CN110271158A - 一种模具中目标区域温度获取方法、控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种模具中目标区域温度获取方法、加热控制方法及系统。温度获取方法包括：在模具中设有目标区域，目标区域至少包括型腔表面、流道、浇道；在模具上设置有至少一个测温点，获得测温点温度分布并得到将测温点温度分布映射到目标区域温度分布的映射关系；获取模具工作过程中测温点的实时温度分布T1test，以及实时温度分布T1test对应的模具加热或冷却时长t1test，根据映射关系，得到目标区域的测量温度T2测：T2测＝g(T1test,t1test)。通过建立目标区域温度分布与测温点温度分布的映射关系，在实际注塑过程中，通过测温点的实时温度和映射关系，能够快速获得目标区域温度，成本低，不破坏目标区域结构，避免了用测温点温度估计目标区域温度的误差问题。

Description

一种模具中目标区域温度获取方法、控制方法及系统
技术领域
本发明涉及模温控制领域，温度，特别是涉及一种模具中目标区域温度获取方法、控制方法及系统。
背景技术
传统注塑成型中模具温度往往保持固定不变，这不利于产品质量的控制和生产周期的调整。快变模温控制技术实时动态调控整个成型过程，可提高产品表面光洁度，使表面光洁度可达到镜面要求；无需污染环境的喷漆等后续加工，有效降低成本，缩短制品的成型周期而且减小了成型周期，提高了生产效率，是高光注射成型最为关键的使用技术。
快变模温控制技术除了对模具加热和冷却单元的快速温度响应有较高要求外，还要求能够对模具中目标区域(目标区域包括模具中的型腔、流道、浇道等区域)温度进行准确测量以便精确合理的控制加热或冷却时间，实现快变模温过程的高精度控制。现有技术中一般在模具边缘开一个或多个孔并在孔内安装有温度传感器，通过温度传感器输出的温度值来作为或者推测型腔表面的温度，存在较大误差，不能实现高精度的模温控制。
现有技术中公开号为CN108688114A的中国专利披露了一种快速变模温注塑成型方法，在该专利中通过在模具型腔表面安装多个温度传感器以期获得准确的型腔表面温度用于后续加热或冷却控制，若在型腔表面设置温度传感器，会破坏型腔表面的光滑性，影响工件表面质量，此外，在型腔表面和/或靠近型腔表面设置温度传感器极易导致型腔变形甚至破裂，同时还增加了成本。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种模具中目标区域温度获取方法、控制方法及系统。
为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种模具中目标区域温度获取方法，它包括：
步骤S1，在模具中设有目标区域，所述目标区域至少包括型腔表面、流道、浇道；在模具上设置有至少一个测温点，获得测温点多个温度分布并得到将该多个测温点温度分布映射到目标区域温度分布的映射关系；
步骤S2，获取模具工作过程中测温点的实时温度分布T1test，以及实时温度分布T1test对应的模具加热或冷却时长t1test，根据映射关系，得到目标区域的测量温度T2测：
T2测＝g(T1test,t1test)；其中，g()为映射关系函数。
上述技术方案的有益效果为：通过建立目标区域温度分布与测温点温度分布的映射关系，在实际模具加热和冷却过程中，通过测温点的实时温度和映射关系，能够快速的获得目标区域的温度，成本低，不破坏目标区域结构，避免了传统方法中通过测温点温度估计目标区域温度带来的误差问题，也避免了在目标区域中设置多个温度传感器进行目标区域温度测试方案中的温度传感器安装复杂，破坏型腔结构，引起型腔变形等问题，为快变模温条件下的模具高精度温度控制提供关键技术。另外，将模具加热或冷却时长t1test作为映射关系中的一个因变量，避免了同一T1test对应两个或两个以上时间点时带来的目标区域温度获取误差，提高了目标区域温度的获取准确性。
在本发明的一种优选实施方式中，所述测温点设置于模具表层上或设置于模具表面的预设孔洞中。
上述技术方案的有益效果为：容易安装，对模具、型腔等结构的影响较小。
在本发明的一种优选实施方式中，所述步骤S1包括：
步骤S11，获取模具加热或冷却过程的标定工况条件；所述标定工况条件包括加热或冷却过程中原料流体的初始温度、流量、以及按照注塑工艺设定的加热时间或冷却时间；
步骤S12，在标定工况条件下进行模具加热或冷却实验，获得测温点的实验温度-时间曲线；设置偏差阈值；对模具进行几何建模、网格划分、过程建模、以及设置边界条件；
步骤S13，进行模具加热或冷却过程的数值仿真并获得仿真结果；
步骤S14，从仿真结果中获取测温点的仿真温度-时间曲线，计算仿真温度-时间曲线和实验温度-时间曲线的偏差，若所述偏差达到偏差阈值，调节仿真参数，所述仿真参数包括注塑材料的物性参数、模具材料参数和边界条件，返回步骤S13；若所述偏差未达到偏差阈值，进入步骤S15；
步骤S15，从仿真结果中获取目标区域仿真温度分布T2(t,x2,y2,z2)和测温点仿真温度分布T1(t,x1,y1,z1)：
