一種注塑模具快速加熱與冷卻方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種注塑模具快速加熱與冷卻系統(tǒng)，包含四個可單獨(dú)控制通斷的閉環(huán)回路，分別用于給模具型腔板輸入熱流體介質(zhì)，輸出模具型腔板內(nèi)的熱流體介質(zhì)，給模具型腔板輸入冷流體介質(zhì)，輸出模具型腔板內(nèi)的冷流體介質(zhì)；所述模具型腔板包含至少一條流體介質(zhì)輸入主管路、一條流體介質(zhì)輸出主管路及連接流體介質(zhì)輸入主管路和流體介質(zhì)輸出主管路的若干條支管路；所述支管路中安裝有加熱元件，加熱元件與安裝孔壁之間留有間隙。本發(fā)明還提供了一種注塑模具快速加熱與冷卻方法，包括模具加熱階段、加熱結(jié)束后階段、冷卻階段和冷卻結(jié)束后階段。本發(fā)明的顯著特點是模具溫度調(diào)控范圍大、加熱冷卻效率和能源利用率高、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、便于維護(hù)、成本低。
【專利說明】一種注塑模具快速加熱與冷卻方法及系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料加工學(xué)科，具體屬于材料注塑成型工藝與模具【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種注塑模具的快速加熱與冷卻方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]注塑成型加工是應(yīng)用最為廣泛的塑料成型加工方法之一。在注塑成型工藝中，熔融的塑料熔體將被注入模具型腔之中而賦予其一定形狀，并在模具型腔中冷卻定型。由于塑料熔體的成型和冷卻全部是在模具型腔中完成的，所以模具型腔溫度控制對于最終注塑成型產(chǎn)品的質(zhì)量和成型周期均具有十分重要的影響，模具溫度也是注塑成型工藝最重要的參數(shù)之一。在常規(guī)注塑成型工藝中，模具溫度控制通常采用一種基于連續(xù)冷卻的溫度控制策略，其目標(biāo)是將模具溫度在整個注塑成型周期中穩(wěn)定在一個穩(wěn)定的水平上。為了縮短成型周期和提高成型效率，模具溫度需要遠(yuǎn)低于塑料材料的頂出溫度，從而加快塑料熔體在模具型腔中的冷卻。但是，低的模具溫度會導(dǎo)致塑料熔體在注塑填充過程中過早地發(fā)生冷凝，從而降低熔體的填充能力，影響最終成型產(chǎn)品的質(zhì)量。反過來，雖然高的模具溫度有利于提高產(chǎn)品的質(zhì)量，但是會導(dǎo)致成型周期延長和生產(chǎn)效率下降。總之，對于基于連續(xù)冷卻方法的常規(guī)注塑工藝，產(chǎn)品質(zhì)量與成型周期對模具溫度的要求是存在矛盾的。
[0003]為了解決上述矛盾，理想的模具溫度控制策略應(yīng)當(dāng)是首先在填充階段之前將模具型腔溫度快速加熱至較高溫度，然后在填充階段維持較高的模具型腔溫度，以保證塑料熔體可以順利地填充模具型腔，在填充結(jié)束后，快速冷卻模具及型腔中的塑料熔體，從而縮短成型周期。
[0004]基于這種理想的模具溫度控制策略的注塑成型工藝就是所謂的快速熱循環(huán)注塑工藝。為了實現(xiàn)這種動態(tài)變化的模具溫度控制策略，需要開發(fā)相應(yīng)的模具快速加熱和快速冷卻方法。目前，在實際注塑生產(chǎn)中，應(yīng)用最為廣泛的模具快速加熱與快速冷卻方法主要包括兩種:一種是基于冷、熱流體循環(huán)交替的模具快速加熱與快速冷卻方法，另一種是基于電加熱和冷卻水冷卻的模具快速加熱與快速冷卻方法。