作为型腔表面，用一对电极很快地加热，隔热层可用来提高加热效率 ,降低损耗 1,2。另一方面 , 在注射过程中，为了提高模具表面温度 ,型腔表面的含锡、铁氟龙涂料将从熔体传热给模具材料 , 2 这更增加了型腔表面的温度到 25 C 3,4。在另一个研究项目中 ,在加热表面 ,用含有不同的配置文 件的电磁感应线圈加热腔表面以减少焊缝、缩孔和其他缺
5、陷 5,6。此外 ,红外线加热系统同样适用于加热模具表面。该系统能适当的 7,8加热一个或两个模具一半的表面。由于最新的表面加热技术的应用，热空气流入型腔 ,形成的对流可以直接加热型腔表面 9。表面加热的速度高 ,所以 ,就能缩短周期时间。然而 ,当模具复杂时，用户必须设计一套特殊的模具 ,并且需要更多的设备计算参数以保证产品的质量。就体积加热来说，为了加热和冷却，最经济的方式是用温度高达 90 C 或 100 C 的水实现较高的模具温度。如果模具温度必须高于 100 C,可以用高压水或热油供应系统 10。前者可能会损害流道连接，经过长时间的使用，安全会成为一个问题。同样 , 由于油的低热传导
6、系数，后者可能不会节能。局部模具加热有时用电热元件来协助高温模具控制 ,特别是对于一个薄壁产品。然而 ,这仍然需要额外的设计和工具的使用费用 11。进一步说 ,加热器通常用于辅助加热并且增加模具温度的能力有限。另一项研究，使用特殊的模具设计用水蒸气加热，此次试验使模具温度从 30 C增加到 110 C,帮助熔体很容易填充满腔体以减少表面缺陷 12,13。然而 ,在液晶电视机外壳 (液晶显示器 )的实 际成型中 ,加热和冷却流道是不同的。因此 ,加热和冷却效率都受到影响。此外 ,该设计塑造更复杂和成本的工具将会增加。 在这项研究中 ,蒸汽辅助加热系统与冷却系统相结合并应用于一个简单的
7、模型 ,建立了蒸汽加热型腔注塑模。此外 ,在实际应用中 ,为了保证模具的加热过程和产品质量，电视机外壳模需在该系统的协助下操作。在这两种设计中 ,加热和冷却过程用同一同道系统。在加热、冷却后期 , 为了增加效率，一股气流将所有流道的冷却水物质都吹到流道去。这个阶段的蒸汽、空气和水都将被考虑。除了实验 ,并且在不同的条件下，创建了两种三维仿真模式并 对实验结果进行了比较。 2 蒸汽加热注塑模的一般过程 在这项研究中 ,水蒸气 (蒸气 )将被用作加热源来增加型腔温度。然后 ,用冷却水将高温熔体冷却。由于加热和冷却两个不同的流体相结合，在清洗水流入流道之前，有效使用蒸汽加热将
8、提高生产效率。总的来说 ,蒸汽在注塑模中有五个使用步骤，如图 1。首先 ,打开阀门 ,高温水蒸汽将流入流道。流道中还留有空气 ,蒸汽和空气混杂在一起。此阶段的熔体流动还不稳定，在水流和流道壁之间，热传导系数较低。此时 ,在注塑主要零部件之后，模具还开着 ,等待下一次操作。第二 ,当蒸汽流动稳定时 ,所有空气被排 出 ,只有蒸汽在流道里。因此 ,热传导系数将会增加很快。由蒸汽流过的地方将会使模具型腔表面温度升高。在蒸汽加热中，这是最主要的过程。当型腔达到一定的温度，模具将停止注射。第三 ,当加热过程完成后 , 型腔表面温度将达到调节阀的极限温度，阀门开启，水流入流道 ,冷却过程开始。在此次操作
9、3 之前 ,水将与蒸汽混合，创造一个不稳定的环境 ,所以 ,热传导系数在流道和水之间仍然很低。第四 ,一段时间后 , 由于水冷却 ,流体冷却到注射温度。只有水依然保留在流道里 ,所以 ,热传导系数将会增加 ,冷却效率会更高。第五 ,当所有熔体达到喷射温度，模具开 始注射，并准备下一个周期。此时 ,阀门开启，空气流入流道，当所有的水被清除干净该步骤就结束。 在传统注射成型中 ,型腔表面不需要加热。因此 ,当熔体充满了模具型腔 ,型腔表面被加热。在该过程中 ,随着熔体的冷却，生产的产品质量不高 ,表面质量通常有许多待解决的问题。 随着水蒸气在注塑模中的应用，型腔温度可达到到
10、一个很高的温度 ,从而有助于注射完全。另一方面 ,由于使用一个低温冷却水冷却 ,总周期时间与传统的几乎都是相同的，同时。熔体的流动性增加，熔体的黏性较低。另外，产品的光洁度和硬度都会有所改善。 图 1 蒸汽加热的一般 过程。 3 理论模型 国际常用 q = h t 来表达流体与模具之间的热传导关系 15 定义 :q 表示流入流道的流量 、 t 表示流道壁与流体之间的温差、 h 表示流体和模具之间的热传导系数。 当流体是水时 ,热传导系数的计算用以下公式计算 14: 错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。