其中，(x2,y2,z2)为目标区域中点的三维空间坐标，t为模具加热或冷却时间；(x1,y1,z1)为测温点的三维空间坐标；
步骤S16，建立测温点仿真温度分布T1(t,x1,y1,z1)和目标区域仿真温度分布T2(t,x2,y2,z2)的映射关系，将所述映射关系作为测温点温度分布到目标区域温度分布的映射关系。
上述技术方案的有益效果为：公开了获得测温点温度分布到目标区域温度分布的映射关系的具体过程，该过程中通过对模具的加热与冷却过程进行数值仿真，并通过实验验证仿真结果的可靠性，提高了获取的目标区域温度的可靠性。
在本发明的一种优选实施方式中，所述步骤S16包括：
设仿真结果中模具加热或冷却过程的总时间为t总，0≤t≤t总，将t总进行离散处理分为m个时间段，t1+t2+...+tm＝t总；
将目标区域仿真温度分布T2(t,x2,y2,z2)分解为T2(t,x2,y2,z2)|t＝t1，T2(t,x2,y2,z2)|t＝t2，…，T2(t,x2,y2,z2)|t＝tm共m个目标区域仿真温度子分布；
将测温点仿真温度分布T1(t,x1,y1,z1)分解为T1(t,x1,y1,z1)|t＝t1，T1(t,x1,y1,z1)|t＝t2，…，T1(t,x1,y1,z1)|t＝tm共m个测温点仿真温度子分布；
一一建立如下对应关系，完成目标区域仿真温度分布T2(t,x2,y2,z2)和测温点仿真温度分布T1(t,x1,y1,z1)映射关系的建立：
其中，ti表示第i个时间段，1≤i≤m。
上述技术方案的有益效果为：公开了建立测温点仿真温度分布和目标区域仿真温度分布的映射关系的一种具体方式，映射关系中测温点的仿真温度分布和目标区域仿真温度分布具有时间动态对应性，该映射关系计算量小，避免了复杂的面映射或体映射运算，对测试点和目标区域的空间分布形状和结构没有要求，具有广泛的适应性。
在本发明的一种优选实施方式中，在所述步骤S2中，根据映射关系，得到目标区域的测量温度T2测的步骤包括：
找到与测温点的实时温度分布T1test相同或近似的n个测温点仿真温度子分布，从n个测温点仿真温度子分布对应的时间段中找到tk，所述tk使得表达式的数值最小，1≤k≤m；
根据映射关系得到目标区域仿真温度子分布T2(t,x2,y2,z2)|t＝tk并作为t1test时的目标区域测量温度。
上述技术方案的有益效果为：公开了通过T1test和t1test，以及映射关系，获得目标区域测量温度的方法，该方法运算量少，准确性高。
在本发明的一种优选实施方式中，所述测温点为一个，测温点温度仿真分布为T1(t)，所述目标区域为型腔或流道或浇道中的一个点，目标区域温度仿真分布为T2(t)；目标区域的测量温度T2测为：
T2测＝σ(T1|t＝t1test)+β[(T2|t＝t1test)-(T1|t＝t1test)]+T1test，
其中，σ是测量反馈温度倍率系数，β是温差-时间修正系数，σ和β均大于0，σ和β与时间相关。
上述技术方案的有益效果为：公开了建立测温点仿真温度分布和目标区域仿真温度分布的映射关系的另一种具体方式，该方式中获取的目标区域的测量温度值会有测温点的温度值参与计算，有利于去除系统误差。
为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种模具快速加热控制方法，包括：
步骤A，获取不同模具尺寸、模件结构、原料热物性参数和注塑工艺下的多条模具加热曲线，得到多个目标加热时长及其对应的多个目标温度；
步骤B，根据模具尺寸，模件结构或原料热物性参数在模具上设置两个或两个以上加热区域，为加热区域中的加热流道分配流体出口；
步骤C，结合加热区域所在模具上的位置、加热区域包含的型腔结构、原料热物性参数匹配加热曲线，并基于所述加热曲线获得区域目标温度；
步骤D，控制器基于区域目标温度控制加热区域中加热流道内高温流体的流量；
步骤E，控制器基于加热曲线上的时间参数控制第一流量调节阀的开启和/或关断；
步骤F,控制器根据设置在模具上的温度传感器反馈的温度信息按照本发明所述的温度获取方法对目标区域温度进行测量，并根据目标区域温度的测量值调节各加热区域中加热流道内高温流体的流量。
上述技术方案的有益效果为：除了具有本发明所述的模具中目标区域温度获取方法的有益效果外，还具有为满足模件结构、模具尺寸以及原料特性的需求，将模具分区加热，不同加热区域设置有不同的区域目标温度，对加热区域的每个热流道流量单独控制，使加热控制更精准，快速加热，提高了模具加热的效率及产品质量，且整个模具能快速达到目标温度。避免了传统流道加热方式中流量无法改变，不能针对性区域加热以及加热速度较慢的问题。以及根据各加热区域反馈的实时温度，调节各加热流道的流量，实现高光亮注塑产品的快速、均匀及精确的加热工艺。
为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第三个方面，本发明提供了一种模具加热系统，包括开设有至少一个加热流道的模具、至少一个设置在所述模具上的温度传感器、高温流体源、分流机构、以及按照本发明所述的模具快速加热控制方法根据模具尺寸、模件结构和原料热物性参数，对所述分流机构的流体出口的通断和流量进行工艺匹配的控制器；