對于前者，為了獲得高溫流體介質(zhì)，通常需要配備專門的加熱設(shè)備，例如蒸汽鍋爐、過熱水鍋爐，以及相應(yīng)的輸送管路，這導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加，同時高溫介質(zhì)在輸送過程中還會損失大量的熱量，另外，某些高溫流體的回收利用也相當(dāng)困難，例如高溫蒸汽，這也會導(dǎo)致極大的熱量損失。對于后者，模具加熱是利用安裝在模具內(nèi)部的加熱元件實現(xiàn)的。由于加熱元件是緊密地安裝在模具內(nèi)部的安裝孔中的，所以加熱元件在安裝完成后是難以取出的，這給加熱元件的更換帶來很大的麻煩。同時，由于加熱元件與安裝孔壁之間的接觸是不均勻的，所以加熱元件容易發(fā)生過熱而損壞，這給連續(xù)生產(chǎn)帶來了很大的 不穩(wěn)定因素。此外，模具中除了要設(shè)置大量的加熱元件安裝孔，還要設(shè)置大量的冷卻管道，這不但增加了模具設(shè)計、加工制造的復(fù)雜性和成本，同時還削弱了模具的強(qiáng)度和使用壽命。另外，由于加熱元件的存在，還使得冷卻管道距離型腔表面更遠(yuǎn)，從而降低模具冷卻效率。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對現(xiàn)有注塑模具快速加熱與冷卻方法的缺陷，提出一種新的注塑模具快速加熱與冷卻方法及其系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)解決方案實現(xiàn)的:
[0007]—種注塑模具快速加熱與冷卻系統(tǒng)，包含四個可單獨(dú)控制通斷的閉環(huán)回路，其中，第一個回路包括通過管路依次連接的熱流體介質(zhì)儲藏罐、模具型腔板、熱流體介質(zhì)儲藏罐；第二個回路包括通過管路依次連接的高壓氣體儲藏罐、模具型腔板、熱流體介質(zhì)儲藏罐；第三個回路包括通過管路依次連接的冷流體介質(zhì)儲藏罐、模具型腔板、冷流體介質(zhì)儲藏罐；第四個回路包括通過管路依次連接的高壓氣體儲藏罐、模具型腔板、冷流體介質(zhì)儲藏罐。
[0008]所述模具型腔板包含至少一條流體介質(zhì)輸入主管路、一條流體介質(zhì)輸出主管路以及連接流體介質(zhì)輸入主管路和流體介質(zhì)輸出主管路的若干條支管路。
[0009]所述支管路中安裝有加熱元件。
[0010]所述注塑模具快速加熱與冷卻系統(tǒng)還包括模具溫度監(jiān)控系統(tǒng)，所述模具溫度監(jiān)控系統(tǒng)包括溫度傳感器、接線盒、熱介質(zhì)進(jìn)口控制閥、高壓氣體進(jìn)口控制閥、冷介質(zhì)進(jìn)口控制閥、冷介質(zhì)出口控制閥、熱介質(zhì)出口控制閥、控制單元、人機(jī)界面以及相應(yīng)的連接電線或電纜組成。
[0011]所述加熱元件與對應(yīng)的支管路壁之間留有間隙，間隙的優(yōu)選推薦范圍為0.5mm?2mm ；
[0012]所述流體介質(zhì)輸入主管路、流體介質(zhì)輸出主管路以及支管路的形狀可以是方形、U型、多邊形或圓形等，但優(yōu)選形狀為圓形，管路可以是一維直線，也可以是二維或三維曲線，管路外壁距離模具型腔表面的距離優(yōu)選推薦范圍為4mm?30mm ；
[0013]所述圓形管路的直徑的優(yōu)選推薦范圍為6mm?12mm，管路外壁與模具型腔表面之間的最小距離優(yōu)選推薦范圍為5mm?20mm ；
[0014]所述加熱元件優(yōu)選推薦為筒式加熱器或加熱棒，其直徑比支管路的直徑小1_?4mm,加熱元件的功率密度優(yōu)選推薦為10W/cm2?80W/cm2 ；
[0015]所述模具型腔板內(nèi)部設(shè)有至少一個溫度傳感器，溫度傳感器測溫點的位置距離加熱元件的距離優(yōu)選推薦為2mm?IOmm ；
