CN112248388A - 一种立式注塑模具的外置式感应加热装置 - Google Patents

Abstract

一种立式注塑模具的外置式感应加热装置，属于注塑成型技术领域，包括注塑装置、夹持装置和高频加热装置，通过感应加热方式，利用集肤效应对型芯表面进行局部加热，本发明结构新颖，设计巧妙，加热和冷却效率高，工作周期短，方便控制和调节，适应性强，节约了制造和加工成本，效果显著。

Description

一种立式注塑模具的外置式感应加热装置

技术领域

本发明涉及注塑成型技术领域，尤其涉及注塑成型模具的温控加热装置，具体是一种立式注塑模具的外置式感应加热装置。

背景技术

注塑成型是一种成熟的塑料产品加工工艺，因其加工效率高、自动化程度强、能够成型复杂形状产品等优点被广泛应用。随着时代的进步和科技的发展，加工塑料的种类越来越多、注塑产品的质量要求越来越高，因此注塑成型对其温度控制、压力调控范围等参数要求也越来越高。与之伴随的，越来越多的新技术被应用到注塑成型的领域中来，其中变模温技术就是温度调节的手段之一。

快速变模温技术，是在填充之前首先对模具进行预热，达到目标温度后开始闭模充填，保压结束后再通入冷却水进行冷却，然后开模，与传统注塑工艺的区别在于每个成型周期内都有一个对模具进行预加热的过程。在现有技术中已经有人沿着这个方向进行了各自的探索。公开号为CN205818380U的《注塑模具燃气式加热机构》中公开了一种注塑模具燃气式加热机构，通过在热流道上设置燃烧控制器来对模具进行预加热；公开号为CN204209936U的《水加热式注塑模具》中公开了一种水加热式注塑模具，通过在型腔内设置热水管道对模具进行预加热；公开号为CN108688114A的《一种快速变模温注塑成型方法及成型设备》公开了一种快速变模温注塑成型的方法及成型设备，通过型腔内平行排布的加热棒对模具进行预热，且通过内外侧加热棒输入不同的电压来达到均匀加热的效果；公开号为CN103085247A的《一种蒸汽加热快速热循环注塑模具》中公开了一种蒸汽加热快速循环的注塑模具，通过型腔板与型芯板间设置蒸汽通道，通入蒸汽来对模具进行预热。

注塑工艺的温度场变化与塑料材料、模具材料、注塑机塑化能力、模拟结构、工艺条件等有关，模具温度的变化对注塑工艺的熔体充填、冷却效率、成型周期有重要影响，模具温度的控制由模具内部温控系统（模具内部的冷、热回路）和外部辅助装置（模温机、外置热源等）来完成。如同前面介绍的现有技术，目前加热模具的方法有外置的火焰加热、高温蒸汽加热，模具内部高温水或油加热、加热棒加热等。其中，火焰加热，容易局部高温且有较高的安全隐患；高温蒸汽加热，需要搭配额外的高温锅炉且加热温度上限低，有时无法满足温度需求，有时还会使得模具材料氧化，影响模具的使用寿命；用热水或热油加热时，模具内部结构必须布设供液体流动的管道回路，效率较低，水和油需要实施加压，另外，油易带来污染，特别是对浅色或无色透明的注塑产品，油的污染会严重影响注塑产品的品质；加热棒加热需要对模具结构进行改造，且对模具材料的导热性能要求较高，电能损耗率高。

因此，对于PPS聚醚类、POM聚甲醛类、PC聚碳酸酯类等成型温度要求高的工程塑料，需要更高效的加热方式。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提出一种立式注塑模具的外置式感应加热装置，利用电磁效应，加热效率高，3s内即可将模具表面从25℃加热至150℃，起到节约成本，提高生产效率的目的。