所述分流机构包括至少一个流体进口、可选择的多个流体出口，以及与所述流体出口对应的控制流体出口流量的多个第一流量调节阀；
一个加热流道与一个流体出口通过管路连接；
控制器的高温流体控制端与高温流体源的开关端电连接，控制器的第一阀门控制端与第一流量调节阀的控制端电连接，温度传感器的输出端与控制器的温度输入端电连接。
上述技术方案的有益效果为：针对不同的模具、不同注塑模件的结构特性和不同的原料，给加热流道分配流体出口，结合加工工艺控制每个流体出口的通或断，以及流量，实现不同模具快速加热的工艺优化，提高了加热效率和缩短了加工周期，通过合理配置流体出口的数量、通流时间和流量能适应不同的注塑原料、模件和模具的加热需求，具有通用性。
为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第四个方面，本发明提供了一种电加热模具加热系统，包括电加热模具，所述电加热模具包括型腔和位于所述型腔周围的多个电热元件；
还包括至少一个设置于电加热模具上的温度传感器、加热电源、以及处理器；
所述处理器的温度输入端与温度传感器的输出端连接；处理器按照本发明所述的温度获取方法对目标区域温度进行测量，并根据测量值按照注塑工艺控制加热电源的输出端与电加热模具中电热元件的电源输入端接通或断开。
上述技术方案的有益效果为：除了具有本发明所述的温度获取方法的有益效果外，还具有基于发明所述的温度获取方法能够快速准确的获得目标区域在加热或冷却过程中的温度，并依据该温度按照注塑工艺控制电热元件的通电或断电，实现模具温度的高精度控制。
附图说明
图1是本发明一具体实施方式中温度获取方法的流程示意图；
图2是本发明一具体实施方式中模具结构示意图；
图3是本发明一具体实施方式中测温点温度分布与目标区域温度分布映射示意图；
图4是本发明一具体实施方式中分流机构的正视图；
图5是本发明一具体实施方式中分流机构的后视图；
图6是本发明一具体实施方式中模具加热系统的系统框图；
图7是本发明一具体实施方式中模具加热区域分布示意图；
图8是本发明一具体实施方式中电加热模具加热系统的系统框图。
附图标记：
1流体进口；2流体出口；3第一流量调节阀；4磁性件；5第二流量调节阀；6温度传感器；7高温流体源；8控制器；9模具；91加热区域一；92加热区域二；93加热区域三；94测温点；10加热流道；11模件型腔；111型腔表面；12浇料口。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
本发明公开了一种模具中目标区域温度获取方法，其流程示意图如图1所示，该方法包括：
步骤S1，在模具9中设有目标区域，目标区域至少包括型腔表面111、流道、浇道；在模具9上设置有至少一个测温点94，获得测温点94多个温度分布并得到将该多个测温点94温度分布映射到目标区域温度分布的映射关系；
步骤S2，获取模具9工作过程中测温点94的实时温度分布T1test，以及实时温度分布T1test对应的模具9加热或冷却时长t1test，根据映射关系，得到目标区域的测量温度T2测：
T2测＝g(T1test,t1test)；其中，g()为映射关系函数。
在本实施方式中，测温点94设置在容易安装的位置，可以是在模具表面任意深度设置测温点94，可以是靠近型腔的区域，优选但不限于设置在模具9表层上或设置于模具表面的预设孔洞中；如图2所示，设置在模具9侧面表层上。测温点94安装的温度传感器6优选但不限于为热电偶。测温点94上设置有安装热电偶的安装孔。测温点94可以为一个点，或者多个点，者多个点可构成一个空间曲面或平面。目标区域也可为一个点、多个点或者曲面等。因此，测温点94温度分布和目标区域温度分布均为包含空间坐标，时间，以及温度的多维数据，可以认为不同的时间点对应了温度在空间上的不同分布。
在本实施方式中，映射关系可根据测温点94的空间分布和目标区域的空间分布选择现有的数学理论中不同的映射关系，如当测温点94和目标区域均为一个点时，测温点94温度分布和目标区域温度分布将会为横坐标为时间，纵坐标为温度的两条直线，如图3所示，这时可以采用数学理论中的线性拟合、非线性拟合、离散点拟合等方法获得映射关系。如当测温点94和目标区域为相同数量的多个点时，测温点94温度分布和目标区域温度分布将会两个随着时间展伸的曲面，可根据数学理论中的多维矩阵映射原理找到对应关系。
在本实施方式中，模具9实际加热或冷却过程中，可能会出现模具9本体中部分区域温度上升或下降缓慢，容易出现一个以上的时间点对应相近或相同的温度值，因此，将时间作为映射关系的一个参数很有必要，能提高目标区域温度获取的准确性。
在本发明的一种优选实施方式中，步骤S1包括：
步骤S11，获取模具加热或冷却过程的标定工况条件；标定工况条件包括加热或冷却过程中原料流体的初始温度、流量、以及按照注塑工艺设定的加热时间或冷却时间；
步骤S12，在标定工况条件下进行模具加热或冷却实验，获得测温点94的实验温度-时间曲线；设置偏差阈值；对模具进行几何建模、网格划分、过程建模、以及设置边界条件；
