CN110605836B - 瓶坯注塑模具冷却性能测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了瓶坯注塑模具冷却性能测试装置及方法，瓶坯注塑模具冷却性能测试装置包括冷却水循环模块、待测模具、加热模块、温度检测模块、数据采集及控制系统，通过使用本发明的瓶坯注塑模具冷却性能测试装置及方法不需要对模具进行打孔，避免模具疲劳强度降低和温度场的破坏；可以直接检测型腔表面温度，计算传热系数，精度更高；可以用于模具研发、产品性能测定等多个环节中的传热性能检测；可用于结构紧凑的多模腔传热性能检测。

Description

瓶坯注塑模具冷却性能测试方法

技术领域

本发明属于模具冷却性能测试领域，具体涉及瓶坯注塑模具冷却性能测试方法。

背景技术

目前，PET瓶普遍采用两步法的生产工艺，瓶坯注塑模具用于第一步中的瓶坯注塑成型。PET瓶具有良好的强度、阻气性等实用性能，还具有透明度、表面光泽等美学功能，广泛用于饮料、调味品、日化用品、药品包装领域中，巨大的市场需求也对瓶坯的质量、生产效率及能耗提出了更高要求。

冷却性能是衡量注坯模具综合性能的重要指标，注塑过程中，低模温（模具冷却性能过强）会降低熔融高分子材料的流动性能，造成瓶口缺料、水气痕迹等问题。必须通过提高冷却温度度、或者提高注塑压力、熔料温度来保证产品质量。高模温（模具冷却性能过差）会降低熔融高分子材料的冷却速度，造成瓶坯缩水、白雾、飞边、拉长注口等问题，必须通过减小注射压力、增加保压时间、延长冷却时间等来解决，导致冷却周期过长，生产效率降低。目前，注坯模具冷却性能多采用间接评价方法，评价指标采用工艺周期、落坯温度、瓶坯应力分布等综合指标。瓶坯生产过程中的多种因素均会影响综合指标，包括瓶坯结构设计、注塑工艺参数、PET材料、现场供水系统等，导致无法准确评价模具冷却性能。缺少准确数据也增加了注塑问题分析的难度，前期大量的设计成果也很难为未来设计提供参考，因此如何检测得出注坯模具的传热系数和模温的动态响应特性从而了解注坯模具冷却性能成为本领域研发人员的重要技术攻关。

模具冷却性能检测技术，是一种定量检测模具冷却性能的手段。目前多采用线上检测的方法，安装温度传感器需要在模具上加工安装孔，安装孔距离型腔表面较远，无法得到准确的模腔温度变化；在模腔壁面附近加工安装孔，降低模具寿命，影响冷却性能；对于生产效率、结构紧凑的多模腔模具，没有足够的空间安装温度传感器。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种瓶坯注塑模具冷却性能测试装置及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

瓶坯注塑模具冷却性能测试方法，包括以下步骤：

S1开启冷却水循环模块，设定压力泵的压力；

S2当流量表与压力表读数稳定后，开启加热模块，设定加热模式为恒功率加热或者变功率周期循环加热；

S3数据采集并存储系统，通过模具进出口流量表、压力表采集冷却水流动参数，通过模具进出口温度表采集冷却温度，通过温度检测模块采集型腔表面温度场，当其稳定时，进行数据分析；

S4对模具进行流动分析，根据泊肃叶定律，通过测得的模具进出口压力和流量计算模具流阻，预测多腔模具流阻；

S5根据设定的加热模式进行产热分析，对于恒功率加热，进行稳态传热分析，计算模具进出口温度的均值作为冷却水整体温度，通过温度检测模块得到的离散温度值/>，拟合得到型腔表面温度场，根据牛顿冷却定律，计算模具表面与冷却水之间的传热系数K；

对于变功率周期循环加热，进行瞬态传热分析，通过温度检测模块记录型腔表面温度变化曲线，通过模具进出口温度传感器检测冷却温度度变化曲线，得到模具达到稳定模温所需时间、模温变化以及模具的动态响应特性。