[0016]所述熱介質(zhì)進(jìn)口控制閥、高壓氣體進(jìn)口控制閥、冷介質(zhì)進(jìn)口控制閥、冷介質(zhì)出口控制閥或熱介質(zhì)出口控制閥的類型需要根據(jù)所用流體介質(zhì)的類型選配，控制閥的耐壓能力優(yōu)選推薦應(yīng)高于lObar，同時其耐溫能力優(yōu)選推薦應(yīng)高于150°C ；
[0017]所述的流體介質(zhì)輸入主管路、流體介質(zhì)輸出主管路或支管路上，安裝至少一個壓力傳感器，壓力傳感器通過通信電線或電纜與控制單元相連，壓力傳感器可以實時反饋模具型腔板內(nèi)部管路的壓力，并傳遞給控制單元，并最終通過人機(jī)界面顯示；
[0018]本發(fā)明還提供了一種注塑模具快速加熱與冷卻方法，包括如下步驟:
[0019](I)模具加熱階段，熱流體介質(zhì)由熱流體介質(zhì)儲藏罐流出，經(jīng)流體介質(zhì)輸入主管路進(jìn)入模具型腔板，然后分流到支管路中，并接著匯流入流體介質(zhì)輸出主管路，再流回?zé)崃黧w介質(zhì)儲藏罐，待模具型腔板內(nèi)部管路中充滿熱流體介質(zhì)后，將熱流體介質(zhì)封閉在模具型腔板內(nèi)部的管路中，接著給模具型腔板中的加熱元件通電，加熱元件產(chǎn)生的熱量穿過熱流體介質(zhì)，到達(dá)模具型腔板并從而快速加熱模具型腔表面，當(dāng)模具型腔表面溫度升高至設(shè)定溫度時，給加熱元件斷電，停止加熱模具；
[0020](2)模具加熱結(jié)束后階段，高壓氣體儲藏罐中的高壓氣體經(jīng)流體介質(zhì)輸入主管路進(jìn)入模具型腔板，然后分流到支管路中，并接著匯流入流體介質(zhì)輸出主管路，再流回?zé)崃黧w介質(zhì)儲藏罐，從而將模具加熱階段殘留在管路中的熱流體介質(zhì)吹入熱流體介質(zhì)儲藏罐，實現(xiàn)熱流體介質(zhì)的充分回收利用，并為下一個成型周期的模具冷卻做好準(zhǔn)備；
[0021](3)模具冷卻階段，冷流體介質(zhì)由冷流體介質(zhì)儲藏罐流出，經(jīng)流體介質(zhì)輸入主管路進(jìn)入模具型腔板，然后分流到支管路中，并接著匯流入流體介質(zhì)輸出主管路，再流回冷流體介質(zhì)儲藏罐，冷流體介質(zhì)在高速通過模具型腔板內(nèi)部管路時，可以迅速帶走模具型腔板中的熱量從而快速冷卻模具型腔表面，當(dāng)模具型腔表面溫度降低至設(shè)定溫度時，停止冷卻模
亙.N 9
[0022](4)模具冷卻結(jié)束后階段，高壓氣體儲藏罐中的高壓氣體經(jīng)流體介質(zhì)輸入主管路進(jìn)入模具型腔板，然后分流到支管路中，并接著匯流入流體介質(zhì)輸出主管路，再流回冷流體介質(zhì)儲藏罐，從而將模具冷卻階段殘留在管路中的冷流體介質(zhì)吹入冷流體介質(zhì)儲藏罐，實現(xiàn)冷流體介質(zhì)的充分回收利用，并為接下來的模具加熱準(zhǔn)備；
[0023]在所述模具加熱階段，模具型腔板內(nèi)部管路中封閉的熱流體介質(zhì)的壓力將不斷升高，當(dāng)熱流體介質(zhì)壓力升高到設(shè)定水平時，可以釋放一部分熱流體介質(zhì)，從而避免過高的熱流體介質(zhì)壓力，保證系統(tǒng)工作的安全性。
[0024]為了進(jìn)一步提聞加流體介質(zhì)的換熱能力，進(jìn)而提聞|旲具的加熱冷卻效率，還可以在所述模具型腔板的內(nèi)部安裝超聲波變送器(Piezoelectric transmitter),超聲波變送器通過傳輸線與超聲波發(fā)生器(Ultrasonic generator)相連。