步骤S13，进行模具加热或冷却过程的数值仿真并获得仿真结果；
步骤S14，从仿真结果中获取测温点94的仿真温度-时间曲线，计算仿真温度-时间曲线和实验温度-时间曲线的偏差，若偏差达到偏差阈值，调节仿真参数，仿真参数包括注塑材料的物性参数、模具材料参数和边界条件，返回步骤S13；若偏差未达到偏差阈值，进入步骤S15；
步骤S15，从仿真结果中获取目标区域仿真温度分布T2(t,x2,y2,z2)和测温点94仿真温度分布T1(t,x1,y1,z1)：
其中，(x2,y2,z2)为目标区域中点的三维空间坐标，t为模具加热或冷却时间；(x1,y1,z1)为测温点94的三维空间坐标；
步骤S16，建立测温点94仿真温度分布T1(t,x1,y1,z1)和目标区域仿真温度分布T2(t,x2,y2,z2)的映射关系，将映射关系作为测温点94温度分布到目标区域温度分布的映射关系。
在本实施方式中，根据模具9的实际具体尺寸与结构参数进行三维几何建模，几何建模的结果如图2所示。数值仿真的工具优选但不限于采用CFD平台中Ansys下的fluent模块。过程建模即基于材料的物性参数对模具9加热或冷却过程的流体力学与传热学进行建模，可通过本领域的现有技术得到或者实验测试得到，如在数值仿真工具上选择或者建立模具的传热与流动过程模型。
在本实施方式中，利用CFD等流体力学及传热学仿真软件的方法，对模具9冷却或加热过程的质量、动量、能量传输过程建立数值模型，确定进出口及边界条件(如散热边界)，通过几何模型网格划分，数值模型的离散化及求解，得到相关流场、温度场等物理场的分布情况。
在本实施方式中，仿真温度-时间曲线和实验温度-时间曲线均为横坐标为时间，纵坐标为温度的曲线，计算测温点94的仿真温度-时间曲线和实验温度-时间曲线的偏差，即为计算两个曲线上所有时间点对应的温度值差值，选择所有时间点的温度差值中的绝对值最大者或者绝对值平均值与目标升温量(如320℃)或目标将温量(如320℃)的比值作为仿真温度-时间曲线和实验温度-时间曲线的偏差。偏差阈值优选的为10％。
在本发明的一种优选实施方式中，步骤S16包括：
设仿真结果中模具加热或冷却过程的总时间为t总，0≤t≤t总，将t总进行离散处理分为m个时间段，t1+t2+...+tm＝t总；
将目标区域仿真温度分布T2(t,x2,y2,z2)分解为T2(t,x2,y2,z2)|t＝t1，T2(t,x2,y2,z2)|t＝t2，…，T2(t,x2,y2,z2)|t＝tm共m个目标区域仿真温度子分布；
将测温点94仿真温度分布T1(t,x1,y1,z1)分解为T1(t,x1,y1,z1)|t＝t1，T1(t,x1,y1,z1)|t＝t2，…，T1(t,x1,y1,z1)|t＝tm共m个测温点94仿真温度子分布；
一一建立如下对应关系，完成目标区域仿真温度分布T2(t,x2,y2,z2)和测温点94仿真温度分布T1(t,x1,y1,z1)映射关系的建立：
其中，ti表示第i个时间段，1≤i≤m。
在本实施方式中，符号为关联的意思，将T1(t,x1,y1,z1)|t＝ti与T2(t,x2,y2,z2)|t＝ti按照时间段一一关联。将t总进行离散处理分为m个时间段,优选的，每个时间段的时间长度相同，每个时间段的时间长度优选但不限于为1秒，10秒，30秒，60秒等。
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S2中，根据映射关系，得到目标区域的测量温度T2测的步骤包括：
找到与测温点94的实时温度分布T1test相同或近似的n个测温点94仿真温度子分布，n为正整数，1≤n≤m,从n个测温点94仿真温度子分布对应的时间段中找到tk，tk使得表达式的数值最小，1≤k≤m；
根据映射关系得到目标区域仿真温度子分布T2(t,x2,y2,z2)|t＝tk并作为t1test时的目标区域测量温度。
在一种优选实施方式中，测温点94为一个，测温点94温度仿真分布为T1(t)，目标区域为型腔或流道或浇道中的一个点，目标区域温度仿真分布为T2(t)，如图3所示，两个分布均为以时间为自变量的直线；目标区域的测量温度T2测为：
T2测＝σ(T1|t＝t1test)+β[(T2|t＝t1test)-(T1|t＝t1test)]+T1test，
其中，σ是测量反馈温度倍率系数，β是温差-时间修正系数，σ和β均大于0。σ和β与时间相关，即σ和β的取值随着模具加热或冷却过程的时间变化，不同的时间对应不同的取值。
本发明还公开了一种模具快速加热控制方法，在一种优选实施方式中，该方法包括：
步骤A，获取不同模具9尺寸、模件结构、原料热物性参数和注塑工艺下的多条模具9加热曲线，得到多个目标加热时长及其对应的多个目标温度；
步骤B，根据模具9尺寸，模件结构或原料热物性参数在模具9上设置两个或两个以上加热区域，为加热区域中的加热流道10分配流体出口；
步骤C，结合加热区域所在模具9上的位置、加热区域包含的型腔结构、原料热物性参数匹配加热曲线，并基于所述加热曲线获得区域目标温度；
