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感應(yīng)模具加熱是模具動(dòng)態(tài)溫度控制的一種變形。這就使得 
在極度短的時(shí)間內(nèi)讓模具的一個(gè)小區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生大的溫度梯度成為可能。這樣能夠顯著的減少冷卻時(shí)間。 

德國(guó)呂登沙伊德的Kunststoff研究所和弗賴堡的Huttinger電子有限兩合公司以及其它二十家公司進(jìn)行了一個(gè)名為“注射模塑的感應(yīng)加熱”項(xiàng)目的研究，解決將感應(yīng)模塑加熱用于容器產(chǎn)品生產(chǎn)方面存在的問(wèn)題。兩年后，研究取得了成功，甚至在這個(gè)項(xiàng)目結(jié)束之前，一些參與者開(kāi)始將這種動(dòng)態(tài)溫度加熱的變形的方法用于產(chǎn)品的試生產(chǎn)或試模上。 

注射模塑感應(yīng)加熱的基本思想結(jié)合了數(shù)種優(yōu)點(diǎn)，尤其與傳統(tǒng)的溫度控制系統(tǒng)而言更是如此。例如，熱量不是通過(guò)傳導(dǎo)來(lái)進(jìn)行傳遞的，而是通過(guò)非接觸的方式精準(zhǔn)地傳遞到模具表面的指定區(qū)域的，并且其相鄰區(qū)域僅被輕微地加熱。因而短時(shí)間內(nèi)模腔壁上就能產(chǎn)生很高的溫度梯度。 

感應(yīng)體的安裝位置適當(dāng)?shù)脑�，模腔表面附近的溫度也能達(dá)到所需的值。表層效應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)是只有少得多的熱能被傳到模具上。在流體系統(tǒng)中，熱通道沿模腔壁傳遞熱量。結(jié)果就是模具的大部分不需要加熱的地方也被加熱了。如果傳到模具中的熱量能快速散發(fā)掉的話，感應(yīng)加熱僅能稍微地延長(zhǎng)加工周期。 

兩感應(yīng)體的排列 

原則上講，用于注射模塑的感應(yīng)加熱有不同的方式可供選擇。在這個(gè)項(xiàng)目中，研究人員用到了兩種感應(yīng)體的排列方式： 

■ 一個(gè)外部感應(yīng)體； 
■ 感應(yīng)體集成到注射模具中。 

前一個(gè)變形提供了最大的自由度，因?yàn)槟＞咴O(shè)計(jì)所要考慮的因素更少了。與第二個(gè)變形不同的是，該變形不需要對(duì)模具進(jìn)行改進(jìn)，因?yàn)槠渑鋫淞艘粋�(gè)手柄單元來(lái)將感應(yīng)體移入到打開(kāi)的模具內(nèi)部，并將其定位到被加熱模腔表面的前面。 

將感應(yīng)體集成到注射模具中是一個(gè)無(wú)比大的挑戰(zhàn)。設(shè)計(jì)者必須進(jìn)行設(shè)計(jì)測(cè)量來(lái)確保感應(yīng)體及其必要的連接單元(電路和水路)能被集成到模具中。同時(shí)，要確保模具中相應(yīng)的區(qū)域能被選擇性地加熱，并避免其它不需要加熱的區(qū)域被加熱。 

除了考察對(duì)注射模塑進(jìn)行感應(yīng)加熱的可行性并制訂出相應(yīng)的具體方案外，該項(xiàng)目組還調(diào)查了其它一些問(wèn)題，如，什么溫度測(cè)量系統(tǒng)是最好的？不同的溫度控制系統(tǒng)如何影響模具的熱平衡？ 

試模測(cè)試 

在該項(xiàng)目的起初，項(xiàng)目參與者的目標(biāo)是將感應(yīng)體集成到模具中。這就需要感應(yīng)體能長(zhǎng)期、可靠地工作，同時(shí)能以最可能簡(jiǎn)單的方式插入到模具中。在接下來(lái)的工作中，一個(gè)實(shí)驗(yàn)用模具被設(shè)計(jì)和加工出來(lái)，以期在集成有必要輔助設(shè)備的注射模塑機(jī)上獲得在真實(shí)注射模塑加工中的初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 

在實(shí)驗(yàn)中，研究人員發(fā)現(xiàn)關(guān)注溫度的測(cè)量比最初想象的還要重要。依據(jù)是使用集成的還是外部的感應(yīng)器來(lái)對(duì)模具進(jìn)行加熱，研究人員對(duì)不同的測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試和評(píng)價(jià)。由于在這種情況下模具溫度的控制比標(biāo)準(zhǔn)注射模塑的更為重要，因此在試模中引入了不同的溫度控制系統(tǒng)，并且研究了它們對(duì)模具熱平衡、周期時(shí)間和部件質(zhì)量的影響。 

在由長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的試驗(yàn)?zāi)＞咚�得到的溫度曲線中(圖1所示)，紅色曲線表面感應(yīng)熱開(kāi)始產(chǎn)生。峰代表感應(yīng)加熱期間溫度的上升。從80℃的開(kāi)始溫度來(lái)看，溫度上升了大約12℃。溫度的波動(dòng)可由在感應(yīng)加熱期間其它方式熱量的傳入來(lái)進(jìn)行解釋，其由與模具相連的一個(gè)低功率的溫度控制系統(tǒng)所產(chǎn)生。這就意味著在可用的時(shí)間范圍內(nèi)不能將傳導(dǎo)進(jìn)的熱量從模具中去除。這種短暫的熱波動(dòng)大約15分鐘后就消失了(圖1中淺褐色曲線所示)。值得注意的是圖中的曲線并不代表模腔壁的溫度變化。由熱穩(wěn)定狀態(tài)下測(cè)定的結(jié)果來(lái)看，在加熱2秒時(shí)，模具表面的溫度達(dá)到大小為150℃的最大值。