本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种立式注塑模具的外置式感应加热装置，包括注塑装置、夹持装置和高频加热装置，其中，注塑装置包括注塑模具、注塑机和料斗，料斗设置在注塑机的上方，注塑机固定在注塑模具的上方，所述注塑模具立式摆放，包括型腔、型腔固定板、型芯和型芯固定板，型腔和型芯上均还设有冷却管道，冷却管道内流动有冷却水；所述夹持装置包括竖直设置的自动伸缩杆，自动伸缩杆的下部设置有旋转装置，自动伸缩杆的上端为带孔接头，贯穿设置有水平布置的横杆；所述高频加热装置包括高频加热机和感应加热线圈，高频加热机的输出端与感应加热线圈电连接，感应加热线圈设置在型腔与型芯之间，由夹持装置夹持，固定在夹持装置的横杆一端，感应加热线圈为中空结构，内通有循环冷却水。

在本发明中，所述自动伸缩杆的下部设置有底座，自动伸缩杆的下端通过转动连接安装在底座上，所述旋转装置设置在底座上，旋转装置与自动伸缩杆的下端接触连接。

进一步的，所述底座上设置有两块限位挡片，自动伸缩杆上的相应位置上固定有一块限位挡片，自动伸缩杆上的限位挡片在底座上的两块限位挡片之间自由活动，底座上的两块限位挡片限定自动伸缩杆上的限位挡片的活动范围。

进一步的，所述限位挡片上安装有橡胶垫，橡胶垫为限位挡片的相互碰撞提供缓冲，避免撞击过度。

进一步的，所述底座包括底座铁板，旋转装置固定在底座铁板上，旋转装置包括电机，自动伸缩杆的下端为竖轴，电机的电机轴与竖轴通过齿轮啮合，以此由电机带动自动伸缩杆的转动。

在本发明中，所述感应加热线圈的外壁设有绝缘层，感应加热线圈的整体形状与型腔结构相匹配。

进一步的，所述感应加热线圈为铜管，感应加热线圈距型腔或型芯表面的距离为3-5mm。

在本发明中，所述高频加热机固定在支撑台上，高频加热机上设置有电流输出端接口和电流输入端接口，分别与感应加热线圈的两端电连接，高频加热机上还设置有冷却水接口，通过管路与感应加热线圈的中空结构相连通。

在本发明中，所述带孔接头处设置有固定旋钮，对穿设在带孔接头内的横杆进行调节和固定。

在本发明中，所述感应加热线圈利用集肤效应进行平面加热。集肤效应（skineffect）又叫趋肤效应，当交变电流通过导体时，电流将集中在导体表面流过，电流或电压以频率较高的电子在导体中传导时，会聚集于导体表层，频率越高，电流越集中于表面。这种现象是由通电铁磁性材料，靠近未通电的铁磁性材料，在未通电的铁磁性材料表面产生方向相反的磁场，有了磁场就会产生切割磁力线的电流，这个电流就是所谓的涡旋电流，这个现象就是集肤效应。基于集肤效应，感应加热线圈的加热厚度，即集肤深度为：

，

其中σ为穿透深度、ρ为材料密度、μ₀为材料在真空中的导磁率、μ_r为相对导磁率、f为工作频率。

加热厚度一般控制在2mm左右，高频感应加热机的输出频率，即工作频率f控制在30-100kHz，便于冷却阶段的迅速冷却，减小其对整个周期的影响。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

利用感应加热线圈的感应加热，加热速度快，加热效率高，3s内即可将模具表面从25℃加热至150℃，加热温度范围大，能加热至几百甚至上千度；

感应加热线圈利用集肤效应对型芯表面的加热为局部加热，加热厚度在2mm左右，耗能少，冷却时，冷却水对流换热带走的热量少，提高了冷却效率，缩短了注塑成型周期；

操作简单快捷，通过调整自动伸缩杆即可调节感应加热线圈的高度，使其适应不同的模具，适应性强，节约了制造成本，通过控制自动伸缩杆的转动，即可方便的控制加热和冷却；

应用方便，用于注塑成型工艺充填前的模具预加热阶段，模具的整体结构不需要改变，只需要在充填之前，选取合适形状的线圈，进行加热即可，提高良品率的同时节约了模具的加工成本。