步骤D，控制器8基于区域目标温度控制加热区域中加热流道10内高温流体的流量；
步骤E，控制器8基于加热曲线上的时间参数控制第一流量调节阀3的开启和/或关断；
步骤F,控制器8根据设置在模具9上的温度传感器6反馈的温度信息按照本发明的温度获取方法对目标区域温度进行测量，并根据目标区域温度的测量值调节各加热区域中加热流道10内高温流体的流量。
在本实施方式中，注塑成型过程大致可分为合模、射胶、保压、冷却、开模、制品取出六个阶段，在熔融状态下的原料注入模具9前，需要将模具9加热，原料注射完毕在模具9中需经固化或硫化过程，然后趁热脱膜。工艺上，对模具9的加热有一个加热曲线，该加热曲线的横轴为时间(单位可为秒)，纵坐标代表模具9的温度，加热曲线上有一个目标温度，当模具9达到目标温度后，加热系统让模具9保持目标温度一段时间(单位可为秒)，之后再进行冷却，该注塑工艺加热曲线可根据本领域注塑生产中蒸汽加热方法获得，为理论加热曲线。
在本实施方式中，不同的模具9尺寸、模件结构、原料热物性参数对加热过程有影响，理论加热曲线不能满足实际需要，需要根据在理论加热曲线上做相应修正，因此，可基于理论加热曲线得到多条结合模具9尺寸、模件结构、原料热物性参数的加热曲线。
模具9的尺寸对加热过程有影响，如大尺寸模具9，其远端管路更长，流体阻力和散热损失都显著增大，加热效果变差，因此在模具9上距离浇料口12的距离不同，需要的目标温度就不同，将浇料口12所在模具9部分的目标温度和加热时长设置为理论曲线上的目标温度和加热时长，按距与浇料口12的距离计算，需要的目标温度和加热时长与距离相关性(优选的，便于计算为线性增加)的增加。
模件结构不同需要目标温度不同，如弯折、阶梯等复杂结构比长方体等简单结构需要更高的目标温度和加热时长，如模件壁薄处比壁厚处需要更高的目标温度和加热时长，以避免因原料熔融体与壁面温度存在较大温差，热量快速传导到模具9体内，此处熔融体粘度迅速增加，不利于后续流动的问题，一般将模件结构简单且模件壁厚处的目标温度和加热时长设置为理论加热曲线上的目标温度和加热时长，结构复杂处和壁薄处的目标温度和加热时长在理论加热曲线上根据多次试验结果增加。
不同原料的热物性参数不同，热物性参数为原料粘度-温度关系，当原料的粘度-温度弱相关时，模具的目标温度和加热时长可以设置为理论加热曲线中的目标温度和加热时长，当原料的粘度-温度强相关时，需要在理论加热曲线基础上增加目标温度和加热时长，具体增加数值可根据多次试验结果得到。
模具9尺寸、模件结构、原料热物性参数中任意一者或两者或三者同时存在需要修正理论加热曲线时，应将每者的修正量(即目标温度增加量和加热时长增加量)进行叠加，优选的，为线性叠加，这样可以得到多条加热曲线。
在本实施方式中，根据不同的模具9尺寸范围、模件结构、原料热物性参数，将模具9分为不同的加热区域，每个加热区域内部包含有至少一个加热流道10，并将各加热区域的加热流道10与分流机构中的流体出口2一一对应管道连接，流体出口2的数量优选大于等于加热流道10数量，在管道外围可覆盖保温材料，以减少散热损失。
在本实施方式中，由于基于区域目标温度获得加热流道10的流量为理论计算值，实际加热过程中，因外部环境散热、控制误差等各种因素影响，实际流量或者该加热区域的温度与区域目标温度有所偏差，因此，优选的，在模具每个加热区域的表层设置有温度传感器6，通过温度传感器6反馈的温度信息根据映射关系获取到该加热区域中型腔或流道等目标区域的温度，控制器8对第一流量调节阀3阀门开度进行调节，从而使加热区域中的型腔或流道等目标区域的温度达到区域目标温度。优选的，控制器可通过PID控制算法，对第一流量调节阀3的流出流量进行控制。
在本发明的一种优选实施方式中，步骤B中，在模具9上设置两个或两个以上加热区域的方法为：
根据距模具9浇料口12的距离远近，分为不同的加热区域；
和/或根据模件结构的壁厚等级，分为不同的加热区域；
和/或根据模具9型腔内不同的流动阻力，分为不同的加热区域。
上述技术方案的有益效果为：公开了加热区域划分的方法和区域目标温度设置的方法，方法合理，具有通用性。
在本实施方式中，对于大尺寸模件或者薄壁类模件的模具9，分区设置尤其重要。对于大尺寸模件，可根据距模具9浇料口12的距离远近，分为不同的加热区域，如分为三个加热区域，分别为近端加热区域、中端加热区域和远端加热区域。每个加热区域的区域目标温度和目标加热时长不同，如远端加热区域为抵抗散热损耗和流体阻抗损耗，可以将其区域目标温度设置高于目标温度，通入流体的流量增大。
在本实施方式中，按照模件壁厚等级进行加热区域划分，模件壁厚区域与模件壁薄区域分开加热，以避免在模件壁薄区域原料溶体快速易凝固导致的注塑质量下降。
在本实施方式中，原料溶体在模具9型腔内的流道阻力受原料本身、模件壁厚、模件形状等结构特征影响，如模件结构复杂区域的流动阻力大于模件结构区域，模件壁厚区域的流动阻力小于模件壁薄区域；对于流动阻力较大区域相较于流动阻力较小区域，加热目标温度应更高和加热时长应更长。
