CN201389958Y - 控制模具温度快速变化的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及控制模具温度快速变化的系统，具体的讲是将模具中部分或全部型腔表面瞬间加热或冷却到一定温度的装置。包括冷、热介质传输管路和控制原件，并在近模具的介质管道上设置一使容积可变压力舱(108A)的容积产生往复变化，从而诱使通道204中的水在其中往复运动增强换热，提高加热效率。本实用新型的优点是，可实现具有成型高质量外观表面的型腔部分或芯腔部分200A中型腔表面203的温度可以实现快速周期性循环，从而实现快速地、低能耗地生产制品。

Description

控制模具温度快速变化的系统

技术领域

本实用新型涉及控制模具温度快速变化的系统，具体的讲是将模具中部分或全部型腔表面瞬间加热或冷却到一定温度的装置。

背景技术

在注射成型中，为获得高质量的外观，将模具温度和成型材料(例如热塑性树脂)的温度设置在高水平这样的方法是公知的，但是所需成型时间太长。专利ZL00816237.9中揭示了一种获得具有高质量外观的热塑性树脂注射成型的方法。该专利所揭示的方法是通过借助于采用5-100℃/分钟的温度梯度迅速加热和/或冷却来缩短成型周期，而且模具的迅速加热是利用在金属模具的管内循环的一种加热介质和埋置在金属模具内部的一电加热元件结合来实现的，而冷却是通过在模具管内循环的一冷却介质来实现的。但在本专利并未明确揭示模具内部的电加热元件的埋置方法。在美国专利US6312628B1中揭示了一种模具温度的控制方法，其中包括将电加热器独立布置在模具内，这种方法的缺陷是安装在模具内部加热元件很难与安装加热器的孔壁完全接触，从而导致加热元件的寿命缩短，而且难于更换。而且上述两项专利所揭示的方法中，加热介质或冷却介质从模具管内循环时是单向连续的，极易在管内形成层状流动，降低换热效率，延长了工艺时间；另一方面，在模具管内循环的加热介质在加热模具型腔表面时连续流动，大量的热量会在管路上损耗，和/或通过冷热水混合后将热量损失，从而使系统的热效率大大降低。

发明内容

本实用新型的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种能迅速将模具型腔表面加热到一定温度和冷却到一定温度的模具温度控制装置，使用该装置，可缩短生产周期，提供能效。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案包括：

a)由冷却介质源400、泵101、开关控制阀103、模具的型腔和/或芯腔部分200A上的冷却介质和加热介质接口206、模具的型腔和/或芯腔部分200A中的冷却介质和加热介质通道204、模具的型腔和/或芯腔部分200A上冷却介质和加热介质流出接口207、开关控制阀105以及管路组成冷却介质回路；

b)由具有液位检测和报警装置301的加热介质储存罐300、泵102、开关控制阀104、模具的型腔和/或芯腔部分200A上的冷却介质和加热介质接口206、模具的型腔或芯腔部分200A中的冷却介质和加热介质通道204、模具的型腔和/或芯腔部分200A上冷却介质和加热介质流出接口207、开关控制阀106以及管路组成的加热介质回路；

c)在开关控制阀103和104与接口206之间的管道上引出的与压缩空气源600连接的管路上设置的开关控制阀107；

d)在开关控制阀103、104和107与接口206之间的管道上或在开关控制阀105和106与接口207之间的管道上设置并连接一个容积可变的压力舱108A；

e)至少一个设置在模具的型腔和/或芯腔部分200A中冷却介质和加热介质通道204中的电加热元件205；

f)操作和控制装置100。

以及连接和通讯用的电线和电缆以及管道和管道部件组成；所述的模具型腔和/或芯腔部分200A包括成型制品表面的型腔表面203，在距离型腔表面大约3毫米至12毫米的部位设置的至少一个供加热介质和冷却介质通过的通道204和安装在通道204中的电加热元件205和在通道204和型腔表面203之间设置的温度传感器201和至少一个电源输入接口502和至少一个加热介质和冷却介质输入接口206和至少一个加热和冷却介质输出接口207；所述的模具型腔或芯腔部分200A，安装在通道204中的电加热元件的有效散热表面上由高导热性能材料包覆；所述的模具型腔或芯腔部分200A，安装在通道204中的电加热元件的表面有凸起的螺纹状；其中的操作和控制装置100包括可编程逻辑控制器120、信号的输入和输出接口、操作界面130、电源输入接口500、至少一个加热电流开关回路501A和输出接口501组成；其中信号输入接口与温度传感器201、压力/温度传感器202、以及成型机的输出信号口连接；其中的输出接口与泵(101)、泵(102)、开关控制阀103、104、105、106、107、装置内部的加热电流开关回路501A以及成型机的输入信号口连接，产生和/或发出操作指令；其中的可编程逻辑控制器120与操作界面130通过两者之间的接口双向通讯；所述的具有可变容积的压力舱108A为活塞缸。

