熱固性塑料模具電加熱效率技術研究

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生化學反應轉變為體型結構聚合物，實現材料固化硬化。

熱固性材料成型優良率及效率取決于模具的加熱效率，模具常規加熱方式有電加熱、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，實現電加熱效率提升。

2 模具直線加熱方式轉換成隨形加熱方式

熱固性塑料模具加熱系統常用直條形加熱管（見圖1），優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（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，實現生產效率最大化。

圖3 隨形加熱系統

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，此方式優勢是接觸好，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，可實現模具加熱系統熱場仿真。模具加熱系統經過：

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，熱場仿真得到塑件表面加熱溫度小于5℃的結果。根據實際需要，可調整加熱絲的設計排布進一步優化加熱均勻度效果（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

加熱絲功率及條數，根據生產塑件及生產節拍計算得出，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。

（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。

模具流失熱量由發熱管在每模具生產周期內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，現取η=0.5。

熱量損失系數：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。

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

既是每生產1模，模具下降低3.06℃。

根據塑件重量，生產節拍需求，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需求。

5 模具溫度多點監控系統

加熱監控點少，一監控點控制加熱管，會出現多腔溫度波動大，溫度不均衡問題。

模具溫度實行多點監控，可實現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，獨立調節，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、智能化的方向發展，加熱效率提高，對減少模具的生產時間，提高生產效率及塑件質量具有非常明顯的作用。隨著工業技術的發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。