在本实施方式中，划分好加热区域后，根据该区域所在模具9上的位置、所包含的部分型腔结构、原料热物性参数匹配加热曲线，不同的加热区域拥有不同的加热曲线，并基于该加热曲线获得区域目标温度和加热时间参数，控制器通过控制通入加热流道10的流量(即第一流量调节阀3的开度)来调节加热流道10所在加热区域的温度，控制器通过控制第一流量调节阀3的开启或关闭来匹配加热曲线上的时间参数。
在本发明提供的快速加热控制方法中划分加热区域的一种应用场景中，如图7所示，结合距离浇料口12的远近、模件型腔11的壁厚、原料熔融体的流道阻力将模具9划分为三个加热区域，分别为加热区域一91、加热区域二92和加热区域三93，每个加热区域中包含有一个加热流道10。一方面，加热区域二92距离浇料口12最近，其次是加热区域一91和加热区域三93，不考虑其他因素加热区域二92的区域目标温度T2应低于加热区域三93的目标温度T3和加热区域一91的目标温度T1；另一方面，从模件型腔11的结构可以看出，加热区域二92内模件壁最厚以及流动阻力最小，加热区域一91和加热区域三93内模件壁最薄以及流道阻力最大，不考虑其他因素加热区域二92的目标温度T2应低于加热区域一91的目标温度T1和加热区域三93的目标温度T3；结合上述两个方面，将加热区域二92的目标温度T2设置为理论加热曲线中的目标温度110℃，加热时长设置为理论加热曲线中的加热时长，将加热区域一91的目标温度T1和加热区域三93的目标温度T3均设置为120℃，高于加热区域二92的目标温度T2，加热区域一91和加热区域三93的加热时长设置为大于理论加热曲线中的加热时长。
在本实施方式中，对于不同的模具9和原料，该分流机构和加热控制方法均可适用，具有通用性，提高注塑生产的效率，使模具9能快速从初始温度升高到目标温度。
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤D中，加热流道10的高温流体流量q的计算公式为：
其中，Ga为格拉晓夫数；d为加热流道10的截面直径；q为高温流体流量；ρ为流体密度；λ为流体导热系数；A1为加热流道10截面面积；η为流体的液膜厚度；A是加热流道10内壁表面积；T'out为加热流道10出口温度，T'in为加热流道10进口温度，T'out和T'in按照本发明的温度获取方法获得；Prs为流体普朗特数；Prw为加热流道10的壁面普朗特数；ρ′为模具9材料密度；V为加热流道10在模具9上的有效加热体积；Cp为模具9材料比热容；T'1为加热流道10所在加热区域的区域目标温度；T'0为加热流道10所在加热区域的初始温度。
上述技术方案的有益效果为：公开了根据区域目标温度设置获得加热流道高温流体流量的计算公式。
在本实施方式，根据热平衡原理，模具9的加热区域获得的热量Q与蒸汽带来的有效热量Q蒸汽加热相等，有：
Q蒸汽加热＝Q；
根据对流换热理论，对上述公式进行推导，获得如下公式：
根据上式，可求得流道的流量ρ，再根据流量与阀门开度的关系，以及阀门开度与控制信号大小的关系(可参照选择的第一流量调节阀3的产品手册设置)，控制器8输出合适的控制电压至第一流量调节阀3的控制端，调节阀门开度，从而调节加热流道10内的高温流体的流量。优选的，可在每个流体出口2所在管路上设置一个流量传感器，用于检测与流体出口2管路连接的加热流道10内的高温流体的流量，控制器8基于流量传感器反馈的流量信息，来调整第一流量调节阀3的阀门开度，这样流量控制更精准。
在本实施方式中，V为加热流道10在模具9上的有效加热体积，优选但不限于，该加热流道10所在加热区域占用模具9的体积除以该加热区域中加热流道10的数量。
本发明还公开了一种模具加热系统，在一种优选实施方式中，其系统框图如图6所示，包括开设有至少一个加热流道10的模具9、至少一个设置在模具9上的温度传感器6、高温流体源7、分流机构、以及按照本发明的模具快速加热控制方法根据模具尺寸、模件结构和原料热物性参数，对分流机构的流体出口2的通断和流量进行工艺匹配的控制器8；
分流机构包括至少一个流体进口1、可选择的多个流体出口2，以及与流体出口2对应的控制流体出口2流量的多个第一流量调节阀3；
一个加热流道10与一个流体出口2通过管路连接；
控制器8的高温流体控制端与高温流体源7的开关端电连接，控制器8的第一阀门控制端与第一流量调节阀3的控制端电连接，温度传感器6的输出端与控制器8的温度输入端电连接。
在本实施方式中，图4公开了该分流机构的一种结构形式。流体出口2可均匀或不均布设在流体入口1的四周。为增加流体出口2的流体压力，可以将流体进口1设置为大于1个，如两个。第一流量调节阀3可为手动开关阀门或者电磁比列控制阀。分流机构优选耐热性能好的材质制成，如钢等。
在本实施方式中，优选的，还包括用于固定分流机构的磁性件4，如图5所示。磁性件4可为具有强磁力特性的一个或多个薄片磁铁或者圆柱形磁铁，可在分流机构任一端面上开设与磁性件4的形状匹配的凹槽，磁性件4可通过粘接或过盈配合等方式与凹槽固定连接。
在本实施方式中，优选的，还包括包裹分流机构全部或部分外表面的保温材料。保温材料选择传热性能低的材料，如泡沫材料。