本实用新型的优点是，可实现具有成型高质量外观表面的型腔部分或芯腔部分200A中型腔表面203的温度可以实现快速周期性循环，从而实现快速地、低能耗地生产制品。

附图说明

附图1：本实用新型的原理示意和一种实施方案

附图2：本实用新型涉及的模具结构示意

附图3：本实用新型涉及的电加热元件和介质通道示意

具体实施方案

如附图1、2、3示，其中的标号：100-操作和控制装置、101-泵、102-泵、103-开关控制阀、104-开关控制阀、105-开关控制阀、106-开关控制阀、107-开关控制阀、108-活塞、108A-可变容积的压力舱、109-曲柄连杆机构、110-电动马达、120-可编程序控制器、130-操作界面、200A-具有成型高质量外观表面的型腔表面的模具型腔或芯腔部分、200B-模具的其他部分、201-温度传感器、202-温度/压力传感器、203-高质量外观型腔表面、204-加热介质/冷却介质通道、205-电加热元件、206-加热介质/冷却介质引入接口、207-加热介质/冷却介质流出接口、208-具有高质量外观表面的制品、300-加热介质储存罐、301-液位检测和报警装置、400-冷却介质源、500-加热电源、501A-加热电流开关回路、501-加热电流输出接口、502-模具上加热电流引入接口、600-压缩空气源。

本实用新型采用的技术方案包括：

a)由冷却介质源400、泵101、开关控制阀103、模具的型腔和/或芯腔部分200A上的冷却介质和加热介质接口206、模具的型腔和/或芯腔部分200A中的冷却介质和加热介质通道204、模具的型腔和/或芯腔部分200A上冷却介质和加热介质流出接口207、开关控制阀105以及管路组成冷却介质回路；

b)由具有液位检测和报警装置301的加热介质储存罐300、泵102、开关控制阀104、模具的型腔和/或芯腔部分200A上的冷却介质和加热介质接口206、模具的型腔或芯腔部分200A中的冷却介质和加热介质通道204、模具的型腔和/或芯腔部分200A上冷却介质和加热介质流出接口207、开关控制阀106以及管路组成的加热介质回路；

c)在开关控制阀103和104与接口206之间的管道上引出的与压缩空气源600连接的管路上设置的开关控制阀107；

d)在开关控制阀103、104和107与接口206之间的管道上或在开关控制阀105和106与接口207之间的管道上设置并连接一个容积可变的压力舱108A；其中压力舱108A为活塞缸；

e)至少一个设置在模具的型腔和/或芯腔部分200A中冷却介质和加热介质通道204中的电加热元件205；

f)操作和控制装置100。

在上面的技术方案中，如说明书附图1、图2和图3所示，所涉及到的模具的型腔或芯腔部分200A有要求成型高质量外观表面的型腔表面203，并通过与模具的其他部分200B闭合后注射成型制品208。其中模具的其他部分200B中也设置了供冷却介质通过的管道，本说明书中未予以明示。在型腔或芯腔部分200A中具有至少一个供加热介质和冷却介质通过的通道204，并设置介质流入接口206和流出接口207与本实用新型的外部控制装置进行连接。为了提高升温速度，在供加热介质和冷却介质通过的通道204中，设置至少一个电加热元件205。所述的电加热元件205通过电缆与设置在模具之上的加热电流输入接口502连接。所述的电加热元件205的外层由高导热的材料(例如铜)包覆，并有凸起的断续螺纹或连续螺纹。这样一方面增加了电加热元件与通过的加热介质和通道204壁的接触面积，将电加热元件所发出的热量迅速导出，提高加热速度；另外一方面增加了冷却介质的通过通道204的速度和增加了紊流，提高了换热效果和模具的冷却速度。

