葉少偉

（珠海市格力精密模具有限公司，廣東珠海 519070）

1 引言

熱固性塑料以體型結構的聚合物為主要成分，成型工藝特點是，利用原材料樹脂為分子量較低的線型或支鏈結構的預聚體，其分子內(nèi)含有反應性基團，當熱固性塑料吸收熱量被加熱到一定溫度后，其線型或支鏈型結構發(fā)生化學反應轉(zhuǎn)變?yōu)轶w型結構聚合物，實現(xiàn)材料固化硬化。

熱固性材料成型優(yōu)良率及效率取決于模具的加熱效率，模具常規(guī)加熱方式有電加熱、油加熱及蒸汽加熱3種，其中電加熱方式應用最為廣泛，提高電加熱效率是熱固性塑料模具增產(chǎn)減能耗的重要技術指標。

熱固性電機模具可通過如下技術研究，實現(xiàn)電加熱效率提升。

2 模具直線加熱方式轉(zhuǎn)換成隨形加熱方式

熱固性塑料模具加熱系統(tǒng)常用直條形加熱管（見圖1），優(yōu)勢是加熱器相對便宜，模具制造簡便，加熱管安裝及更換方便（見圖2）。劣勢是熱傳遞不均勻，形狀復雜的塑件受熱不均勻。

圖1 直條加熱管

圖2 直條加熱管安裝及加熱方式

設計隨形模具加熱系統(tǒng)（見圖3），使用加熱絲圍繞塑件的均勻外形加熱，可使得塑件受熱均勻，消除溫差應力，解決塑件受熱不均開裂，外觀不良缺陷，實現(xiàn)生產(chǎn)效率最大化。

圖3 隨形加熱系統(tǒng)

加熱絲安裝通過在模具鑲件上開槽（見圖4），預埋安裝方式實現(xiàn)，此方式優(yōu)勢是接觸好，熱傳遞效率高，加熱均勻，劣勢是加熱槽加工難度大，安裝及維護不方便。

圖4 加熱絲安裝及加熱方式

3 應用熱場仿真技術，提高加熱準型及效率

應用Ansys 軟件熱仿真板塊，可實現(xiàn)模具加熱系統(tǒng)熱場仿真。模具加熱系統(tǒng)經(jīng)過：

加熱管設計?熱場仿真?校正加熱管設計?再次熱場仿真?得到想要加熱效果。

下隨形加熱系統(tǒng)，熱場仿真得到塑件表面加熱溫度小于5℃的結果。根據(jù)實際需要，可調(diào)整加熱絲的設計排布進一步優(yōu)化加熱均勻度效果（見圖5、圖6）。

圖5 加熱絲設計效果

圖6 熱場仿真結果

4 加熱功率計算系統(tǒng)

加熱絲功率及條數(shù)，根據(jù)生產(chǎn)塑件及生產(chǎn)節(jié)拍計算得出，如塑封電機模具，加熱功率計算如下：

假設已知：塑封定子組成：電機鐵心+包裹的BMC材料。

單件電機總重量：2,800g/件（鐵芯重量：1,930g BMC材料：870g）。

模具為一模4腔生產(chǎn)。

（1）計算塑封定子固化成型吸收熱量Q吸。

吸收熱量Q吸：即是塑封定子注射成型后，從常溫30℃吸熱升溫到130℃，固化所吸收的總熱量。

吸收熱量分為兩部分：鐵心升溫部分熱量+BMC膠固化部分熱量。

a.計算鐵心升溫部分熱量。

鋼鐵比熱容（符號c）：0.42kJ/kg℃

重量m：1,930g（4腔：1,930×4=7,720g=7.72kg）

溫差t：130-30=100℃

b.計算BMC膠固化部分熱量。

BMC比熱容（符號c）：1.26kJ/kg℃

重量m：870g（4腔：870×4=3,480g=3.48kg）

溫差t：130-30=100℃

（2）確定每生產(chǎn)一模，模具下降溫度。

模具流失熱量即是塑封固化吸收的熱量：Q流失=Q吸=762.72kJ

鋼鐵比熱容（符號c）：0.42kJ/kg℃

模具重量353.29kg

計算確認此模具重量下，生產(chǎn)一模，模具下降溫度：

（3）計算加熱時間與模具重量與加熱管關系。

模具流失熱量由發(fā)熱管在每模具生產(chǎn)周期內(nèi)加熱補充熱量到既定溫度。

效率（η）因保溫、隔熱、加熱器的安裝位置等而異，通常取值范圍為0.2~0.5，現(xiàn)取η=0.5。

熱量損失系數(shù)：擬加熱過程中熱量損失20%。

鋼鐵比熱容（符號c）：0.42kJ/kg℃。

模具重量應為M：353.29kg。

加熱器功率（kW）：1,000W，12條，共12kW。

（4）下降溫度。

理論計算生產(chǎn)周期需638s，實際生產(chǎn)周期380s，按比例計算，每生產(chǎn)1模，模具溫度下降溫度為t1：

既是每生產(chǎn)1模，模具下降低3.06℃。

根據(jù)塑件重量，生產(chǎn)節(jié)拍需求，熱場計算結果，加熱器功率（kW）：1,000W，12 條，共12kW 可滿足模具加熱生產(chǎn)需求。

5 模具溫度多點監(jiān)控系統(tǒng)

加熱監(jiān)控點少，一監(jiān)控點控制加熱管，會出現(xiàn)多腔溫度波動大，溫度不均衡問題。

模具溫度實行多點監(jiān)控，可實現(xiàn)模具各型腔溫度精準控制，各成型型腔使用單獨加熱及控制系統(tǒng)，獨立調(diào)節(jié)，解決加熱管串溫，各腔溫度差異難題。

6 結束語

隨著科學技術的迅速發(fā)展，當前的模具加熱控制技術正朝著自動化、智能化的方向發(fā)展，加熱效率提高，對減少模具的生產(chǎn)時間，提高生產(chǎn)效率及塑件質(zhì)量具有非常明顯的作用。隨著工業(yè)技術的發(fā)展及塑件更新速度的加快，提高模具加熱效率，將是熱固性模具重中之重的研究課題。