優化加長噴嘴的加熱與溫度控制

潘洪亮，徐鶴，吳曉峰

(德馬格塑料機械（寧波）有限公司，浙江 寧波 315800)

0 背景

料筒加熱系統是塑機塑化系統中關鍵的溫度執行系統，噴嘴加熱是這一系統中不可缺少的一環，近年來 ，塑料制品增長十分迅速，塑料品種的范圍也飛速的增長，對于注塑機的塑化系統溫度控制精度也提出了更加高的要求。同時， 模具的復雜化，促使注塑機的噴嘴多樣化。采用現有的加長型直通式噴嘴時， 熔料在流經噴嘴頭的過程中會有一部分熱量通過噴嘴頭散發，造成熔料的溫度下降， 當熔料溫度下降后其流動性會降低，影響了注塑性能，所以對于加長噴嘴需要一個加熱裝置，同時這個加熱的溫度需要一個精確的控制。精準的控制是高品質、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，W/cm2;與加熱圈的結構及性能有關。

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 當前加長噴嘴的溫度控制分析

現在普通采用的技術方案是在噴嘴頭的外表面套一個彈簧加熱圈，但彈簧加熱圈只是簡單的纏繞在噴嘴體外表面，但由于加熱區域大，其加熱圈的有效長度長， 所以對于距離遠端的溫度不能進行精確的控制。（對于彈簧加熱圈的保護， 這里不作詳細介紹）。

本文以不同的加長噴嘴為例， 進行實驗測試。

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，監控點（ 1 ，2）分別安裝針式熱電偶， 用于監測實際噴嘴位置的溫度變化。設定噴嘴溫度為200 ℃。噴嘴中， 控制1與控制2之間的距離是50 mm, 監控2與監控1之間的距離是25 mm 。

圖1 一般加長噴嘴的加熱方式

圖2 分析， 加熱8 min后，控制2達到溫度設定值，此時二個加熱圈不再加熱。但由于加熱圈1的加熱滯后原因， 噴嘴前端仍然繼續升溫， 距離越遠， 溫差越大， 過高的溫度， 可以使原料迅速降解，分解。此種設計，不利于熱穩定性差的塑料。因此， 在這基礎上， 增加一個溫度控制，確保噴嘴頭部的溫度控制。

圖2 單點溫控的加熱曲線

為此， 進行第二次測試，在圖1中，增加一個控制1，控制1檢測加熱圈1溫度，控制2檢測加熱圈2溫度, 監控1 和2分別安裝針式熱電偶， 用于監測實際噴嘴位置的溫度變化。設定相同的噴嘴溫度為200 ℃,測試結果如圖3。

圖3 多點溫控的加熱曲線

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定溫度，溫度變化也基本平穩，但由于噴嘴的結構原因，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。在加溫過程中， 加熱圈1的高溫已經嚴重影響了控制2對于加熱圈 2的升溫判斷，錯誤的判斷加熱圈2的升溫速率，由于這種錯誤的升溫速率與機器設定時的校正升溫速率有巨大差異， 使機器控制系統判斷為加熱發生故障，在17 min后，啟動斷電保護。在進行強制供電后，在38 min后，機器再次啟動斷電保護，在控制2仍未到設定溫度情況下，再次進行強制供電，由于二者升溫速率的差異， 機器又一次報警斷電。此種設計，不利于機器的正常運行。

3 優化后加長噴嘴的加熱與溫度控制

根據以上二個測試結果， 對于加長噴嘴的加熱裝置做了優化:

（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）使加熱圈在加熱過程中的升溫速率減小， 盡量避免二個加熱圈由于升溫速率過大，而出現機器報警的現象。

（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測試的基礎上優化：

圖4 優化后的加長噴嘴的加熱示意圖

（1）根據加熱功率公式，計算出：

加熱圈1功率取整數為1 500 W。

加熱圈2功率取整數為400 W

（2）增大溫控1與2之間的距離，零件實際控制1與控制2之間的距離是92 mm, 監控2與監控1之間的距離是25 mm.設定噴嘴溫度為200 ℃。

圖5分析，優化后的控制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， 監控點5的溫度顯示明顯偏低，即加熱圈1的溫度對控制2的干涉較小， 所以機器在升溫過程中， 未發現有機器報警并斷電現象，總體溫度偏差不大。

圖5 優化后的加熱曲線

4 結論

（1）二個加熱圈的功率不宜差距過大，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70mm。