CN113882193B - 加热模具 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种加热模具，包括：第一模板，第一模板具有凹模，第一模板内嵌设有第一蒸汽加热管路；第二模板位于第一模板的上方，第二模板具有凸模，凸模和凹模之间形成型模腔，成型模腔的成型截面为圆形；其中，第一模板的材料的导热系数为λ1，成型模腔的个数为n，成型模腔的顶部开口直径为d2，相邻两个成型模腔之间的间距为b，成型模腔的深度为H；第一蒸汽加热管路的流通截面周长l1、第一蒸汽加热管路的总长度L1和第一蒸汽加热管路的管壁与凹模表面之间的距离δ1满足的关系式为：
和/或，
通过本发明提供的技术方案，能够解决现有技术中的加热模具内的蒸汽加热管路的设计方法的试模周期长的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及加热模具技术领域，具体而言，涉及一种加热模具。
背景技术
目前，现有技术中的纸浆餐具模压和烘干成型装置包括蒸汽加热模具，蒸汽加热模具内通入高温饱和蒸汽，通过高温饱和蒸汽对湿纸浆餐具毛坯进行加热并使纸浆餐具成型。
然而，现有蒸汽加热模具内的蒸汽加热管路依靠经验进行设计，需要反复进行试模和改模，试模周期长、改模成本高，模具设计效率低，增加模具开发成本。缺乏蒸汽加热管路设计方法，蒸汽加热管路设计太短，蒸汽加热模具内的高温饱和蒸汽在加热过程中无法大量发生相变，高温饱和蒸汽的热量无法快速传递至湿纸浆餐具毛坯，换热效率低，烘干时间长，造成纸餐具生产周期长、生产效率低，生产成本高。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种加热模具，以解决现有技术中的加热模具内的蒸汽加热管路的设计方法的试模周期长的技术问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种加热模具，加热模具包括：第一模板，第一模板具有凹模，第一模板内嵌设有第一蒸汽加热管路；第二模板，第二模板位于第一模板的上方，第二模板具有凸模，凸模和凹模之间形成成型模腔，成型模腔的成型截面为圆形；其中，第一模板的材料的导热系数为λ1，成型模腔的个数为n，成型模腔的顶部开口的直径为d2，相邻两个成型模腔之间的间距为b，成型模腔的深度为H；第一蒸汽加热管路的流通截面周长l1、第一蒸汽加热管路的总长度L1和第一蒸汽加热管路的管壁与凹模表面之间的距离δ1满足的关系式为：
第二模板内嵌设有第二蒸汽加热管路，第二模板的材料的导热系数为λ2；第二蒸汽加热管路的流通截面周长l2、第二蒸汽加热管路的总长度L2和第二蒸汽加热管路的管壁与凸模表面之间的距离δ2之间满足的关系式为：
进一步地，第一蒸汽加热管路的流通截面为圆形，第一蒸汽加热管路的管路直径为
第一蒸汽加热管路的管路直径/>
第一蒸汽加热管路的总长度L1和第一蒸汽加热管路的管壁与凹模表面之间的距离δ1满足的关系式为：
进一步地，第二蒸汽加热管路的流通截面为圆形，第二蒸汽加热管路的管路直径为
第二蒸汽加热管路的管路直径/>
第二蒸汽加热管路的总长度L2和第二蒸汽加热管路的管壁与凸模表面之间的距离δ2满足的关系式为：
进一步地，纸浆餐具的底部直径为d1，d1≤d2。
进一步地，成型模腔的深度满足：H≥30mm。
进一步地，4mm≤φ1≤20mm；和/或，4mm≤φ2≤20mm。
进一步地，12mm≤l1≤64mm；和/或，12mm≤l2≤64mm。
进一步地，第一模板和/或第二模板由不锈钢或铝制成。
