一种具有恒温加热功能的PU模具的制作方法

本实用新型属于注塑聚氨酯(以下简称PU)的生产设备领域，具体涉及一种具有恒温加热功能的PU模具。

背景技术：

现有技术中，PU模具的加热均采用蛇形布管方式，这种方式不利于制作出与模腔壁良好贴合的管路系统。从工程上考虑，由于金属的延展性有限，弯制蛇形管时两管件距离受到很大限制，当水管的设计间距较小时工程上可能难以实现。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种具有恒温加热功能的PU模具，解决了现有技术中蛇形布管加热方式造成的热损耗大，管路系统复杂的问题。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种具有恒温加热功能的PU模具，包括上模主体和下模主体，上模主体具有凸出的弧形结构，下模主体具有凹进的弧形结构，当上模主体和下模主体合模后，形成封闭的弧形型腔；其中，上模主体和下模主体的内部均设置封闭的中空腔体，腔体内均匀设置多条加强筋，相邻两条加强筋之间形成封闭管道，封闭管道的一端设置流体热源的进口，另一端设置流体热源的出口。

封闭管道的外侧设置保温层。

所述流体热源为预先设定温度的水、油或者气体。

所述加强筋为长方形钢板。

相邻两个封闭管道之间相互独立。

还包括控制器，该控制器用于监测弧形型腔壁的温度，并根据该温度控制中空腔体内的流体热源的温度、流量以及流速。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、采用循环流体热源加热可通过控制循环流体热源的温度和流量，方便地实现对模具温度的调节，且载热介质可循环使用，热损失少。

2、作为最常见、最廉价的载热介质，水无毒无臭，更换方便，热容量大，对加热设备及管路系统要求低，可减少系统的建设及使用成本。

3、常温常压下水的沸点为100℃，所以采用水加热比空气加热或电加热具有更高的安全性，可以使用复合材料模具具有更长的使用寿命。

4、循环水加热最突出的优点是可以实现对模具温度的双向控制，即模具温度低时可对模具加热，而PU即聚氨酯反应放热造成模具高温时，循环水亦可起到降温的作用。

附图说明

图1为本实用新型的模具剖面图。

图2为本实用新型的模具结构简图。

其中，图中的标示为：1-上模主体；2-下模主体；3-型腔；4-加强筋；5-保温层；6-封闭管道。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的结构及工作过程作进一步说明。

如图1所示，一种具有恒温加热功能的PU模具，包括上模主体1和下模主体2，上模主体1具有凸出的弧形结构，下模主体2具有凹进的弧形结构，当上模主体1和下模主体2合模后，形成封闭的弧形型腔3；其中，上模主体1和下模主体2的内部均设置封闭的中空腔体，腔体内均匀设置多条加强筋4，相邻两条加强筋4之间形成封闭管道6，封闭管道6的一端设置流体热源的进口，另一端设置流体热源的出口。

封闭管道6的外侧设置保温层5。

所述流体热源为预先设定温度的水、油或者气体。

所述加强筋4为长方形钢板。

相邻两个封闭管道6之间相互独立。

还包括控制器，该控制器用于监测弧形型腔壁的温度，并根据该温度控制中空腔体内的流体热源的温度、流量以及流速。

以下通过具体实施例来说明本实用新型模具的工作原理及工作过程如下：

如图2所示，该实施例为大型复杂具有恒温加热功能的非连续PU主机模具，模具总长较大，长度达21米，其型腔的外形呈圆弧状，若采用蛇形布管方式不利于制作出与模腔壁良好贴合的管路系统。另外，进出水温差较大，不利于模具均匀温度场的形成。从工程上考虑，由于金属的延展性有限，弯制蛇形管时两管件距离受到很大限制，当水管的设计间距较小时工程上可能难以实现，基于以上考虑，本新型采取了并联的水道方式。同时，考虑到并联水道数量众多，故采用热循环水端进端出的方式供水，即高温热水从模具一端进，从另一端出的方式，这样可在保证模具内部得到充分供水的同时，还保证了整个模具内的温差较小，另外，在供水水道的非模具侧增加了保温层，所以又节约了热能的损失，降低了成本。

在生产的过程中，由于工艺的需要，要求非连续PU主机模具温度保持在25℃-65℃之间，否则PU(聚氨酯)反应时间过长，严重影响生产效率。而且，由于非连续PU主机模具尺寸巨大和形状复杂，所以生产过程中无法采用常规方式对其加热。

在对大型发杂模具即非连续PU主机模具加热方式进行筛选后，选择循环水作为内置热源对模具进行加热。通过对模具传热过程的分析，建立了简化的模具传热模型并采用有限单元法求解该模型在不同设计变量下的瞬态温度场分布。数值分析结果表明，水管材质和管内流体的运动状态对加热效果影响很小。

模具结构层采用碳纤维复合材料、提高环境温度以及减少管壁厚度、水管内径和水管间距可以获得更好的加热效果，而循环水温度、结构层和保温层厚度对加热效果的影响有利有弊。

结合本模具的工程背景，模具内置管路设计参数进行了优化。采用修正后的优化结果制作了模具并对其温度场分布进行了测量，结果表明，实测模具温度分布状况与计算值基本吻合，表明本方案基于模具温度场有限元分析的内置加热水设计方法可以在工程中采用。

采用新工艺分别制备了常温固化和循环水加热固化两种PU材料制件性能进行了测试。具体测试数据结果如下：

相比常温固化式样，采用循环水加热固化时间减少了70％，PU即聚氨酯的发泡时间减少了42％，制件厚度减少了2.79％，固化度提高了9％，力学性能提高了36-56％，表明模具内置循环水加热系统对大型复杂制件的生产具有积极意义。

模具加热管路的实现方式主要有三种：在模具结构中直接加工出水道，在模具内预埋金属管，或将加热管整体包覆于模具外侧。对于大型复杂模具来说，由于外形尺寸大和形腔复杂，本方案考虑采取在模具结构中直接加工出水道的方式。

该PU模具的控制方法如下：

首先，温度检测装置检测该模具型腔外壁的温度发送至控制器；

其次，控制器将接收到的温度信息与预先设定的温度阈值进行比较，判断下一步的操作是需要加热或降温，如果接收到的温度低于温度阈值，则需要进行加热，如果高于温度阈值则需要降温；

然后，控制器根据预先设定的流量及流速进行操作，将温度调节至温度阈值后停止；

最后，循环上述过程，直至工件加工完成。

本实施例选择水作为流体热源具有如下优点：

(1)作为最常见、最廉价的载热介质，水五毒无臭，更换方便，热容量大，对加热设备及管路系统要求低，可减少系统的建设及使用成本。

(2)采用循环水加热可通过控制循环水的温度和流量，方便地实现对模具温度的调节，且载热介质可循环使用，热损失少。

(3)常温常压下水的沸点为100℃，所以采用水加热比空气加热或电加热具有更高的安全性，可以使用复合材料模具具有更长的使用寿命。

(4)循环水加热最突出的优点是可以实现对模具温度的双向控制，即模具温度低时可对模具加热，而PU即聚氨酯反应放热造成模具高温时，循环水亦可起到降温的作用。

综上所述，对于大型复杂非连续PU主机模具来说，采用模具内置循环水是一种最理想的选择。