進(jìn)一步的優(yōu)化過(guò)程的目的是避免出現(xiàn)上述的溫度波動(dòng)過(guò)程，以期在理想狀態(tài)下，模具的溫度在一個(gè)循環(huán)周期的末尾能達(dá)到80℃。圖2表明了一個(gè)與傳統(tǒng)的溫度控制方式(紅色曲線)相比較的優(yōu)化溫度控制系統(tǒng)(淺褐色和黑色曲線)。這里的紅色曲線代表模具的溫度穩(wěn)定狀態(tài)。那就意味著初始時(shí)模具的溫度是80℃(參見(jiàn)圖1)。

淺褐色曲線表明，當(dāng)使用同樣的峰溫時(shí)，優(yōu)化系統(tǒng)能大約早2秒達(dá)到開(kāi)始溫度。這里需要注意的是，當(dāng)模具溫度從較低的水平開(kāi)始時(shí)，大量的熱傳到模具中以最大限度的確保模溫能達(dá)到同樣的溫度值。另一方面，黑色曲線表示其與紅色曲線有大致相當(dāng)?shù)臒崃總魅氲侥＞咧小＝Y(jié)果是根據(jù)在80和大約92℃這兩個(gè)不同的溫度下峰溫較低。從曲線能看出模具中快得多的熱量減少。

通過(guò)優(yōu)化溫度控制系統(tǒng)，我們能達(dá)到兩個(gè)基本的目標(biāo) — 避免溫度波動(dòng)和減少循環(huán)時(shí)間。在具體情況中，必須核實(shí)這些結(jié)果的應(yīng)用范圍。

更多的熱量需求

如上所言，使用外部感應(yīng)器最主要的優(yōu)點(diǎn)就是不需要對(duì)模具進(jìn)行修改。然而與將感應(yīng)器集成到模具中的方法相比，這種安排需要更復(fù)雜的溫度測(cè)量和不同的溫度控制。因?yàn)楹夏：妥⑸潆A段開(kāi)始時(shí)模具表面的溫度可能會(huì)下降，因此模具溫度在加熱階段時(shí)應(yīng)被加熱到實(shí)際所需的溫度之上。模腔溫度曲線(圖3所示)表明模具溫度在加熱階段結(jié)束后就立即開(kāi)始下降。取決于在模具表面進(jìn)行加熱所用的過(guò)程，在加熱階段結(jié)束后的兩秒之內(nèi)就能觀測(cè)到60和100℃之間的冷卻過(guò)程。

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)模溫超過(guò)設(shè)定的上限溫度時(shí)，我們能觀察到模具表面的變化，這種變化也是溫度控制的需要。應(yīng)該有必要著手提高模具工程方面的水平。

避免熔接線和重復(fù)出現(xiàn)的微結(jié)構(gòu)

有數(shù)個(gè)研究的重點(diǎn)放在了避免生產(chǎn)的部件表面出現(xiàn)可見(jiàn)的熔接痕，并通過(guò)對(duì)不同表面的X射線物相照片來(lái)對(duì)這些可重復(fù)的現(xiàn)象進(jìn)行研究。例如，與傳統(tǒng)的溫度控制系統(tǒng)相比，由EDM加工的模具的模溫主要隨感應(yīng)熱的增加而增加，并且生產(chǎn)部件的表面更光潔。生產(chǎn)的部件具有更高重現(xiàn)精度的結(jié)構(gòu)也是前面結(jié)果的體現(xiàn)。在一些情況下，模具表面可被精確的重復(fù)加工出來(lái)(甚至100%的精度)。由于模具不需要象傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)溫度加工那樣的整體升溫和冷卻，因而甚至能得到微結(jié)構(gòu)上重復(fù)性好的產(chǎn)品，并且還能縮短生產(chǎn)周期。

標(biāo)題處的圖片顯示了一個(gè)有許多開(kāi)口并具有雙澆口的平板，這會(huì)導(dǎo)致大量的熔接縫，圖片顯示在部件高光滑度的表面有以凹痕形式存在的流痕(如圖4所示)。而采用感應(yīng)模具加熱技術(shù)的話，則部件表面沒(méi)有可見(jiàn)的熔接凹痕(如圖5所示)。雖然這里采用了傳統(tǒng)的溫度控制系統(tǒng)，并且生產(chǎn)的部件具有更高的表面質(zhì)量，但生產(chǎn)周期也與標(biāo)準(zhǔn)工藝的相當(dāng)。

總結(jié)及展望

注射模塑的感應(yīng)加熱兼顧了產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性方面的考慮。其應(yīng)用于需采用高模腔溫度來(lái)提高部件質(zhì)量或應(yīng)用到如下制造工藝的場(chǎng)合：

■ 避免表面缺陷(熔接縫）；
■ 提高重復(fù)性的精度(微觀結(jié)構(gòu)，光學(xué)部件）；
■ 便于薄壁部件的生產(chǎn)和微注射模塑；
■ 降低靠近部件表面的區(qū)域內(nèi)的應(yīng)力；
■ 稀釋電鍍涂層。