在加热介质和冷却介质的流入接口206之外的管道上或者在流出接口207之外的管道上设置一个容积可变的压力舱108A。该容积可变的压力舱为活塞缸，由活塞108的往复运动来改变压力舱108A的容积。进一步地，活塞由外来动力来驱动，例如压缩气体、液压或电动来驱动。压力舱108A与加热介质和和冷却介质管道连通道。所述的容积可变的压力舱108A也可以连接在阀103、104和107到接口206之间的管道上。所述的容积可变的压力舱108A也可以连接在阀103、104和107到接口206之间的管道上。

加热介质由泵102从加热介质储罐300中泵送到型腔部分或芯腔部分200A的通道204中。冷却介质由泵101从冷却介质源400中输送到型腔部分或芯腔部分200A的通道204中以及模具其他部分的冷却通道中。为防止加热介质和冷却介质的无序流动，在泵101和102之后的管道上分别设置开关控制阀103和104。并且为了防止加热介质和冷却介质在模具通道204中直接混合降低系统的能效，在开关控制阀103和104之后的管道上，增加一个清扫用压缩空气支路，并通过开关控制阀107控制压缩空气的引入。

从型腔部分或芯腔部分200A中流出的高温的加热介质和较低温度的冷却介质将通过在返回到加热介质储存罐300的管道上设置的开关控制阀106和在返回到冷却介质源400的管道上设置的开关控制阀107的配合将高温介质引入到加热介质储存罐300中，而将较低温度的冷却介质和压缩空气引入到冷却介质源400中。从而实现热能的充分回收和降低冷却介质源的载荷。

所述的加热介质和冷却介质是液体介质，包括矿物油、水等，优选水作为加热或冷却介质，一方面由于水的热交换系数大，另一方面由于水在一定压力下会保持在过热状态，升温并不需要很多的热量，因而可在短时间内加热到需要的温度，建立起快速加热型腔表面203所需要的温度梯度。而一个更大的优越性在于，当注射熔融材料完成后，加热电源断开，开关控制阀106打开，通道204中的压力释放，其中过热水会发生相变形成蒸汽。而这一相变过程将从模具中带走大量的热量，从而加快了型腔表面203的温度趋势转变，从而缩短后续的冷却水所要的冷却时间。进一步优选的是经软化处理后的水，虽然采用本实用新型的装置可以通过使水在通道204内往复运动防止水中的矿物质在电加热元件表面和循环管内壁上沉积，但经软化处理后的水可进一步防止过热水相变为蒸汽时将矿物质沉积在电加热元件和循环管内壁上后所造成的热交换效率降低。

操作和控制装置100将对型腔部分或芯腔部分200A的温度变化周期进行控制，其中包括可编程逻辑控制器120、信号的输入和输出接口、操作界面130、电源输入接口500、至少一个加热电流开关回路501A和输出接口501组成；其中信号输入接口与温度传感器201、压力/温度传感器202、以及成型机的输出信号口连接；其中的输出接口与泵101、泵102、开关控制阀103、104、105、106、107、装置内部的加热电流开关回路501A以及成型机的输入信号口连接，产生和/或发出操作指令；其中的可编程逻辑控制器120与操作界面130通过两者之间的接口双向通讯。

为实现这些控制，在型腔部分或芯腔部分200A中适当的位置安装温度传感器201，在管道中安装压力/温度传感器202。如附图2所示，温度传感器201最好布置在通道204和型腔表面203之间的位置，这样可以更准确地探测到型腔表面203的温度状态。压力/温度传感器202设置在开关控制阀105和流出接口207之间管道上。

