感應(yīng)模具加熱是模具動態(tài)溫度控制的一種變形。這就使得在極度短的時間內(nèi)讓模具的一個小區(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間。

　　注射模塑感應(yīng)加熱的基本思想結(jié)合了數(shù)種優(yōu)點，尤其與傳統(tǒng)的溫度控制系統(tǒng)而言更是如此。例如，熱量不是通過傳導(dǎo)來進行傳遞的，而是通過非接觸的方式精準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?shù)脑?，模腔表面附近的溫度也能達到所需的值。表層效應(yīng)的優(yōu)點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。在這個項目中，研究人員用到了兩種感應(yīng)體的排列方式：

　　一個外部感應(yīng)體;

　　感應(yīng)體集成到注射模具中。

　　前一個變形提供了最大的自由度，因為模具設(shè)計所要考慮的因素更少了。與第二個變形不同的是，該變形不需要對模具進行改進，因為其配備了一個手柄單元來將感應(yīng)體移入到打開的模具內(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無比大的挑戰(zhàn)。設(shè)計者必須進行設(shè)計測量來確保感應(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，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。

　　除了考察對注射模塑進行感應(yīng)加熱的可行性并制訂出相應(yīng)的具體方案外，該項目組還調(diào)查了其它一些問題，如，什么溫度測量系統(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?

　　試模測試

　　在該項目的起初，項目參與者的目標是將感應(yīng)體集成到模具中。這就需要感應(yīng)體能長期、可靠地工作，同時能以最可能簡單的方式插入到模具中。在接下來的工作中，一個實驗用模具被設(shè)計和加工出來，以期在集成有必要輔助設(shè)備的注射模塑機上獲得在真實注射模塑加工中的初步實驗結(jié)果。

　　在實驗中，研究人員發(fā)現(xiàn)關(guān)注溫度的測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)器來對模具進行加熱，研究人員對不同的測量系統(tǒng)進行了測試和評價。由于在這種情況下模具溫度的控制比標準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)，并且研究了它們對模具熱平衡、周期時間和部件質(zhì)量的影響。

　　在由長時間運行的試驗模具所得到的溫度曲線中(圖1所示)，紅色曲線表面感應(yīng)熱開始產(chǎn)生。峰代表感應(yīng)加熱期間溫度的上升。從80℃的開始溫度來看，溫度上升了大約12℃。溫度的波動可由在感應(yīng)加熱期間其它方式熱量的傳入來進行解釋，其由與模具相連的一個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間范圍內(nèi)不能將傳導(dǎo)進的熱量從模具中去除。這種短暫的熱波動大約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)下測定的結(jié)果來看，在加熱2秒時，模具表面的溫度達到大小為150℃的最大值。

　　進一步的優(yōu)化過程的目的是避免出現(xiàn)上述的溫度波動過程，以期在理想狀態(tài)下，模具的溫度在一個循環(huán)周期的末尾能達到80℃。圖2表明了一個與傳統(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)。那就意味著初始時模具的溫度是80℃(參見圖1)。

　　淺褐色曲線表明，當使用同樣的峰溫時，優(yōu)化系統(tǒng)能大約早2秒達到開始溫度。這里需要注意的是，當模具溫度從較低的水平開始時，大量的熱傳到模具中以最大限度的確保模溫能達到同樣的溫度值。另一方面，黑色曲線表示其與紅色曲線有大致相當?shù)臒崃總魅氲?a href="http://www.www.usllm.cn/news/detail/5813.html" class="keyword_link" title="查看更多“模具”信息！" target="_blank">模具中。結(jié)果是根據(jù)在80和大約92℃這兩個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。

　　通過優(yōu)化溫度控制系統(tǒng)，我們能達到兩個基本的目標 — 避免溫度波動和減少循環(huán)時間。在具體情況中，必須核實這些結(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)點就是不需要對模具進行修改。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)雜的溫度測量和不同的溫度控制。因為合模和注射階段開始時模具表面的溫度可能會下降，因此模具溫度在加熱階段時應(yīng)被加熱到實際所需的溫度之上。模腔溫度曲線(圖3所示)表明模具溫度在加熱階段結(jié)束后就立即開始下降。取決于在模具表面進行加熱所用的過程，在加熱階段結(jié)束后的兩秒之內(nèi)就能觀測到60和100℃之間的冷卻過程。

　　在實驗過程中，當模溫超過設(shè)定的上限溫度時，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)個研究的重點放在了避免生產(chǎn)的部件表面出現(xiàn)可見的熔接痕，并通過對不同表面的X射線物相照片來對這些可重復(fù)的現(xiàn)象進行研究。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(甚至100%的精度)。由于模具不需要象傳統(tǒng)的動態(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。

　　標題處的圖片顯示了一個有許多開口并具有雙澆口的平板，這會導(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，則部件表面沒有可見的熔接凹痕(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)周期也與標準工藝的相當。

　　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)濟性方面的考慮。其應(yīng)用于需采用高模腔溫度來提高部件質(zhì)量或應(yīng)用到如下制造工藝的場合：

　　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。