[0025]本發(fā)明的有益效果是:與常規(guī)基于電加熱的模具快速加熱與快速冷卻方法相比，本發(fā)明中模具型腔板內(nèi)部的加熱元件安裝孔可同時作為冷卻管道，從而有利于簡化模具結(jié)構(gòu)、降低加工制造成本和提高模具強(qiáng)度，同時由于冷卻管道距離型腔表面更近，故可以有效提高模具冷卻效率；在本發(fā)明中，由于加熱元件與相應(yīng)的安裝孔壁之間留有間隙，從而有利于加熱元件的安裝與拆卸，同時在模具加熱階段加熱元件與相應(yīng)的安裝孔壁之間的間隙中充滿熱流體介質(zhì)，流體與加熱元件、安裝孔壁充分接觸，從而保證了熱交換的均勻性，有效避免了加熱元件的局部過熱，有利于改善模具加熱均勻性和提高加熱元件的使用壽命；另夕卜，與常規(guī)冷卻管道相比，本發(fā)明中的冷卻管道為環(huán)形管道，具有更小的截面積，在冷卻介質(zhì)流量相同的如提下，冷卻介質(zhì)的流速更聞，相應(yīng)地?fù)Q熱效率也就更聞，從而有利于提聞豐旲具的冷卻效率。與基于高溫流體(蒸汽、熱水、熱油等)加熱的模具快速加熱與快速冷卻方法相比，本發(fā)明的模具快速加熱與快速冷卻方法不需要額外的加熱設(shè)備，例如蒸汽鍋爐、過熱水鍋爐等，以及配套的輸送管路，故具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單緊湊和成本低的特點；由于加熱元件產(chǎn)生的熱量幾乎全部用于加熱模具，所以本發(fā)明的方法及裝置具有很高的能量利用效率，可顯著減少能量損耗；環(huán)形截面冷卻管道可獲得更高的冷卻效率和減少冷卻介質(zhì)的消耗量；此外，由于本發(fā)明可實現(xiàn)熱流體介質(zhì)與冷流體介質(zhì)的完全分離和回收利用，這同樣有利于提高能源利用效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是本發(fā)明的注塑模具快速加熱與快速冷卻系統(tǒng)組成示意圖；[0027]圖2是本發(fā)明涉及的注塑模具型腔板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3是圖2中的A-A截面示意圖；
[0029]圖4是圖2中的B-B截面不意圖；
[0030]圖5是本發(fā)明涉及的帶有超聲波發(fā)生裝置的注塑模具型腔板結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖中:1.熱介質(zhì)增壓泵，2.熱介質(zhì)進(jìn)口控制閥，3.高壓氣體進(jìn)口控制閥，4.流體介質(zhì)輸入主管路，5.冷介質(zhì)進(jìn)口控制閥，6.支管路，7.模具型腔板，8.加熱元件，9.電源線，10.接線盒，11.電纜線，12.控制單元，13.通信電纜，14.人機(jī)界面，15.冷介質(zhì)增壓泵，16.冷流體介質(zhì)儲藏罐,17.高壓氣體儲藏罐,18.熱流體介質(zhì)儲藏罐,19.熱介質(zhì)出口控制閥，20.流體介質(zhì)輸出主管路，21.冷介質(zhì)出口控制閥，22.溫度傳感器，30.壓力傳感器，101.超聲波變送器，102.超聲波發(fā)生器，103.傳輸線。
【具體實施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0033]如圖1-5所示，整個注塑模具快速加熱與快速冷卻系統(tǒng)包含四個循環(huán)回路系統(tǒng)和一個模具溫度控制系統(tǒng)。
[0034]第一個循環(huán)回路系統(tǒng)依次由熱流體介質(zhì)儲藏罐18、熱介質(zhì)增壓泵1、熱介質(zhì)進(jìn)口控制閥2、流體介質(zhì)輸入主管路4、模具型腔板7、流體介質(zhì)輸出主管路20、熱介質(zhì)出口控制閥19等通過管路連接而成。
[0035]第二個循環(huán)回路系統(tǒng)依次由高壓氣體儲藏罐17、高壓氣體進(jìn)口控制閥3、流體介質(zhì)輸入主管路4、模具型腔板7、流體介質(zhì)輸出主管路20、熱介質(zhì)出口控制閥19、熱流體介質(zhì)儲藏罐18等通過管路連接而成。