在本实施方式中，高温流体源7优选但不限于为蒸汽发生器，高温流体为高温水蒸汽。控制器8为具有数据运算能力和A/D采集的单片机或者MCU。优选的，控制器8通过自己的I/O接口或者D/A管脚输出电信号至第一流量调节阀3的控制端去调节第一流量调节阀3的阀门开度，进而调节该第一流量调节阀3所在流体出口2连接的加热流道10中高温流体的流量、通或断。
在本实施方式中，对于尺寸较大的模具9，在距离浇料口12较远的远端和距离较近的近端，高温流体到达远端或近端时的温度不同；以及对于薄壁模件的不同部分加热温度和加热时长会有不同，如拐角或者厚度较薄部分要求加热时间较长；根据原料的热物性参数，如凝固点、熔点等，控制器控制远端加热流道10上的第一流量调节阀3的阀门开度较大，加大流量，以减少散热影响，控制模件的拐角或厚度较薄部分加热流道10上的第一流量调节阀3开启时间，以满足注塑要求。
在本实施方式中，优选的，温度传感器6可为多个，分布在模具9表层上不同的区域。可选择热电偶温度传感器，控制器7上的A/D管脚与温度传感器6的输出端电连接，以采集温度信号并转换为数字信号，以便控制器8处理。
在本实施方式中，优选的，还包括设置在流体进口1处的第二流量调节阀5，控制器7的第二阀门控制端与第二流量调节阀5的控制端电连接。
在本实施方式中，第二流量调节阀5优选但不限于为电磁比列控制阀，控制器7从其I/O接口或者D/A管脚输出电信号至第二流量调节阀5的控制端去调节第二流量调节阀5的阀门开度，进而调节分流机构流体进口1的流量。
本发明还公开了一种电加热模具加热系统，在一种优选实施方式中，其系统框图如图8所示，包括电加热模具，电加热模具包括型腔和位于型腔周围的多个电热元件；
还包括至少一个设置于电加热模具上的温度传感器、加热电源、以及处理器；
处理器的温度输入端与温度传感器的输出端连接；处理器按照本发明的温度获取方法对目标区域温度进行测量，并根据测量值按照注塑工艺控制加热电源的输出端与电加热模具中电热元件的电源输入端接通或断开。
将模具中目标区域的温度作为加热反馈信号，便于及时调整各电热元件的通电或断电、功率，能精确控制加热过程，提高了加热的准确性，提升注塑件的质量。
在本实施方式中，处理器为具有数据运算能力和A/D采集的单片机或者MCU。优选的，加热电源为多路输出电源，每个电热元件2的电源端连接一个电源输出端，处理器与加热电源通过RS232、UART等串口通信连接，可以单独控制各电源输出端的输出功率。
在本实施方式中，对于尺寸较大的模具，在距离浇料口较远的远端和距离较近的近端，电热元件的热量传递到远端或近端时的温度不同；以及对于薄壁模件的不同部分加热温度和加热时长会有不同，如拐角或者厚度较薄部分要求加热时间较长；根据原料的热物性参数，如凝固点、熔点等，处理器控制远端的电热元件的加热功率加大，以减少散热影响。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种模具中目标区域温度获取方法，其特征在于，包括：
步骤S1，在模具中设有目标区域，所述目标区域至少包括型腔表面、流道、浇道；在模具上设置有至少一个测温点，获得测温点多个温度分布并得到将该多个测温点温度分布映射到目标区域温度分布的映射关系；
步骤S2，获取模具工作过程中测温点的实时温度分布T1test，以及实时温度分布T1test对应的模具加热或冷却时长t1test，根据映射关系，得到目标区域的测量温度T2测：
T2测＝g(T1test,t1test)；其中，g()为映射关系函数。
2.如权利要求1所述的模具中目标区域温度获取方法，其特征在于，所述测温点设置于模具表层上或设置于模具表面的预设孔洞中。
3.如权利要求1所述的模具中目标区域温度获取方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
步骤S11，获取模具加热或冷却过程的标定工况条件；所述标定工况条件包括加热或冷却过程中原料流体的初始温度、流量、以及按照注塑工艺设定的加热时间或冷却时间；
步骤S12，在标定工况条件下进行模具加热或冷却实验，获得测温点的实验温度-时间曲线；设置偏差阈值；对模具进行几何建模、网格划分、过程建模、以及设置边界条件；
步骤S13，进行模具加热或冷却过程的数值仿真并获得仿真结果；
步骤S14，从仿真结果中获取测温点的仿真温度-时间曲线，计算仿真温度-时间曲线和实验温度-时间曲线的偏差，若所述偏差达到偏差阈值，调节仿真参数，所述仿真参数包括注塑材料的物性参数、模具材料参数和边界条件，返回步骤S13；若所述偏差未达到偏差阈值，进入步骤S15；
步骤S15，从仿真结果中获取目标区域仿真温度分布T2(t,x2,y2,z2)和测温点仿真温度分布T1(t,x1,y1,z1)：
其中，(x2,y2,z2)为目标区域中点的三维空间坐标，t为模具加热或冷却时间；(x1,y1,z1)为测温点的三维空间坐标；
步骤S16，建立测温点仿真温度分布T1(t,x1,y1,z1)和目标区域仿真温度分布T2(t,x2,y2,z2)的映射关系，将所述映射关系作为测温点温度分布到目标区域温度分布的映射关系。