进一步地，第一蒸汽加热管路的流通截面为圆形、或者椭圆形、或者矩形。
应用本发明的技术方案，成型模腔用于形成圆柱、圆台或圆锥等具有圆截面结构的成型件而言，通过上述关于第一蒸汽加热管路和第二蒸汽加热管路的参数的计算公式，能够便于得到第一蒸汽加热管路和第二蒸汽加热管路的具体参数尺寸之间的关系，上述计算公式是根据加热过程中的热量传递规律所得到的，因而能够使得第一蒸汽加热管路和第二蒸汽加热管路在能够保证换热效率的基础上选定以及计算出蒸汽加热管路的具体尺寸，从而简化了第一蒸汽加热管路和第二蒸汽加热管路的设计过程，在一定程度上降低了第一蒸汽加热管路和第二蒸汽加热管路的设计试模周期。因此，通过本发明提供的技术方案，能够解决现有技术中的加热模具内的蒸汽加热管路的设计方法的试模周期长的技术问题。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的实施例提供的第一模板的结构示意图；
图2示出了根据本发明的实施例提供的第二模板的结构示意图；
图3示出了根据本发明的实施例提供的纸浆餐具的结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、第一模板；11、凹模；12、第一蒸汽加热管路；20、第二模板；21、凸模；22、第二蒸汽加热管路；30、纸浆餐具。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1至图3所示，本发明提供了一种加热模具，加热模具包括第一模板10和第二模板20，第一模板10具有凹模11，第一模板10内嵌设有第一蒸汽加热管路12。第二模板20位于第一模板10的上方，第二模板20具有凸模21，凸模21和凹模11之间形成型模腔，成型模腔的成型截面为圆形。其中，第一模板10的材料的导热系数为λ1，成型模腔的个数为n，成型模腔的顶部开口的直径为d2，相邻两个成型模腔之间的间距为b，成型模腔的深度为H；第一蒸汽加热管路12的流通截面周长l1、第一蒸汽加热管路12的总长度L1和第一蒸汽加热管路12的管壁与凹模11表面之间的距离δ1满足的关系式为：
本实施例中的第二模板20内嵌设有第二蒸汽加热管路22，第二模板20的材料的导热系数为λ2；第二蒸汽加热管路22的流通截面周长l2、第二蒸汽加热管路22的总长度L2和第二蒸汽加热管路22的管壁与凸模21表面之间的距离δ2之间满足的关系式为：
需要说明的是，成型模腔内用于放置待成型件，本实施例中的待成型件主要可以为纸坯，还可以为其他材料的待成型件，加热模具的主要功能是将待成型件内的水分加热蒸发走，以使待成型件内的水分降低后成型成成型件。具体的，当待成型件为纸坯时，加热后成型为纸浆餐具30。本实施例中的纸浆餐具30的尺寸与成型模腔的尺寸相适配，纸浆餐具30的尺寸与成型模腔的尺寸可以近似为相同。本实施例中的成型模腔的成型截面为圆形，对应的成型出来的纸浆餐具30为圆柱结构、或圆台结构、或圆锥结构。
采用本实施例提供的加热模具，通过上述关于第一蒸汽加热管路12的参数的计算公式，能够便于得到第一蒸汽加热管的具体参数尺寸之间的关系，上述计算公式是根据加热过程中的热量传递规律所得到的，因而能够使得第一蒸汽加热管路12在能够保证换热效率的基础上选定以及计算出第一蒸汽加热管路12的具体尺寸，从而简化了第一蒸汽加热管路12的设计过程，在一定程度上降低了第一蒸汽加热管路12的设计试模周期。
此外，通过上述关于第二蒸汽加热管路22的参数计算公式，能够便于得到第二蒸汽加热管的具体参数尺寸之间的关系，上述计算公式是根据加热过程中的热量传递规律所得到的，因而能够使得第二蒸汽加热管路22在能够保证换热效率的基础上选定以及计算出第二蒸汽加热管路22的具体尺寸，从而简化了第二蒸汽加热管路22的设计过程，更好地降低了第一蒸汽加热管路12的设计试模周期。
