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      模具的加熱、保溫與冷卻

       
       

      l 概述
      模壓成型工藝是塑性材料最常見、歷史最悠久的成型方法之一,并且是研究材料性能最常采用的一種工藝方法。它具有成型裝置簡單、設備投資小、模具結構簡單等特點,在機械化、自動化生產高度發達的今天,仍是一種最為普及的生產手段之一。然而,進行壓縮模塑成型的模具設計能參考的文獻除了教科書、幾位前輩所著的專著、模具設計圖例以外,少有人總結模具設計中的關鍵技巧。
      模具的加熱、保溫與冷卻及裝夾結構是復合材料模具設計不可或缺的一部分。結構設計直接影響到產品的外觀及內在質量均勻性,同時還影響產品的成型效率。
      2 加熱、保溫與冷卻設計
      2.1 加熱管的設計要求
      鋼制加熱是幾乎所有塑料成型模具設計必須采用的加熱手段,可設計為單向接線、雙向接線等多種形式,材質上可采用有縫管、無縫管、不銹鋼管等,特點是熱損失小、熱效率高、排線簡單,可根據需要設
      計為220V或380V,接線為式靈活多樣。但由于其材料和加工工藝的限制,模具設計中要注意它向身特點。
      (l)加熱管在兩端通常有較長的冷端,并不能起到加熱的作用。
      (2)加熱段的功率設計盡量不超過10瓦特/厘米的限制。如30厘米長的加熱管,功率盡可能不要
      超過300瓦。如果設計功率超過這個限制,加熱管表面負荷較高,鋼管易氧化腐蝕,造成短路。
      (3)對于溫度高于250℃的模具設計,采用加熱管有一定難度。
      我曾經利用加熱管升溫達到420℃,但是這種成型溫度對加熱管質量要求較高,需要經常檢查電路的通暢與短路與否。因為這種條件下加熱管、接線端子、連接用的銅線、鋼片等介質非常易于氧化,從而導致斷路。因此對電傳輸介質需要進行特殊處理,盡量避免使傳導電線暴露在空氣中,延長導線的使用壽命。
      烙鐵芯通常也被作為模具加熱管的一種,特點是單位長度功率高(通常直徑10mm,長8cm規格的烙鐵芯可以達到150瓦的輸出功率),耐用,安全性好,不易形成擊穿短路,可以通過鉆盲孔來埋設,缺點是難以定制設計,拆換時易碎、斷。
      電路設計中不可缺少保險、空氣開關等保險措施,操作地由要保持干凈整潔,絕緣良好,操作中勤于檢查電氣故障,防止不必要的危險。
      2.2 加熱管的安裝鉆孔
      從傳熱角度上理解,加熱管的安裝要與模具表面盡可能貼合,以利于加熱管的熱量盡快傳遞到模具上。而實際上加熱管與模具并沒有多大接觸面積,傳熱的本質是輻射,傳導是次要的。因此大部分用于模具安裝的加熱管表面都涂有增強紅外輻射的涂層,同時也采用限制設計功率(10瓦特/厘米)的辦法以增長加熱管的使用壽命。
      因此在加工加熱管孔時,尤其是長加熱管孔的加工沒必要設計太小的配合間隙,有效的設計方法是在孔的兩端盡可能能與加熱管嚴密配合,可以采用填塞、封堵或設計擋片等辦法。這種做法可以有效減小加熱管的散熱面積以及輻射熱量的損失。
      2.3 加熱管的埋放
      埋放的加熱管,最好采用與管內介質相同的氧化鎂粉進行充填,以降低加熱管表面的熱負荷,這種方法可以減少管的表面氧化,有效延長管的使用壽命。有條件的話,加熱管的安裝孔也最好灌入的氧化鎂粉。
      2.4 模具保溫方法
      加強模具的保溫措施可以減少模具的熱損失,可使模具在較短的時間內達到預定的生產溫度,減少能源浪費。每個工程技術人員對這個問題都有一套獨特的解決辦法,我只談談我的經驗。
      2.4.l 加熱板的保溫措施
      加熱板保溫通常采用石棉板或石棉布保溫,但石棉布不易擺放平整,對壓板的平行度保證也有定的影響。石棉板的種類很多,最常見的是橡膠石棉板,但這種石棉板卻不對以用于密封隔熱用的材料,具有一定的可壓級勝,同時在高溫時會釋放出一種十分難聞的氣味,影響操作環境及操作人的身體健康。
      加熱板的保溫宜采用石棉紙板,常見的規格是1000x1000,3-5mm厚,板體較為規整,平行度較好,可壓縮性比較平均,高溫下無異味產生。
      2.4.2 模具的保溫措施
      模具的保溫措施很多,可用石棉布或玻璃布包裹氫氧化鋁保溫棉進行保溫,F在市場上還有一種保溫涂料是目前用作模具保溫的理想材料,它由中長纖維、漿料及一種保溫泡沫材料混合而成,粘性適中,易于涂抹。這種材料常用作化工、采暖管道的保溫層材料,略含堿性(易腐蝕模具)。經在150℃條件下使用沒發現有燒焦、熔化、氣味等負面影響。同時材料很輕,可塑性較強,容易形成較為美觀的模具表面。
      2,5 模具的冷卻方法
      水冷卻是大多數模具采用的冷卻方式,但也有其缺點;要求管道密封性要好,上下水管路必須通暢,對水資源的浪費較大。當冷卻溫度超過100℃時,易產生蒸汽爆炸。優點是熱容較大,可實現快速降溫。
      風冷卻是一種比較理想的冷卻方法,和水冷正相反,它不需要嚴密的管道密封,不存在資源浪費,可以冷卻溫度高于100℃的模具,可以通過氣體的流量來確定冷卻的速度,并且來源簡潔方便,有一定規模的生產車間都能取得比較方便的氣源。
      3 模具的裝夾
      模具的裝夾結構與模具的加熱、保溫與冷卻系統密切相關,同時為模具的更換、裝卸提供一定的方便特性。多數設計者為圖方便,只簡單地將模具上打幾個安裝孔用以固定。例是多數的壓模都不單獨設計加熱裝置,而是在壓機上下壓板上安裝加熱板以簡化中小型模具的加工。模具結構中就只剩下構成型腔主體結構的模塊。這時模具可以采用注塑模具的固定辦法——用壓板將模具固定在上下模板上。在加熱板模具上設計好固定壓板的空間即可。這種設計不僅可以用于移動式壓模,也可用于帶有簡單項出機構的壓模。僅需要在加熱板的設計中才考慮到頂桿的位置與加熱管不相沖突即可。也可以利用一種模具的模架對多個模具進行通用性改造,以簡化模具制造成本。
      如果供具較高,單純的加熱板加熱已經不能滿足均勻加熱的需要,這時需要在模具上安裝輔助加熱系統,可以山加熱片、加熱管及烙鐵芯構成。
      對于結構簡單、尺寸較小的模具,采用加熱板加熱會造成大過的熱量損失,在模具尸設計簡單的加熱系統就能夠滿足要求。需要注意的是在模具和壓機固定板之間要添加隔熱物(通常來采用石棉紙板)來保溫,同時需要注意電源線的排布整齊和電偶孔的位置。這種設);由于熱容較小,特別適用于需要反復加熱冷卻或快速加熱冷卻的小型模具。
      4 結語
      本文是實際工程應用中的總結,經實踐文中涉及的多種技巧和辦法可行。

       
           
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