4.如权利要求3所述的模具中目标区域温度获取方法，其特征在于，所述步骤S16包括：
设仿真结果中模具加热或冷却过程的总时间为t总，0≤t≤t总，将t总进行离散处理分为m个时间段，t1+t2+...+tm＝t总；
将目标区域仿真温度分布T2(t,x2,y2,z2)分解为T2(t,x2,y2,z2)|t＝t1，T2(t,x2,y2,z2)|t＝t2，…，T2(t,x2,y2,z2)|t＝tm共m个目标区域仿真温度子分布；
将测温点仿真温度分布T1(t,x1,y1,z1)分解为T1(t,x1,y1,z1)|t＝t1，T1(t,x1,y1,z1)|t＝t2，…，T1(t,x1,y1,z1)|t＝tm共m个测温点仿真温度子分布；
一一建立如下对应关系，完成目标区域仿真温度分布T2(t,x2,y2,z2)和测温点仿真温度分布T1(t,x1,y1,z1)映射关系的建立：
其中，ti表示第i个时间段，1≤i≤m。
5.如权利要求4所述的模具中目标区域温度获取方法，其特征在于，在所述步骤S2中，根据映射关系，得到目标区域的测量温度T2测的步骤包括：
找到与测温点的实时温度分布T1test相同或近似的n个测温点仿真温度子分布，从n个测温点仿真温度子分布对应的时间段中找到tk，所述tk使得表达式的数值最小，1≤k≤m；
根据映射关系得到目标区域仿真温度子分布T2(t,x2,y2,z2)|t＝tk并作为t1test时的目标区域测量温度。
6.如权利要求3所述的模具中目标区域温度获取方法，其特征在于，所述测温点为一个，测温点温度仿真分布为T1(t)，所述目标区域为型腔或流道或浇道中的一个点，目标区域温度仿真分布为T2(t)；目标区域的测量温度T2测为：
T2测＝σ(T1|t＝t1test)+β[(T2|t＝t1test)-(T1|t＝t1test)]+T1test，
其中，σ是测量反馈温度倍率系数，β是温差-时间修正系数，σ和β均大于0，σ和β与时间相关。
7.一种模具快速加热控制方法，其特征在于，包括：
步骤A，获取不同模具尺寸、模件结构、原料热物性参数和注塑工艺下的多条模具加热曲线，得到多个目标加热时长及其对应的多个目标温度；
步骤B，根据模具尺寸，模件结构或原料热物性参数在模具上设置两个或两个以上加热区域，为加热区域中的加热流道分配流体出口；
步骤C，结合加热区域所在模具上的位置、加热区域包含的型腔结构、原料热物性参数匹配加热曲线，并基于所述加热曲线获得区域目标温度；
步骤D，控制器基于区域目标温度控制加热区域中加热流道内高温流体的流量；
步骤E，控制器基于加热曲线上的时间参数控制第一流量调节阀的开启和/或关断；
步骤F,控制器根据设置在模具上的温度传感器反馈的温度信息按照权利要求1-6之一所述的温度获取方法对目标区域温度进行测量，并根据目标区域温度的测量值调节各加热区域中加热流道内高温流体的流量。
8.如权利要求7所述的模具快速加热控制方法，其特征在于，所述步骤B中，在模具上设置两个或两个以上加热区域的方法为：
根据距模具浇料口的距离远近，分为不同的加热区域；
和/或根据模件结构的壁厚等级，分为不同的加热区域；
和/或根据模具型腔内不同的流动阻力，分为不同的加热区域；
和/或在所述步骤D中，加热流道的高温流体流量q的计算公式为：
其中，Ga为格拉晓夫数；d为加热流道的截面直径；q为高温流体流量；ρ为流体密度；λ为流体导热系数；A1为加热流道截面面积；η为流体的液膜厚度；A是加热流道内壁表面积；T'out为加热流道出口温度，T'in为加热流道进口温度，T'out和T'in按照权利要求1-6之一所述的的温度获取方法获得；Prs为流体普朗特数；Prw为加热流道的壁面普朗特数；ρ’为模具材料密度；V为加热流道在模具上的有效加热体积；Cp为模具材料比热容；T'1为加热流道所在加热区域的区域目标温度；T'0为加热流道所在加热区域的初始温度。
9.一种模具加热系统，其特征在于，包括开设有至少一个加热流道的模具、至少一个设置在所述模具上的温度传感器、高温流体源、分流机构、以及按照权利要求7或8所述的模具快速加热控制方法根据模具尺寸、模件结构和原料热物性参数，对所述分流机构的流体出口的通断和流量进行工艺匹配的控制器；
所述分流机构包括至少一个流体进口、可选择的多个流体出口，以及与所述流体出口对应的控制流体出口流量的多个第一流量调节阀；
一个加热流道与一个流体出口通过管路连接；
控制器的高温流体控制端与高温流体源的开关端电连接，控制器的第一阀门控制端与第一流量调节阀的控制端电连接，温度传感器的输出端与控制器的温度输入端电连接。
10.一种电加热模具加热系统，其特征在于，包括电加热模具，所述电加热模具包括型腔和位于所述型腔周围的多个电热元件；
还包括至少一个设置于电加热模具上的温度传感器、加热电源、以及处理器；
所述处理器的温度输入端与温度传感器的输出端连接；处理器按照权利要求1-6之一所述的温度获取方法对目标区域温度进行测量，并根据测量值按照注塑工艺控制加热电源的输出端与电加热模具中电热元件的电源输入端接通或断开。
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