在本实施例中，第一蒸汽加热管路12的流通截面为圆形，第一蒸汽加热管路12的管路直径为φ1，第一蒸汽加热管路12的管路直径φ1、第一蒸汽加热管路12的总长度L1和第一蒸汽加热管路12的管壁与凹模11表面之间的距离δ1满足的关系式为：
采用这样的结构设置，只需要能够快速得到关于第一蒸汽加热管路12的管路直径与第一蒸汽加热管路12的其他参数之间满足的关系式，从热更加便于简化第一蒸汽加热管路12的管路设计，以更好地降低第一蒸汽加热管路12的设计试模周期。
具体的，第二蒸汽加热管路22的流通截面为圆形，第二蒸汽加热管路22的管路直径为φ2，第二蒸汽加热管路22的管路直径φ2、第二蒸汽加热管路22的总长度L2和第二蒸汽加热管路22的管壁与凸模21表面之间的距离δ2满足的关系式为：
采用这样的结构设置，只需要能够快速得到关于第二蒸汽加热管路22的管路直径与第二蒸汽加热管路22的其他参数之间满足的关系式，从热更加便于简化第二蒸汽加热管路22的管路设计，以更好地降低第二蒸汽加热管路22的设计试模周期。
在本实施例中，成型模腔的底部直径为d1，d1≤d2。采用这样的结构设置，以便于在纸浆餐具30成型后进行脱模处理，方便操作。
具体的，本实施例中的成型模腔的深度满足H≥30mm，也即为成型模腔的高度大于等于30mm。采用这样的结构设置，能够便于保证纸浆餐具30的整体结构强度以及有效容积。
具体的，4mm≤φ1≤20mm；和/或，4mm≤φ2≤20mm。优选地，将第一蒸汽加热管路12的直径和第二蒸汽加热管路22的直径均设置在上述数值范围内，通过设置合理的直径范围能够得到合理的周长范围，这样既能够使第一蒸汽加热管路12的管壁和第二蒸汽加热管路22的管壁能够对成型模腔内的纸浆餐具30提供充足的热量，又能够避免周长过长造成能量的不必要浪费。
在本实施例中，12mm≤l1≤64mm；和/或，12mm≤l2≤64mm。优选地，将第一蒸汽加热管路12的流通截面的周长和第二蒸汽加热管路22的流通截面的周长均设置在上述数值范围内，通过设置合理的数值范围，这样既能够使得第一蒸汽加热管路12和第二蒸汽加热管路22能够为成型模腔内的纸浆餐具30提供充足的热量，便于使第一蒸汽加热管路12和第二蒸汽加热管路22进行合理的布局，又能够避免管路总长过长造成的能量不必要浪费。
进一步地，第一模板10和/或第二模板20由不锈钢或铝制成。采用这样的结构设置，能够便于使第一模板10上的热量快速传递至成型模腔内，保证热传导率，避免热量损失。第一模板10可以采用金属材料制成。
优选的，第一蒸汽加热管路12的流通截面为圆形、或者椭圆形、或者矩形。采用这样的结构设置，能够根据不同的加热需求以及生产需求选择不同的流通截面。
通过理论推导和实验数据验证，发现了蒸汽加热管路直径、蒸汽加热管路总长、蒸汽管壁与模具型腔壁面的距离、模具型腔直径、模具型腔间距、模具型腔深度、模具型腔数量、以及模具材料热导率之间的规律和关系，拟合出关于蒸汽管路设计的计算方法，实现大深度纸浆餐具30热压模具内蒸汽管路的快速设计。
大深度纸浆餐具30热压成型蒸汽模具由第一模板10和第二模板20组成，第一模板10如图1所示，第二模板20如图2所示。第一模板10，一般采用不锈钢、铝等金属材料，材料导热系数为λ1；凹模11与凸模21共同组成纸浆餐具30热压成型模腔，用于放置湿纸浆餐具30毛坯，进行模压和烘干，成型模腔数量为n，成型模腔间距为b。在凹模11上布置有第一蒸汽加热管路12，通入高温干饱和蒸汽，作为加热热源，为湿纸浆餐具30毛坯烘干提供热量，第一蒸汽加热管路12直径为
