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感應模具加熱是模具動態(tài)溫度控制的一種變形。這就使得 
在極度短的時間內讓模具的一個小區(qū)域內產生大的溫度梯度成為可能。這樣能夠顯著的減少冷卻時間。 

德國呂登沙伊德的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行了一個名為“注射模塑的感應加熱”項目的研究，解決將感應模塑加熱用于容器產品生產方面存在的問題。兩年后，研究取得了成功，甚至在這個項目結束之前，一些參與者開始將這種動態(tài)溫度加熱的變形的方法用于產品的試生產或試模上。 

注射模塑感應加熱的基本思想結合了數(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。因而短時間內模腔壁上就能產生很高的溫度梯度。 

感應體的安裝位置適當?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，感應加熱僅能稍微地延長加工周期。 

兩感應體的排列 

原則上講，用于注射模塑的感應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體的排列方式： 

■ 一個外部感應體； 
■ 感應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體移入到打開的模具內部，并將其定位到被加熱模腔表面的前面。 

將感應體集成到注射模具中是一個無比大的挑戰(zhàn)。設計者必須進行設計測量來確保感應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加熱的可行性并制訂出相應的具體方案外，該項目組還調查了其它一些問題，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體集成到模具中。這就需要感應體能長期、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計和加工出來，以期在集成有必要輔助設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果。 

在實驗中，研究人員發(fā)現(xiàn)關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)，紅色曲線表面感應熱開始產生。峰代表感應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)所產生。這就意味著在可用的時間范圍內不能將傳導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)臒崃總魅氲侥＞咧�。結果是根據(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，必須核實這些結果的應用范圍。

更多的熱量需求

如上所言，使用外部感應器最主要的優(yōu)點就是不需要對模具進行修改。然而與將感應器集成到模具中的方法相比，這種安排需要更復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，在加熱階段結束后的兩秒之內就能觀測到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。

避免熔接線和重復出現(xiàn)的微結構

有數(shù)個研究的重點放在了避免生產的部件表面出現(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熱的增加而增加，并且生產部件的表面更光潔。生產的部件具有更高重現(xiàn)精度的結構也是前面結果的體現(xiàn)。在一些情況下，模具表面可被精確的重復加工出來(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構上重復性好的產品，并且還能縮短生產周期。

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)。而采用感應模具加熱技術的話，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)，并且生產的部件具有更高的表面質量，但生產周期也與標準工藝的相當。

總結及展望

注射模塑的感應加熱兼顧了產品質量和經濟性方面的考慮。其應用于需采用高模腔溫度來提高部件質量或應用到如下制造工藝的場合：

■ 避免表面缺陷(熔接縫）；
■ 提高重復性的精度(微觀結構，光學部件）；
■ 便于薄壁部件的生產和微注射模塑；
■ 降低靠近部件表面的區(qū)域內的應力；
■ 稀釋電鍍涂層。