作为本发明进一步的改进，步骤S1所述的压力泵采用闭环控制，通过控制器设定不同的压力模拟实际冷却系统工况。

作为本发明进一步的改进，步骤S2所述的加热模式，包括恒功率加热和变功率周期循环加热，分别用于模具稳态传热系数和动态传热特性研究。

本发明的有益效果是：1、不需要对模具进行打孔，避免模具疲劳强度降低和温度场的破坏；

2、可以直接检测型腔表面温度，计算传热系数，精度更高；

3、可以用于模具研发、产品性能测定等多个环节中的传热性能检测；

4、可用于结构紧凑的多模腔传热性能检测。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明：

图1为本实施例的连接原理图；

图2为本实施例的连接结构原理图；

图3为本实施例加热模块与温度检测模块的内部结构示意图；

图4为本实施例陶瓷基体的结构示意图；

图5为本实施例支撑架的结构示意图；

图6为本实施例待测模具为模腔时的安装结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例：

如图1和图5所示，本实施例公开了瓶坯注塑模具冷却性能测试装置，包括冷却水循环模块1、待测模具2、加热模块3、温度检测模块4、数据采集及控制系统5，在本实施例中，所述待测模具2以模芯进行实施说明，所述冷却水循环模块1连接待测模具2，向待测模具2循环通入冷却水，所述加热模块3安装在待测模具2型腔表面，为待测模具2加热，所述温度检测模块4的检测端与待测模具2的型腔表面接触，用于检测待测模具2的温度，所述数据采集及控制系统5的信号采集端与冷却水循环模块1和温度检测模块4电信号连接，所述数据采集及控制系统5的信号控制端与冷却水循环模块1和加热模块3电信号连接。

作为优选的实施方式，所述冷却水循环模块1包括水泵11、水池12、换热器13、外部冷却系统14、流量表15、压力表以及温度表，待测模具2的出水口通过换热器13连接水池12，待测模具2的进水口通过水泵11连接水池12，待测模具2的出水口连接流量表15、压力表、温度表，待测模具2的进水口连接压力表、温度表，在本实施例中，压力表和温度表采用集成一体的压力温度表16、17，分别在待测模具2的进水口以及出水口处设置压力温度表16、17，以检测对比待测模具2的进水口以及出水口的压力和温度变化，外部冷却系统14与换热器13并联连接，所述流量表15、压力表和温度表检测到的冷却水信息发送至数据采集及控制系统5，水泵11采用压力可调式水泵11，能够在控制系统的作用下进行压力调整。

作为优选的实施方式，所述加热模块3包括陶瓷基体31、电热丝32、隔热材料33，所述陶瓷基体31包覆在待测模具2的外壁，电热丝32螺旋缠绕在陶瓷基体31的外壁，所述隔热材料33包覆在陶瓷基体31的外壁将电热丝32封闭在陶瓷基体31和隔热材料33之间，在本实施例中，陶瓷基体31采用氧化铝陶瓷材料制成，电热丝32采用铁铬铝丝，所述陶瓷基体31的外壁加工有缠绕电热丝32的螺旋槽311，保证电热丝32与陶瓷之间的接触面积，电热丝32通过陶瓷对模具型腔表面进行间接加热，其加热方式可受控制，隔热材料33使陶瓷和电热丝32与外部环境隔离，电热丝32沿螺旋槽311缠绕的导程为8~10mm，其分布需要通过传热仿真和热成像仪进行验证，保证加热的均匀性。所述陶瓷基体31的外壁加工有安插温度传感器43的通孔312，所述通孔312的孔径为1.5~2mm。

作为优选的实施方式，所述温度检测模块4包括定位块41、支撑架42和温度传感器43，所述温度传感器43固定安装在支撑架42上，所述温度传感器43的检测端穿过加热模块3与待测模具2接触，温度传感器43选用焊接有固定螺纹的铠装K型热电偶，通过螺纹固定在支撑架42上。所述支撑架42包括多条用于安装温度传感器43的安装杆421，多条安装杆421环绕待测模具2的外壁设置，安装杆421上设有若干个安装温度传感器43的安装孔422，对待测模具2的型腔表面轴向和径向多个点进行测量。