[0036]第三個循環(huán)回路系統(tǒng)依次由冷流體介質(zhì)儲藏罐16、冷介質(zhì)增壓泵15、冷介質(zhì)進(jìn)口控制閥5、流體介質(zhì)輸入主管路4、模具型腔板7、流體介質(zhì)輸出主管路20、冷介質(zhì)出口控制閥21等通過管路連接而成。
[0037]第四個循環(huán)回路系統(tǒng)依次由高壓氣體儲藏罐17、高壓氣體進(jìn)口控制閥3、流體介質(zhì)輸入主管路4、模具型腔板7、流體介質(zhì)輸出主管路20、冷介質(zhì)出口控制閥21、冷流體介質(zhì)儲藏罐16等通過管路連接而成。
[0038]模具溫度控制系統(tǒng)由溫度傳感器22、壓力傳感器30、加熱元件8、接線盒10、熱介質(zhì)進(jìn)口控制閥2、高壓氣體進(jìn)口控制閥3、冷介質(zhì)進(jìn)口控制閥5、冷介質(zhì)出口控制閥21、熱介質(zhì)出口控制閥19、控制單元12、人機(jī)界面14以及相應(yīng)的連接電線或電纜組成；加熱元件8的電源線9與接線盒10相連，接線盒10通過電纜線11與控制單元12相接，控制單元12與人機(jī)界面14之間通過通信電纜13相連；溫度傳感器22安裝在模具型腔板7內(nèi)部靠近加熱元件8和模具型腔表面附近的區(qū)域，并通過信號線與控制單元12相接，以用于測量模具型腔溫度；壓力傳感器30可安裝在流體介質(zhì)輸入主管路4、流體介質(zhì)輸出主管路20或支管路6上，并通過信號線與控制單元12相接，以用于測量模具內(nèi)部管道中的壓力。
[0039]模具型腔板7內(nèi)部設(shè)有至少一條介質(zhì)輸入主管路4、一條介質(zhì)輸出主管路20以及連接介質(zhì)輸入主管路4和介質(zhì)輸出主管路20的若干條支管路6 ;支管路6內(nèi)部安裝對應(yīng)安裝有加熱元件8，加熱元件8與支管路壁之間留有間隙，間隙的優(yōu)選推薦范圍為0.5mm?2mm ；[0040]流體介質(zhì)輸入主管路4、流體介質(zhì)輸出主管路20以及連接它們的若干條支管路6的形狀可以是方形、U型、多邊形或圓形等，但優(yōu)選形狀為圓形，管路可以是一維直線，也可以是二維或三維曲線，管路外壁距離模具型腔表面的距離優(yōu)選推薦范圍為4mm?30mm，圓形管路的直徑的優(yōu)選推薦范圍為6mm?12mm，圓形管路孔壁與模具型腔表面之間的最小距離優(yōu)選推薦范圍為5mm?20mm ；
[0041]加熱元件8優(yōu)選推薦為筒式加熱器或加熱棒，其直徑比支管路6的直徑小1_?4mm,加熱元件8的功率密度優(yōu)選推薦為10W/cm2?80W/cm2 ；
[0042]模具型腔板7的內(nèi)部設(shè)有至少一個溫度傳感器22和至少一個壓力傳感器30，溫度傳感器22的感溫點距離加熱元件8的距離優(yōu)選推薦為2mm?10mm，壓力傳感器30直接安裝在流體介質(zhì)輸入主管路4、流體介質(zhì)輸出主管路20或支管路6上；
[0043]為了進(jìn)一步提聞加流體介質(zhì)的換熱能力，進(jìn)而提聞|旲具型腔板7的加熱冷卻效率，還可以在所述模具型腔板7的內(nèi)部安裝超聲波變送器(Piezoelectric transmitter)101,超聲波變送器101通過傳輸線103與超聲波發(fā)生器(Ultrasonic generator) 102相連。
[0044]熱介質(zhì)進(jìn)口控制閥2、高壓氣體進(jìn)口控制閥3、冷介質(zhì)進(jìn)口控制閥5、冷介質(zhì)出口控制閥21、熱介質(zhì)出口控制閥19的耐壓能力優(yōu)選推薦為IObar以上，耐溫能力優(yōu)選推薦為150°C以上。
[0045]本發(fā)明的工作原理如下:
[0046]本發(fā)明的注塑模具快速加熱與快冷卻方法及其系統(tǒng)裝置的功能是實現(xiàn)模具型腔的循環(huán)快速加熱與快速冷卻。根據(jù)模具溫度變化歷程，一個循環(huán)的注塑模具快速加熱與快速冷卻過程可以分為四個階段，分別為:模具加熱階段、模具加熱結(jié)束后階段，模具冷卻階段，模具冷卻結(jié)束后階段。下面將分別針對四個工作階段，詳細(xì)介紹本發(fā)明的工作原理:
[0047]在模具加熱階段，首先，熱介質(zhì)進(jìn)口控制閥2和熱介質(zhì)出口控制閥19打開，高壓氣體進(jìn)口控制閥3、冷介質(zhì)進(jìn)口控制閥5和冷介質(zhì)出口控制閥21關(guān)閉，加熱元件8關(guān)閉，在熱介質(zhì)增壓泵I的抽吸作用下，熱流體介質(zhì)由熱流體介質(zhì)儲藏罐18流出，依次經(jīng)熱介質(zhì)增壓泵1、熱介質(zhì)進(jìn)口控制閥2、介質(zhì)輸入主管路4、模具型腔板7內(nèi)的若干支管路6、介質(zhì)輸出主管路20、熱介質(zhì)出口控制閥19,最終流回?zé)崃黧w介質(zhì)儲藏罐18 ;然后,依次關(guān)閉熱介質(zhì)出口控制閥19和熱介質(zhì)進(jìn)口控制閥2,從而使熱流體介質(zhì)充滿并被封閉在在介質(zhì)輸入主管路4、介質(zhì)輸出主管路20以及支管路6中；最后，控制單元12給加熱元件8通電，加熱元件8產(chǎn)生的熱量穿過加熱元件8與對應(yīng)支管路6之間封存的熱流體介質(zhì)，然后擴(kuò)散進(jìn)入模具型腔板7，從而快速加熱模具型腔表面，當(dāng)溫度傳感器20反饋給控制單元12的模具型腔溫度升高到設(shè)定的溫度水平時，控制單元12將切斷加熱元件8的電源，以停止模具加熱，從而進(jìn)入模具加熱結(jié)束后階段。由于熱流體介質(zhì)分別與加熱元件8的外表面和支管路6的內(nèi)壁充分均勻接觸，這使得加熱元件8產(chǎn)生的熱量可以均勻的向模具型腔板7均勻擴(kuò)散，從而保證了模具加熱的均勻性，也有效避免了加熱元件8的局部過熱現(xiàn)象，改善了加熱元件8的使用壽命。另外，由于加熱元件8與對應(yīng)支管路6的內(nèi)壁之間存在間隙，這將十分有利于加熱元件8的安裝、更換與維護(hù)。
[0048]當(dāng)模具加熱階段結(jié)束后，控制單元12發(fā)出指令，打開高壓氣體進(jìn)口控制閥3和熱介質(zhì)出口控制閥19，保持熱介質(zhì)進(jìn)口控制閥2、冷介質(zhì)進(jìn)口控制閥5、冷介質(zhì)出口控制閥21關(guān)閉和加熱元件8斷電，高壓氣體將由高壓氣體儲藏罐17流出，依次經(jīng)高壓氣體進(jìn)口控制閥3，介質(zhì)輸入主管路4、模具型腔板7內(nèi)的支管路6、介質(zhì)輸出主管路20、熱介質(zhì)出口控制閥19，最終流入熱流體介質(zhì)儲藏罐18，從而將加熱階段存留在介質(zhì)輸入主管路4、模具型腔板7內(nèi)的支管路6以及介質(zhì)輸出主管路20中的熱流體介質(zhì)吹回?zé)崃黧w介質(zhì)儲藏罐18，實現(xiàn)熱流體介質(zhì)的充分回收利用，以提高能源利用效率，并為下一階段的模具冷卻做好準(zhǔn)備。