第一蒸汽加热管路12的管壁与凹模11型腔底面距离为δ1，第一蒸汽加热管路12总长度为L1。第二模板20一般采用不锈钢、铝等金属材料，材料导热系数为λ，在第二模板20上布置第二蒸汽加热管路22，通过高温干饱和蒸汽，作为加热热源，为湿纸浆餐具30毛坯烘干提供热量，第二蒸汽加热管路22直径为/>
第二蒸汽加热管路22的蒸汽管壁与凸模21表面的距离为δ2，第二蒸汽加热管路22总长度为L2。
大深度纸浆餐具30如图3所示，纸浆餐具30分为纸杯、纸碗等，形状可以为圆柱、圆锥、圆台等，蒸汽模具内设计有n个成型模腔，纸浆餐具30的底部直径为d1、开口直径为d2、深度为H。
蒸汽加热成型模具材料的导热系数为λ，设计纸浆餐具30成型数量为n，蒸汽管壁至模具型腔壁面的距离为δ，蒸汽加热模具通入的高温干饱和蒸汽温度为T汽，蒸汽管路壁面温度为T管，加热过程中模具型腔壁面温度为T腔，湿纸浆餐具30毛坯温度为T坯。蒸汽管路的直径为
蒸汽管路总长为L，纸浆餐具30深度为H，纸浆餐具30底部直径为d1，纸浆餐具30开口直径为d2，纸浆餐具30数量n，高温干饱和蒸汽冷凝换热系数为h冷凝，湿纸浆餐具30毛坯水分蒸发换热系数为h蒸发。
蒸汽加热模具的传热过程包括高温干饱和蒸汽与蒸汽管壁之间的冷凝换热、蒸汽管壁至型腔壁面的热传导、以及型腔壁面与湿纸浆餐具30毛坯之间的蒸发换热，高温干饱和蒸汽在蒸汽管路内冷凝成高温饱和水，释放蒸汽潜热，蒸汽潜热烘干湿纸浆餐具30毛坯水分，形成定型的纸浆餐具30半成品，再通过切边机用切刀将纸浆餐具30多余边料去除，制成纸浆餐具30成品。
高温干饱和蒸汽与蒸汽管壁之间的冷凝换热量q冷凝：
q冷凝＝πφLh冷凝(T汽-T管)；
蒸汽管壁至型腔壁面的传热量q模：
模具型腔壁面与湿纸浆餐具30毛坯之间的蒸发换热量q蒸发：
在蒸汽加热模具加热过程中，热量传递的热流量满足关系式：
q冷凝＝q模＝q蒸发。
根据蒸汽加热模具加热过程中的热量传递规律和实验数据验证，拟合出模具材料导热系数、纸浆餐具30深度、纸浆餐具30碗口直径、纸浆餐具30型腔间距、纸浆餐具30数量、蒸汽管路参数和管路位置之间的函数关系，建立纸浆餐具30热压模具蒸汽管路设计方法。
大深度纸浆餐具30热压成型蒸汽模具分为第一模板10和第二模板20，第一模板10的材料的导热系数为λ1，单位为W/m2·℃，第一蒸汽加热管路12直径为
单位为mm，第一蒸汽加热管路12的管壁与凹模11表面距离为δ1，单位为mm，第一蒸汽加热管路12总长度为L1，单位为m。第二模板20的材料的导热系数为λ2，单位为W/m2·℃，第二蒸汽加热管路22直径为
单位为mm，第二蒸汽加热管路22的管壁与凸模21表面距离为δ2，单位为mm，第二蒸汽加热管路22总长度为L2，单位为m。纸浆餐具30底部直径为d1，单位为mm，开口直径为d2，单位为mm，深度为H，单位为mm，模具内设计有n个纸浆餐具30型腔，型腔间距为b，单位为mm，每模生产纸浆餐具30数量为n。
蒸汽管路设计方法适用于纸杯、纸碗等纸浆餐具30热压成型模具，纸浆餐具30可以为圆柱、圆台、圆锥等形状。
通过理论推导和实验数据验证，获得了纸浆餐具30开口直径、深度、型腔间距、模具材料导热系数、蒸汽管路与模具表面的距离对蒸汽管路位置、直径、以及蒸汽管路总长度之间的影响规律，拟合出了各参数之间的函数关系，建立了蒸汽管路设计方法，实现大深度纸浆餐具30热压成型模具内蒸汽管路的快速设计。