作为优选的实施方式，所述数据采集及控制系统5包括可编程控制器、显示器、存储器、继电器等，冷却水循环模块1中的流量表15、压力表、温度表与数据采集及控制系统5连接进行流量、压力、温度信号采集，水泵11、电热丝32与数据采集及控制系统5连接进行运行控制。

瓶坯注塑模具冷却性能测试方法，包括以下步骤：

S1开启冷却水循环模块1，设定压力泵的压力，所述的压力泵采用闭环控制，通过控制器设定不同的压力模拟实际冷却系统工况，以待测模具2出水口处压力表检测的压力值作为反馈信号，对水泵11进行闭环控制；

S2当流量表15与压力表读数稳定后，开启加热模块3，设定加热模式为恒功率加热或者变功率周期循环加热，分别用于模具稳态传热系数和动态传热特性研究；

S3数据采集并存储系统，通过模具进出口的流量表15、压力表采集冷却水流动参数，通过模具进出口的温度表采集冷却温度度变化，通过温度检测模块4采集型腔表面温度场，当其稳定时，进行数据分析；

S4对模具进行流动分析，根据泊肃叶定律，通过测得的模具进出口压力和流量计算模具流阻，预测多腔模具流阻；

S5根据设定的加热模式进行产热分析，对于恒功率加热，进行稳态传热分析，计算模具进出口温度的均值作为冷却水整体温度，通过温度检测模块4得到的离散温度值/>，拟合得到型腔表面温度场，根据牛顿冷却定律，计算模具表面与冷却水之间的传热系数K；

对于变功率周期循环加热，进行瞬态传热分析，通过温度检测模块4记录型腔表面温度变化曲线，通过模具进出口温度表检测冷却温度变化曲线，得到模具达到稳定模温所需时间、模温变化以及模具的动态响应特性。

在实际应用中，可以通过改变S1中压力泵压力值，重复S2、S3、S4、S5，可得到多腔模具在不同工况下的流动特性和换热特性。在上述文件中所述的模具进出口即待测模具2的进水口和出水口。

在本发明中，如图6所示，上述瓶坯注塑模具的冷却性能测试装置及方法中的待测模具2也可以应用于模腔的冷却性能检测，在检测时，将检测装置安装在模腔内，从而实现对模腔的冷却性能检测，检测装置安装时，先将陶瓷基体31套入模腔的内成型面内，然后将隔热材料33包覆在陶瓷基体31的内壁将电热丝32封闭在陶瓷基体31和隔热材料33之间，支撑架42设置在隔热材料31的内壁，温度传感器43穿过支撑架42与模腔接触进行温度检测，与模芯的检测原理和检测方法相一致。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.瓶坯注塑模具冷却性能测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1开启冷却水循环模块，设定压力泵的压力；

S2当流量表与压力表读数稳定后，开启加热模块，设定加热模式为恒功率加热或者变功率周期循环加热；

S3数据采集并存储系统，通过模具进出口流量表、压力表采集冷却水流动参数，通过模具进出口温度表采集冷却温度，通过温度检测模块采集型腔表面温度场，当其稳定时，进行数据分析；

S4对模具进行流动分析，根据泊肃叶定律，通过测得的模具进出口压力和流量计算模具流阻，预测多腔模具流阻；

S5根据设定的加热模式进行产热分析，对于恒功率加热，进行稳态传热分析，计算模具进出口温度的均值作为冷却水整体温度，通过温度检测模块得到的离散温度值/>，拟合得到型腔表面温度场，根据牛顿冷却定律，计算模具表面与冷却水之间的传热系数K；

对于变功率周期循环加热，进行瞬态传热分析，通过温度检测模块记录型腔表面温度变化曲线，通过模具进出口温度表检测冷却温度变化曲线，得到模具达到稳定模温所需时间、模温变化以及模具的动态响应特性。

2.根据权利要求1所述的瓶坯注塑模具冷却性能测试方法，其特征在于：步骤S1所述的压力泵采用闭环控制，通过控制器设定不同的压力模拟实际冷却系统工况。

3.根据权利要求1所述的瓶坯注塑模具冷却性能测试方法，其特征在于：步骤S2所述的加热模式，包括恒功率加热和变功率周期循环加热，分别用于模具稳态传热系数和动态传热特性研究。