例如：采用本实用新型的技术方案生产42”液晶电视前面板，制品材料为PC/ABS，制品的壁厚为3毫米，材料的软化点温度为90℃。面板外表面要求高光泽，无熔接痕，注塑完成后不再喷漆处理。如附图1所示，高光面由型腔部分200A的型腔表面203成型。由于其他表面不要求高光，由模具的另一部分200B成型，采用常规冷却水道的模具结构，可在冷却水管到的入口处设置一个开关阀，控制冷却水流入到其冷却水管道中，这里不再详述。而在型腔部分200A中，在形成每个框边的型腔表面之下，以距离型腔表面203大约13毫米处的平面为中心开设两个平行于型腔表面的相互连通的水道204，直径为10mm，如附图3所示，这样冷却水道距型腔表面最近距离为约8毫米，并在两个水道之间距离型腔表面大约4毫米的位置布置一个温度传感器201用于检测型腔表面203的温度变化，如附图2所示。而模具型腔部分200A配有一个总的加热水和冷却水的接入口206，然后接入到各个分管路中，最后通过一个总出水接口207将各个通道的水汇集起来。在每个通道204的分支中按需要加热的面积选择合适加热功率的电加热元件205，具体地，是直径约为6毫米的电加热管。而电加热管的外层，用导热性良好的铜材包覆，且进一步在有效加热表面上做成外圆直径大约在9.5毫米至10毫米的断续螺纹。将加热管装入通道204中，并做好密封防止水泄漏，而加热元件205与通道204之间形成螺旋形并有混合的水通道。而加热管的引出电缆与设置的加热电源输入接口502连接正确。将模具型腔部分200A的加热/冷却水接口206通过管道与高温水储罐300、冷却水源400、压缩空气源600连接，其中高温水和冷却水均用泵送的方式提供。为进行防止这些介质的串流和切换控制，分别设置开关控制阀103、104及107。将模具型腔部分200A的出水口207与高温水储存罐300和冷却水源400的回水口通过管道连接，并分别设置一个开关控制阀106和105，以对回水的流向进行切换。而在阀105和106至出水口207之间的管道上安装一个压力/温度传感器202，用于检测回水管道中的压力和温度。进一步在压力/温度传感器202和出水口207之间的管道上，连接一个容积可变的压力舱108A，即活塞缸。活塞缸的前端108A与管道连接，而活塞108由曲柄连杆机构109和电动马达110驱动往复运动从而改变压力舱108的容积。将温度传感器201的输出信号线、压力/温度传感器202的输出信号线、安装在加热介质(高温加热水罐)储存罐中的液位检测和报警装置301的信号输出线，与操作和控制装置100的输入口连接；将操作和控制装置100的控制信号输出口相应地连接到泵101和102、开关控制阀103、104、105、106、107、电动马达110；将操作和控制装置100与成型机的控制系统进行连接和通讯；将操作和控制装置100的加热电源输入口500与加热电源连接，并将输出口与模具型腔部分200A的电源接入口502用电缆连接完毕。通过操作界面130输入允许注胶温度(例如110℃)、允许开模温度(例如75℃)，由温度传感器201检测实际温度并反馈到操作和控制装置100；通过操作界面130输入通过操作界面130输入回水管道中检测点202处的温度/压力设置，由压力/温度传感器202将实际检测到的温度和压力参数反馈到操作和控制装置100。开启生产，本实用新型的系统与注塑成型机按照下列的方式开始循环生产：在每一个成型周期中，当温度传感器201检测到的温度达到上限温度(即适合向型腔中注射成型制品208的温度，110℃)，操作和控制装置100将发出允许注射开始的信号给注射成型设备，同时或延时断开向电加热元件205的加热电流。当成型机注射完毕，操作和控制装置100，将根据来自成型机的注射完毕信号，发出信号使电动马达110停止工作(即容积可变压力舱108A的容积不变)，并同时打开开关控制阀106使模具通道204中的高温介质回流到加热介质储存罐300中，并同时或延时启动泵101和打开开关控制阀103向模具通道204中引入较低温度的冷却水，进一步将残存在模具通道204和管道中的高温水推回到加热介质储存罐300中。并同时向模具其他部分的冷却通道中供应冷却水。当加热介质储存罐300中的水位检测和报警装置301检测到的水位到达安全水位后，操作和控制装置发出信号使开关控制阀106关闭，并使开关控制阀105打开，使后续的冷却介质回流到冷却介质源400中。此时可通过进一步控制开关控制阀105有频率的打开及闭合，使模具通道204中冷却水形成紊流，增强换热，缩短冷却时间。当温度传感器201检测到的温度下降到低限温度(例如适合开模取件的温度，75℃)，操作和控制装置100向成型机发出开模信号，并同时关闭泵101和开关控制阀103，打开开关控制阀107引入压缩空气，将模具通道204中的冷却水推回到冷却介质源400中，同时或延时关闭到模具其他部分的冷却水。通过在操作和控制装置100中设置吹气清扫时间或者采用成型机的合模开始的信号来关闭开关控制阀107。当开关控制阀107关闭，操作和控制装置100将发出信号启动泵102和打开开关控制阀104，将加热介质(高温水)引入到模具通道204中。当加热介质(高温水)流出接口并到达安装在开关控制阀105和流出接口207之间管道上的压力/温度传感器202后，该压力/温度传感器202通过操作和控制装置100产生信号将泵102和开关控制阀104及开关控制阀105关闭；并使加热电流开关回路501连通向电加热元件205提供加热电流，使模具快速升温直至温度传感器201检测到的温度达到上限温度(即适合注射的温度)；与次同时，操作和控制装置100发出信号使机构电动马达110开始工作，从而使容积可变压力舱(108A)的容积产生往复变化，从而诱使通道204中的水在其中往复运动增强换热，提高加热效率。整个上述的方法和步骤，可在80秒的循环时间内制出合格的具有高光泽、无熔接痕的制品。相对于仅采用蒸汽或直接用过热水加热的方案，成型时间缩短10-15秒，而能耗成本也大为降低约15％-20％。