纸浆餐具30底部直径应小于等于开口直径，即d1≤d2，餐具深度H≥30mm。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：提供一种大深度圆形(圆柱、或圆台、或圆锥)纸浆餐具热压成型蒸汽加热模具的蒸汽加热管路设计方法，提高蒸汽加热模具蒸汽管路设计效率，减少试模和改模次数，缩短模具开发周期，降低模具开发成本，保证加热过程中蒸汽加热管路内高温饱和蒸汽的换热效率，满足湿纸浆餐具毛坯烘干成型所需的吸热量要求，缩短湿纸浆餐具烘干时间，提高生产效率。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种加热模具，其特征在于，所述加热模具包括：
第一模板(10)，所述第一模板(10)具有凹模(11)，所述第一模板(10)内嵌设有第一蒸汽加热管路(12)；
第二模板(20)，所述第二模板(20)位于所述第一模板(10)的上方，所述第二模板(20)具有凸模(21)，所述凸模(21)和所述凹模(11)之间形成成型模腔，所述成型模腔的成型截面为圆形；
其中，所述第一模板(10)的材料的导热系数为λ1，所述成型模腔的个数为n，所述成型模腔的顶部开口的直径为d2，相邻两个所述成型模腔之间的间距为b，所述成型模腔的深度为H；所述第一蒸汽加热管路(12)的流通截面周长l1、所述第一蒸汽加热管路(12)的总长度L1和所述第一蒸汽加热管路(12)的管壁与所述凹模(11)表面之间的距离δ1满足的关系式为：
所述第二模板(20)内嵌设有第二蒸汽加热管路(22)，所述第二模板(20)的材料的导热系数为λ2；所述第二蒸汽加热管路(22)的流通截面周长l2、所述第二蒸汽加热管路(22)的总长度L2和所述第二蒸汽加热管路(22)的管壁与所述凸模(21)表面之间的距离δ2之间满足的关系式为：
2.根据权利要求1所述的加热模具，其特征在于，所述第一蒸汽加热管路(12)的流通截面为圆形，所述第一蒸汽加热管路(12)的管路直径为φ1，所述第一蒸汽加热管路(12)的管路直径φ1、所述第一蒸汽加热管路(12)的总长度L1和所述第一蒸汽加热管路(12)的管壁与所述凹模(11)表面之间的距离δ1满足的关系式为：
3.根据权利要求2所述的加热模具，其特征在于，所述第二蒸汽加热管路(22)的流通截面为圆形，所述第二蒸汽加热管路(22)的管路直径为φ2，所述第二蒸汽加热管路(22)的管路直径φ2、所述第二蒸汽加热管路(22)的总长度L2和所述第二蒸汽加热管路(22)的管壁与所述凸模(21)表面之间的距离δ2满足的关系式为：
4.根据权利要求1至3中任一项所述的加热模具，其特征在于，所述成型模腔的底部直径为d1，d1≤d2。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的加热模具，其特征在于，所述成型模腔的深度满足：
H≥30mm。
6.根据权利要求3所述的加热模具，其特征在于，
4mm≤φ1≤20mm；和/或，
4mm≤φ2≤20mm。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的加热模具，其特征在于，
12mm≤l1≤64mm；和/或，
12mm≤l2≤64mm。
8.根据权利要求1至3中任一项至所述的加热模具，其特征在于，所述第一模板(10)和/或第二模板(20)由不锈钢或铝制成。
9.根据权利要求1所述的加热模具，其特征在于，所述第一蒸汽加热管路(12)的流通截面为圆形、或者椭圆形、或者矩形。
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