[0049]在模具冷卻階段，控制單元12發(fā)出指令，打開冷介質(zhì)進(jìn)口控制閥5和冷介質(zhì)出口控制閥21，并保持熱介質(zhì)進(jìn)口控制閥2、高壓氣體進(jìn)口控制閥3、熱介質(zhì)出口控制閥19關(guān)閉和加熱元件8斷電,在冷介質(zhì)增壓泵15的抽吸作用下,冷流體介質(zhì)由冷流體介質(zhì)儲藏罐16流出，依次經(jīng)冷介質(zhì)增壓泵15、冷介質(zhì)進(jìn)口控制閥5、介質(zhì)輸入主管路4、模具型腔板7內(nèi)的支管路6、介質(zhì)輸出主管路20、冷介質(zhì)出口控制閥21,最終流回冷流體介質(zhì)儲藏罐16 ;冷流體介質(zhì)在高速流過模具型腔板7內(nèi)的支管路6時，可以將模具型腔板7內(nèi)的熱量迅速帶走，從而實現(xiàn)模具的快速冷卻，當(dāng)溫度傳感器20反饋給控制單元12的模具型腔溫度降低至設(shè)定溫度水平時，控制單元12發(fā)出指令，關(guān)閉冷介質(zhì)進(jìn)口控制閥5和冷介質(zhì)出口控制閥21，以切斷冷流體介質(zhì)的流動管路，從而停止冷卻模具，并進(jìn)入模具冷卻結(jié)束后階段。由于采用加熱元件8與對應(yīng)支管路6之間的間隙作為冷流體介質(zhì)的流動管路，所以不需要在模具型腔板中增設(shè)額外的冷卻管路，這有利于簡化模具結(jié)構(gòu)、減少模具加工制造成本和提高模具結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，另外，由于加熱元件8與對應(yīng)支管路6之間的間隙的截面較小，故冷流體介質(zhì)具有更快的流速，從而可以獲得更高的模具冷卻效率，同時由于冷流體介質(zhì)在模具型腔板7中的冷卻管道距離模具型腔表面更近，這也將有利用提高模具冷卻效率。
[0050]在模具冷卻結(jié)束后階段，控制單元12發(fā)出指令，打開高壓氣體進(jìn)口控制閥3和冷介質(zhì)出口控制閥21，并保持熱介質(zhì)進(jìn)口控制閥2、冷介質(zhì)進(jìn)口控制閥5、熱介質(zhì)出口控制閥19關(guān)閉和加熱元件8斷電，高壓氣體將由高壓氣體儲藏罐17流出，依次經(jīng)高壓氣體進(jìn)口控制閥3，介質(zhì)輸入主管路4、模具型腔板7內(nèi)的支管路6、介質(zhì)輸出主管路20、冷介質(zhì)出口控制閥21，最終流入冷流體介質(zhì)儲藏罐16，從而將冷卻階段存留在介質(zhì)輸入主管路4、模具型腔板7內(nèi)的支管路6以及介質(zhì)輸出主管路20中的冷流體介質(zhì)吹回冷流體介質(zhì)儲藏罐16，實現(xiàn)冷流體介質(zhì)的充分回收利用，以提高能源利用效率，并為下一周期的模具加熱做好準(zhǔn)備。
[0051]上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種注塑模具快速加熱與冷卻系統(tǒng)，其特征是，包含四個可單獨(dú)控制通斷的閉環(huán)回路，其中，第一個回路包括通過管路依次連接的熱流體介質(zhì)儲藏罐、模具型腔板、熱流體介質(zhì)儲藏罐；第二個回路包括通過管路依次連接的高壓氣體儲藏罐、模具型腔板、熱流體介質(zhì)儲藏罐；第三個回路包括通過管路依次連接的冷流體介質(zhì)儲藏罐、模具型腔板、冷流體介質(zhì)儲藏罐；第四個回路包括通過管路依次連接的高壓氣體儲藏罐、模具型腔板、冷流體介質(zhì)儲藏罐；所述模具型腔板包含至少一條流體介質(zhì)輸入主管路、一條流體介質(zhì)輸出主管路以及連接流體介質(zhì)輸入主管路和流體介質(zhì)輸出主管路的若干條支管路；所述支管路中安裝有加熱元件。
2.如權(quán)利要求1所述的注塑模具快速加熱與冷卻系統(tǒng)，其特征是，所述注塑模具快速加熱與冷卻系統(tǒng)還包括模具溫度監(jiān)控系統(tǒng)，所述模具溫度監(jiān)控系統(tǒng)包括溫度傳感器、接線盒、熱介質(zhì)進(jìn)口控制閥、高壓氣體進(jìn)口控制閥、冷介質(zhì)進(jìn)口控制閥、冷介質(zhì)出口控制閥、熱介質(zhì)出口控制閥、控制單元、人機(jī)界面以及相應(yīng)的連接電線或電纜組成。
3.如權(quán)利要求1所述的注塑模具快速加熱與冷卻系統(tǒng)，其特征是，所述加熱元件與對應(yīng)的支管路壁之間留有間隙，間隙的范圍為0.5mm~2mm。
