塑料模具设计教程_5-8温度调节系统设计(2)

5-8-3　模具的加热系统

一 模具加热的方式

    当注射成型工艺要求模具温度在90℃以上时，模具中必须设置加热装置。模具的加热方式很多，如热水、热油、水蒸气、煤气或天然气加热和电加热等，目前普遍采用的是电加热温度调节系统。电加热有电阻加热和工频感应加热，前者应用广泛，后者应用较少。如果加热介质采用流体，那么其设计方法类似于冷却水道的设计。下面介绍电加热的主要方式。

1. 电热丝直接加热

    将选择好的电热丝放入绝缘瓷管中装入模板的加热孔，通电后就可对模具进行加热。这种加热方法结构简单、成本低廉，但加热丝与空气接触后易氧化，寿命较短，同时也不太安全。

2. 电热圈加热

    将电热丝绕制在云母片上，再装夹在特制的金属外壳中，电热丝与金属外壳之间用云母片绝缘，将它围在模具外侧对模具进行加热。电热圈加热的特点是结构简单、更换方便；缺点是耗电量大。这种加热装置主要适合于压缩模和压注模。

3. 电热棒加热

    电热棒是一种标准的加热元件，它是由具有一定功率的电热丝和带有耐热绝缘材料的金属密封管组成，使用时根据需要的加热功率选用加热棒的型号和数量，然后将其插入模板上的加热孔内通电即可。加热棒加热的特点是使用和安装都很方便。

二 模具加热装置的要求和计算

1. 对模具电加热的要求

（1）电热元件的功率应适当，不宜过小也不宜过大，过小，则模具不能加热到并保持规定的温度；过大，即使采用温度调节器仍难以使模具温度保持稳定。这是由于电热元件附近温度比模具型腔的温度高得多，即使电热元件断电，其周围积聚的大量热量仍继续传到型腔，使型腔继续保持高温，这种现象叫做“加热后效”，电热元件功率愈大，“加热后效”现象愈显著。

（2）合理布置电热元件，使模具温度趋于均匀。

（3）注意模具温度的调节，保持模具温度的均匀与稳定。加热板中央和边缘可采用两个调节器，对于大型模具最好将电热元件分为两组，即主要加热组和辅助加热组，成为双联加热器。主要加热组的电功率占总电功率的2/3以上，它处于连续不断的加热状态，但只能维持稍低于规定的模具温度，当辅助加热组也接通时，才能使模具达到规定的温度。调节器控制着辅助加热器的接通与断开。目前，模具温度大多由注射机相应的温控系统进行调控。

电加热装置清洁、简单，便于安装、维修和使用，温度调节容易，可调节范围大，易于实现自动控制。但升温较慢，不能在模具中轮换地加热和冷却，有“加热后效”现象。

2. 模具加热装置的计算

（1）计算加热模具所需的总功率

    加热模具所需的总功率可用下式计算：

                            （5-8-5）

式中   P——加热模具所需的总功率，kW；

m——模具的质量，kg；

Cp——模具材料的定压比热容，kJ/kg·K；

 θ1——模具初始温度，℃；

 θ2——模具要求加热后的温度，℃；

 η——加热元件的效率，约0.3~0.5；

t——加热时间，h。

加热模具所需的总功率也可根据经验先查表5-8-4，取得单位质量模具所需的电功率q，然后乘以模具质量，即可得到所需的电功率。

表5-8-4  单位质量模具加热所需的电功率                        W/kg

（2）确定电热棒的根数和每根电热棒的功率

加热模具所需的总功率确定之后，可根据电热板的尺寸确定电热棒的数量，进而计算出每根电热棒的功率。也可以先选择电热棒的适当功率，再计算出电热棒的根数。

设电热棒采用并联式，则：

Pr＝P/n                                （5-8-6）

式中    Pr——每根电热棒的功率，W；

P——加热模具所需的总功率，W；

n——电热棒的根数。

（3）查阅电热棒的标准，选择适当的电热棒。如果标准中没有合适的电热棒，则需自行设计制造电加热元件。