潘洪亮，徐鶴，吳曉峰

(德馬格塑料機(jī)械（寧波）有限公司，浙江 寧波 315800)

0 背景

料筒加熱系統(tǒng)是塑機(jī)塑化系統(tǒng)中關(guān)鍵的溫度執(zhí)行系統(tǒng)，噴嘴加熱是這一系統(tǒng)中不可缺少的一環(huán)，近年來(lái) ，塑料制品增長(zhǎng)十分迅速，塑料品種的范圍也飛速的增長(zhǎng)，對(duì)于注塑機(jī)的塑化系統(tǒng)溫度控制精度也提出了更加高的要求。同時(shí)， 模具的復(fù)雜化，促使注塑機(jī)的噴嘴多樣化。采用現(xiàn)有的加長(zhǎng)型直通式噴嘴時(shí)， 熔料在流經(jīng)噴嘴頭的過(guò)程中會(huì)有一部分熱量通過(guò)噴嘴頭散發(fā)，造成熔料的溫度下降， 當(dāng)熔料溫度下降后其流動(dòng)性會(huì)降低，影響了注塑性能，所以對(duì)于加長(zhǎng)噴嘴需要一個(gè)加熱裝置，同時(shí)這個(gè)加熱的溫度需要一個(gè)精確的控制。精準(zhǔn)的控制是高品質(zhì)、高合格率的必備條件。

1 加熱圈功率

料筒加熱圈加熱功率由加熱圈的加熱能力來(lái)決定，由于傳遞材料性能接近， 噴嘴的加熱功率也可套用相同公式， 根據(jù)定義：

式中：NT——加熱圈功率，kW;

AT——料筒加熱表面的有效面積， cm2;

qT——加熱圈單位面積上所提供的供熱瓦數(shù)，W/cm2;與加熱圈的結(jié)構(gòu)及性能有關(guān)。

電阻加熱圈:qT=3-3.5 W/cm2；

鑄鋁加熱圈:qT=4-5 W/cm2；

陶瓷加熱圈:qT=6-7 W/cm2；

云母加熱圈:qT=2.5-3 W/cm2。

2 當(dāng)前加長(zhǎng)噴嘴的溫度控制分析

現(xiàn)在普通采用的技術(shù)方案是在噴嘴頭的外表面套一個(gè)彈簧加熱圈，但彈簧加熱圈只是簡(jiǎn)單的纏繞在噴嘴體外表面，但由于加熱區(qū)域大，其加熱圈的有效長(zhǎng)度長(zhǎng)， 所以對(duì)于距離遠(yuǎn)端的溫度不能進(jìn)行精確的控制。（對(duì)于彈簧加熱圈的保護(hù)， 這里不作詳細(xì)介紹）。

本文以不同的加長(zhǎng)噴嘴為例， 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試。

圖1中控制2為原有熱電偶， 控制加熱圈2（加熱功率400 W）和彈簧加熱圈1(加熱功率920 W)的加熱，監(jiān)控點(diǎn)（ 1 ，2）分別安裝針式熱電偶， 用于監(jiān)測(cè)實(shí)際噴嘴位置的溫度變化。設(shè)定噴嘴溫度為200 ℃。噴嘴中， 控制1與控制2之間的距離是50 mm, 監(jiān)控2與監(jiān)控1之間的距離是25 mm 。

圖1 一般加長(zhǎng)噴嘴的加熱方式

圖2 分析， 加熱8 min后，控制2達(dá)到溫度設(shè)定值，此時(shí)二個(gè)加熱圈不再加熱。但由于加熱圈1的加熱滯后原因， 噴嘴前端仍然繼續(xù)升溫， 距離越遠(yuǎn)， 溫差越大， 過(guò)高的溫度， 可以使原料迅速降解，分解。此種設(shè)計(jì)，不利于熱穩(wěn)定性差的塑料。因此， 在這基礎(chǔ)上， 增加一個(gè)溫度控制，確保噴嘴頭部的溫度控制。

圖2 單點(diǎn)溫控的加熱曲線(xiàn)