虽然以上已经参照附图对按照本实用新型目的的构思和实施例作了详尽说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本实用新型作出各种改进和变换，而这种改进和变换仍然应当属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种控制模具温度快速变化的系统，其特征是，主要包括：

a)冷却介质源(400)、泵(101)、开关控制阀(103)、模具的型腔和/或芯腔部分(200A)上的冷却或加热介质接口(206)、模具的型腔或芯腔部分(200A)中的冷却或加热介质通道(204)、模具的型腔和/或芯腔部分(200A)上冷却或加热介质流出接口(207)、开关控制阀(105)以及管路和管路部件组成冷却介质回路；

b)具有液位检测和报警装置(301)的加热介质储存罐(300)、泵(102)、开关控制阀(104)、模具的型腔和/或芯腔部分(200A)上的冷却介质/加热介质接口(206)、模具的型腔和/或芯腔部分(200A)中的冷却或加热介质通道(204)、模具的型腔和/或芯腔部分(200A)上冷却或加热介质流出接口(207)、开关控制阀(106)以及管路和管路部件组成的加热介质回路；

c)在开关控制阀(103)和(104)与接口(206)之间的管道上引出的与压缩空气源(600)连接的管路上设置的开关控制阀(107)；

d)在开关控制阀(103)、(104)和(107)与接口(206)之间的管道上或在开关控制阀(105)、(106)和接口(207)之间的管道上设置并连接一个具有可变容积的压力舱(108A)；

e)在模具的型腔和/或芯腔部分(200A)中冷却或加热介质通道(204)中设置有电加热元件；

f)和一个操作和控制装置(100)；

以及连接和通讯用的电线和电缆以及管道和管道部件组成。

2.根据权利要求1所述的控制模具温度快速变化的系统，其特征是，所述的模具型腔和/或芯腔部分(200A)包括成型制品表面的型腔表面(203)，在距离型腔表面大约3毫米至12毫米的部位设置的至少一个供加热介质和冷却介质通过的通道(204)和安装在通道(204)中的电加热元件(205)和在通道(204)和型腔表面(203)之间设置的温度传感器(201)和至少一个电源输入接口(502)和至少一个加热介质和冷却介质输入接口(206)和至少一个加热和冷却介质输出接口(207)。

3.根据权利要求1所述的控制模具温度快速变化的系统，其特征是，所述的模具型腔或芯腔部分(200A)，安装在通道(204)中的电加热元件的有效散热表面上由高导热性能材料包覆。

4.根据权利要求1所述的控制模具温度快速变化的系统，其特征是，所述的模具型腔或芯腔部分(200A)，安装在通道(204)中的电加热元件的表面有凸起的螺纹状。

5.根据权利要求1所述的控制模具温度快速变化的系统，其特征是，其中的操作和控制装置(100)包括可编程逻辑控制器(120)、信号的输入和输出接口、操作界面(130)、电源输入接口(500)、至少一个加热电流开关回路(501A)和输出接口(501)组成；其中信号输入接口与温度传感器(201)、压力/温度传感器(202)、以及成型机的输出信号口连接；其中的输出接口与泵(101)、泵(102)、开关控制阀(103)、(104)、(105)、(106)、(107)、(108)、装置内部的加热电流开关回路(501A)以及成型机的输入信号口连接，产生和/或发出操作指令；其中的可编程逻辑控制器(120)与操作界面(130)通过两者之间的接口双向通讯。

6.根据权利要求1所述的控制模具温度快速变化的系统，其特征是，所述的具有可变容积的压力舱(108A)为活塞缸。

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