因此，本发明结构新颖，设计巧妙，加热和冷却效率高，工作周期短，方便控制和调节，适应性强，节约了制造和加工成本，效果显著。

附图说明

图1 为本发明的整体结构示意图；

图2 为本发明的夹持装置及其局部细节示意图；

图3 为图2中的局部放大结构示意图；

图4 为本发明的感应加热线圈结构示意图；

图5 为本发明的感应加热线圈的另一实施例结构示意图；

图6 为本发明的感应加热线圈的另一实施例结构示意图；

图7 为本发明的夹持装置及高频加热装置的控制原理图；

图8 为基于本发明的注塑工艺的工艺流程图；

图9 为本发明的感应加热时型芯的温度随时间变化图；

图10为本发明的感应加热速率与水加热和加热棒加热的对比试验图。

图中：注塑装置A、夹持装置B、高频加热装置C、型芯固定板1、型芯2、冷却管道3、型腔4、型腔固定板5、注塑机6、料斗7、高频加热机8、电流输出端接口9、电流输入端接口10、冷却水接口11、支撑台12、带孔接头13、横杆14、固定旋钮15、导线16、自动伸缩杆17、限位挡片18、旋转装置19、底座铁板20、竖轴21、齿轮22、电机23、电源24。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

一种立式注塑模具的外置式感应加热装置，如图1-6所示，包括注塑装置A、夹持装置B和高频加热装置C，其中，注塑装置A包括注塑模具、注塑机6和料斗7，料斗7设置在注塑机6的上方，注塑机6固定在注塑模具的上方，所述注塑模具立式摆放，包括型腔4、型腔固定板5、型芯2和型芯固定板4，型腔4和型芯2上均还设有冷却管道3，冷却管道3内流动有冷却水。

如图2和3所示，夹持装置B包括竖直设置的自动伸缩杆17，自动伸缩杆17的下部设置有底座，自动伸缩杆17的下端通过转动连接安装在底座上，底座包括底座铁板20，底座铁板20上固定有旋转装置19，旋转装置19包括电机23，自动伸缩杆17的下端为竖轴21，电机23的电机轴与竖轴21通过齿轮22啮合，以此由电机23带动自动伸缩杆17的转动，电机23由电源24带动，电源为24V电源；底座上设置有两块限位挡片18，自动伸缩杆17上的相应位置上固定有一块限位挡18片，自动伸缩杆17上的限位挡片18在底座上的两块限位挡片18之间自由活动，底座上的两块限位挡片18限定自动伸缩杆17上的限位挡片18的活动范围，限位挡片18上安装有橡胶垫；自动伸缩杆17的上端为带孔接头13，贯穿设置有水平布置的横杆14，带孔接头13处设置有固定旋钮15，对穿设在带孔接头13内的横杆14进行调节和固定。

高频加热装置C包括高频加热机8和感应加热线圈，高频加热机8的输出端与感应加热线圈通过导线16电连接，感应加热线圈设置在型腔4与型芯2之间，由夹持装置夹持，固定在夹持装置的横杆14一端，感应加热线圈为中空的铜管，内通有循环冷却水，感应加热线圈的外壁设有绝缘层；如图4-6所示，感应加热线圈可以为长方形、圆形或涡状形，感应加热线圈的整体形状与型腔4结构相匹配，感应加热线圈距型腔4或型芯2表面的距离为3-5mm；高频加热机8固定在支撑台12上，高频加热机8上设置有电流输出端接口9和电流输入端接口10，分别通过导线16与感应加热线圈的两端电连接，高频加热机8上还设置有冷却水接口11，通过管路与感应加热线圈的中空结构相连通。

在本发明中，高频加热机连接工厂用电，可自动和手动控制感应加热线圈的输入功率、加热频率和加热时间，可控制的频率范围在30-100KHz。

在本发明中，所述的立式注塑模具的外置式感应加热装置还包括控制系统，控制系统包括控制系统a、控制系统b和控制系统c，其中，控制系统a连接高频加热机，用于控制高频加热机的输出功率、频率、和加热时间，控制系统b连接电机，用于控制电机的正反转以及转动角度，控制系统c分别与控制系统a和控制系统b相连接，控制系统c与控制系统a之间设置有开关a，控制系统c与控制系统b之间设置有开关b。