為此， 進(jìn)行第二次測(cè)試，在圖1中，增加一個(gè)控制1，控制1檢測(cè)加熱圈1溫度，控制2檢測(cè)加熱圈2溫度, 監(jiān)控1 和2分別安裝針式熱電偶， 用于監(jiān)測(cè)實(shí)際噴嘴位置的溫度變化。設(shè)定相同的噴嘴溫度為200 ℃,測(cè)試結(jié)果如圖3。

圖3 多點(diǎn)溫控的加熱曲線(xiàn)

圖3分析，由于控制1 的加入，使噴嘴頭部的溫度非常接近與設(shè)定溫度，溫度變化也基本平穩(wěn)，但由于噴嘴的結(jié)構(gòu)原因，加熱圈2 與控制2中有螺紋連接部分，傳熱性能差，升溫緩慢，加熱圈1與控制1是直接表面接觸，升溫速度快。在加溫過(guò)程中， 加熱圈1的高溫已經(jīng)嚴(yán)重影響了控制2對(duì)于加熱圈 2的升溫判斷，錯(cuò)誤的判斷加熱圈2的升溫速率，由于這種錯(cuò)誤的升溫速率與機(jī)器設(shè)定時(shí)的校正升溫速率有巨大差異， 使機(jī)器控制系統(tǒng)判斷為加熱發(fā)生故障，在17 min后，啟動(dòng)斷電保護(hù)。在進(jìn)行強(qiáng)制供電后，在38 min后，機(jī)器再次啟動(dòng)斷電保護(hù)，在控制2仍未到設(shè)定溫度情況下，再次進(jìn)行強(qiáng)制供電，由于二者升溫速率的差異， 機(jī)器又一次報(bào)警斷電。此種設(shè)計(jì)，不利于機(jī)器的正常運(yùn)行。

3 優(yōu)化后加長(zhǎng)噴嘴的加熱與溫度控制

根據(jù)以上二個(gè)測(cè)試結(jié)果， 對(duì)于加長(zhǎng)噴嘴的加熱裝置做了優(yōu)化:

（1）減小加熱圈1的功率，（也可加大加熱圈2的功率，在這里 由于加熱圈2的形狀特定，加大后的效果不太明顯，故不采用加大方案）使加熱圈在加熱過(guò)程中的升溫速率減小， 盡量避免二個(gè)加熱圈由于升溫速率過(guò)大，而出現(xiàn)機(jī)器報(bào)警的現(xiàn)象。

（2）增加溫度控制1和2之間的距離，盡量避免加熱圈1的高溫影響控制2。

圖4分析， 在圖1測(cè)試的基礎(chǔ)上優(yōu)化：

圖4 優(yōu)化后的加長(zhǎng)噴嘴的加熱示意圖

（1）根據(jù)加熱功率公式，計(jì)算出：

加熱圈1功率取整數(shù)為1 500 W。

加熱圈2功率取整數(shù)為400 W

（2）增大溫控1與2之間的距離，零件實(shí)際控制1與控制2之間的距離是92 mm, 監(jiān)控2與監(jiān)控1之間的距離是25 mm.設(shè)定噴嘴溫度為200 ℃。

圖5分析，優(yōu)化后的控制1能基本控制加熱圈1的溫度變化，由于控制1距離控制2較遠(yuǎn)， 監(jiān)控點(diǎn)5的溫度顯示明顯偏低，即加熱圈1的溫度對(duì)控制2的干涉較小， 所以機(jī)器在升溫過(guò)程中， 未發(fā)現(xiàn)有機(jī)器報(bào)警并斷電現(xiàn)象，總體溫度偏差不大。

圖5 優(yōu)化后的加熱曲線(xiàn)

4 結(jié)論

（1）二個(gè)加熱圈的功率不宜差距過(guò)大，功率大的加熱圈可取較小的qT為單位面積上的加熱功率，盡量使它們升溫速率接近。

（2）為避免二段控制熱電偶互相干涉， 它們之間的間距要超過(guò)70mm。