4.如權(quán)利要求1所述的注塑模具快速加熱與冷卻系統(tǒng)，其特征是，所述流體介質(zhì)輸入主管路、流體介質(zhì)輸出主管路以及支管路的形狀是方形、U型或圓形，管路是一維直線、二維或三維曲線，管路外壁距離模具型腔表面的距離范圍為4mm~30mm。
5.如權(quán)利要求4所述的注塑模具快速加熱與冷卻系統(tǒng)，其特征是，所述流體介質(zhì)輸入主管路、流體介質(zhì)輸出主管路以及支管路的形狀為圓形，所述圓形管路的直徑的薦范圍為6mm~12mm,管路外壁與模具型腔表面之間的距離范圍為5mm~20mm。
6.如權(quán)利要求1所述的注塑模具快速加熱與冷卻系統(tǒng)，其特征是，所述加熱元件為筒式加熱器或加熱棒，其直徑比支管路的直徑小Imm~4mm，加熱元件的功率密度為IOW/cm2 ~80W/cm2。
7.如權(quán)利要求2所述的注塑模具快速加熱與冷卻系統(tǒng)，其特征是，所述溫度傳感器測溫點的位置距離加熱元件的距離為2mm~10mm。
8.如權(quán)利要求1所述的注塑模具快速加熱與冷卻系統(tǒng)，其特征是，所述模具型腔板的內(nèi)部安裝有超聲波變送器，超聲波變送器通過傳輸線與超聲波發(fā)生器相連。
9.如權(quán)利要求1所述的注塑模具快速加熱與冷卻方法，其特征是，包括如下步驟: (1)模具加熱階段；熱流體介質(zhì)由熱流體介質(zhì)儲藏罐流出，經(jīng)流體介質(zhì)輸入主管路進(jìn)入模具型腔板，然后分流到支管路中，并接著匯流入流體介質(zhì)輸出主管路，再流回?zé)崃黧w介質(zhì)儲藏罐，待模具型腔板內(nèi)部管路中充滿熱流體介質(zhì)后，將熱流體介質(zhì)封閉在模具型腔板內(nèi)部的管路中，接著給模具型腔板中的加熱元件通電，加熱元件產(chǎn)生的熱量穿過熱流體介質(zhì)，到達(dá)模具型腔板并從而加熱模具型腔表面，當(dāng)模具型腔表面溫度升高至設(shè)定溫度時，給加熱元件斷電，停止加熱模具； (2)模具加熱結(jié)束后階段；高壓氣體儲藏罐中的高壓氣體經(jīng)流體介質(zhì)輸入主管路進(jìn)入模具型腔板，然后分流到支管路中，并接著匯流入流體介質(zhì)輸出主管路，再流回?zé)崃黧w介質(zhì)儲藏罐，從而將模具加熱階段殘留在管路中的熱流體介質(zhì)吹入熱流體介質(zhì)儲藏罐； (3)模具冷卻階段；冷流體介質(zhì)由冷流體介質(zhì)儲藏罐流出，經(jīng)流體介質(zhì)輸入主管路進(jìn)入模具型腔板，然后分流到支管路中，并接著匯流入流體介質(zhì)輸出主管路，再流回冷流體介質(zhì)儲藏罐，冷流體介質(zhì)在高速通過模具型腔板內(nèi)部管路時，可以迅速帶走模具型腔板中的熱量從而快速冷卻模具型腔表面，當(dāng)模具型腔表面溫度降低至設(shè)定溫度時，以停止冷卻模亙.N 9 (4)模具冷卻結(jié)束后階段；高壓氣體儲藏罐中的高壓氣體經(jīng)流體介質(zhì)輸入主管路進(jìn)入模具型腔板，然后分流到支管路中，并接著匯流入流體介質(zhì)輸出主管路，再流回冷流體介質(zhì)儲藏罐，從而將模具冷卻階段殘留在管路中的冷流體介質(zhì)吹入冷流體介質(zhì)儲藏罐。
10.如權(quán)利要求9所述的注塑模具快速加熱與冷卻方法，其特征是，在所述模具加熱階段，當(dāng)熱流體介質(zhì)壓力升高到 設(shè)定水平時，釋放一部分熱流體介質(zhì)。
【文檔編號】B29C45/78GK103552223SQ201310554636
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月8日
【發(fā)明者】趙國群, 王桂龍, 管延錦 申請人:山東大學(xué)