基于上述结构和控制系统，本发明所述的立式注塑模具的外置式感应加热装置的工艺流程包括以下步骤：

1.根据注塑制品的材料，确定一个加热的目标温度（70-150℃），以此来设置高频加热机的输出频率33kHz，加热时间3s，通过控制系统a来实现。

2.调整夹持装置的高度与横杆的伸入长度，保证线圈在型芯廓形正上方3mm，这样可以获得较好的加热效果。

3.打开模腔，按下控制装置c开关，开关b闭合，电机正转，自动伸缩杆转动90°，开关b断开，开关a闭合，感应加热线圈对型腔进行加热，达到设定时间后，开关a断开，开关b闭合，电机倒转，自动伸缩杆逆转90°，开关b断开。

4.充填：加热完毕后闭合模具，开始充填，充填时间1.5s。

5.保压：充填结束，进入保压阶段，保压时间为6s左右。

6.冷却：保压结束，冷却循环水进入型腔和型芯的冷却管道开始冷却，冷却时间为18-20s。

7.脱模：当制品冷却至开模温度时，打开模具，取出制品。

8.至此一个周期完成，开始下一个循环。

基于上述构造和工艺流程，本发明的感应加热方式与市面上现有的水加热和加热棒加热进行对比试验，试验得出的对型芯的加热速率如图10所示，感应加热方式的加热速率远大于水加热和加热棒加热，加热效率高。

综上，本发明所述的立式注塑模具的外置式感应加热装置结构新颖，设计巧妙，加热和冷却效率高，工作周期短，方便控制和调节，适应性强，节约了制造和加工成本，效果显著。

Claims (8)

1.一种立式注塑模具的外置式感应加热装置，其特征在于：包括注塑装置、夹持装置和高频加热装置，其中，注塑装置包括注塑模具、注塑机和料斗，料斗设置在注塑机的上方，注塑机固定在注塑模具的上方，所述注塑模具立式摆放，包括型腔、型腔固定板、型芯和型芯固定板，型腔和型芯上均还设有冷却管道，冷却管道内流动有冷却水；所述夹持装置包括竖直设置的自动伸缩杆，自动伸缩杆的下部设置有旋转装置，自动伸缩杆的上端为带孔接头，贯穿设置有水平布置的横杆；所述高频加热装置包括高频加热机和感应加热线圈，高频加热机的输出端与感应加热线圈电连接，感应加热线圈设置在型腔与型芯之间，由夹持装置夹持，固定在夹持装置的横杆一端，感应加热线圈为中空结构，内通有循环冷却水。

2.根据权利要求1所述的立式注塑模具的外置式感应加热装置，其特征在于：所述自动伸缩杆的下部设置有底座，自动伸缩杆的下端通过转动连接安装在底座上，所述旋转装置设置在底座上，旋转装置与自动伸缩杆的下端接触连接。

3.根据权利要求2所述的立式注塑模具的外置式感应加热装置，其特征在于：所述底座上设置有两块限位挡片，自动伸缩杆上的相应位置上固定有一块限位挡片，自动伸缩杆上的限位挡片在底座上的两块限位挡片之间自由活动，底座上的两块限位挡片限定自动伸缩杆上的限位挡片的活动范围。

4.根据权利要求3所述的立式注塑模具的外置式感应加热装置，其特征在于：其特征在于：所述限位挡片上安装有橡胶垫。

5.根据权利要求4所述的立式注塑模具的外置式感应加热装置，其特征在于：所述底座包括底座铁板，旋转装置固定在底座铁板上，旋转装置包括电机，自动伸缩杆的下端为竖轴，电机的电机轴与竖轴通过齿轮啮合。

6.根据权利要求1所述的立式注塑模具的外置式感应加热装置，其特征在于：所述感应加热线圈的外壁设有绝缘层，感应加热线圈的整体形状与型腔结构相匹配。

7.根据权利要求1所述的立式注塑模具的外置式感应加热装置，其特征在于：所述高频加热机固定在支撑台上，高频加热机上设置有电流输出端接口和电流输入端接口，分别与感应加热线圈的两端电连接，高频加热机上还设置有冷却水接口，通过管路与感应加热线圈的中空结构相连通。

8.根据权利要求7所述的立式注塑模具的外置式感应加热装置，其特征在于：所述带孔接头处设置有固定旋钮，对穿设在带孔接头内的横杆进行调节和固定。

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