一种分流机构、快速加热控制方法及模具加热系统与流程

本发明涉及注塑加工领域，特别是涉及一种分流机构、快速加热控制方法及模具加热系统。

背景技术：

针对注塑模具的加热过程，现有的加热工艺及模具设计不能满足日益提高的注塑产品质量要求，特别是高光亮的注塑产品。现有的加热方式加热速度较慢，且温度控制不准确。模件各区域加热不均匀，导致产品质量不稳定。

现有技术中，公开号为cn203854183u的中国专利披露了蒸汽管路集成式高光注塑模具，包括用于通入高温蒸汽对模具进行加热的蒸汽管路，其特征在于:所述蒸汽管路包括设置在模具内的进汽主管路、出汽主管路和多条分流管路，多条所述分流管路的进口端连通于所述进汽主管路，出口端连通于所述出汽主管路，所述进汽主管路与所述出汽主管路位于所述模具的对角位置，所述进汽主管路、出汽主管路连接模具外部的蒸汽主汽源。该专利通过在模具内部设置进汽主管路、出汽主管路用于连通模具内各分流管路，将模具内部分流管路进行集成，连接方便、效率高，接头少，连接可靠性高，不易产生漏汽现象，提高了加热效率。但是该专利的分流管路中单个通路的流量、通入蒸汽时间不能调节，无法选择流道，流量无法精确可调，不能满足高精度和高质量的注塑要求，不能实现模具分区加热，并且分流管路跟随模具加工，不能适应不同的注塑原料和模件。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种分流机构、快速加热控制方法及模具加热系统。

为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种分流机构，包括至少一个流体进口、多个流体出口，以及与所述流体出口对应的控制流体出口流量的多个第一流量调节阀。

上述技术方案的有益效果为：该分流机构具有流动阻力小、散热损失小且各分支流速均匀的特性，并且根据使用需求可以关闭或开通任一流体出口并调节流量，具有通用性，不受模具和模件结构限制。

在本发明的一种优选实施方式中，还包括用于固定所述分流机构的磁性件。

上述技术方案的有益效果为：分流机构通过磁性件进行磁吸式安装，可实现与其他机构(如模具等)的完全贴合，无需复杂的连接机构，操作简便。

在本发明的一种优选实施方式中，还包括包裹所述分流机构全部或部分外表面的保温材料。

上述技术方案的有益效果为：通过保温材料能够减少空气散热量，减少分流机构内部的流体的热流损失。

为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种模具快速加热控制方法，包括：

s1，结合模具尺寸、模件结构、原料热物性参数和注塑工艺得到模具的多条加热曲线，得到多个目标加热时长及其对应的多个目标温度；

s2，根据模具尺寸，模件结构或原料热物性参数在模具上设置两个或两个以上加热区域，为加热区域中的加热流道分配流体出口；

s3，结合加热区域所在模具上的位置、加热区域包含的型腔结构、原料热物性参数匹配加热曲线，并基于所述加热曲线获得区域目标温度；

s4，控制器基于区域目标温度控制加热区域中加热流道内高温流体的流量；

s5，控制器基于加热曲线上的时间参数控制第一流量调节阀的开启和/或关断。

上述技术方案的有益效果为：为满足模件结构、模具尺寸以及原料特性的需求，将模具分区加热，不同加热区域设置有不同的区域目标温度，对加热区域的每个热流道流量单独控制，使加热控制更精准，快速加热，提高了模具加热的效率及产品质量，且整个模具能快速达到目标温度。避免了传统流道加热方式中流量无法改变，不能针对性区域加热以及加热速度较慢的问题。

在本发明的一种优选实施方式中，所述s2中，在模具上设置两个或两个以上加热区域的方法为：

根据距模具浇料口的距离远近，分为不同的加热区域；

和/或根据模件结构的壁厚等级，分为不同的加热区域；

和/或根据模具型腔内不同的流动阻力，分为不同的加热区域。

上述技术方案的有益效果为：公开了加热区域划分的方法和区域目标温度设置的方法，方法合理，具有通用性。

在本发明的一种优选实施方式中，所述s4中加热流道的高温流体流量q的计算公式为：

其中，ga为格拉晓夫数；d为加热流道的截面直径；q为高温流体流量；ρ为流体密度；λ为流体导热系数；a1为加热流道截面面积；η为流体的液膜厚度；a是加热流道内壁表面积；to为加热流道出口温度；ti为加热流道进口温度；prs为流体普朗特数；prw为加热流道的壁面普朗特数；ρ'为模具材料密度；v为加热流道在模具上的有效加热体积；cp为模具材料比热容；t1为加热流道所在加热区域的区域目标温度；t0为加热流道所在加热区域的初始温度。

上述技术方案的有益效果为：公开了根据区域目标温度设置获得加热流道高温流体流量的计算公式。

在本发明的一种优选实施方式中，还包括控制器根据设置在模具上的温度传感器反馈的温度信息调节各加热区域中加热流道内高温流体的流量的步骤。

上述技术方案的有益效果为：根据各加热区域反馈的实时温度，调节各加热流道的流量，实现高光亮注塑产品的快速、均匀及精确的加热工艺。

为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第三个方面，本发明提供了一种模具加热系统，包括高温流体源、将所述高温流体源输出的高温流体分为至少一路的如权利要求1-3之一所述的分流机构、开设有至少一个加热流道的模具、以及按照权利要求4-7之一所述的快速加热控制方法根据模具尺寸、模件结构和原料热物性参数，对所述分流机构的流体出口的通断和流量进行工艺匹配的控制器；

一个加热流道与一个流体出口通过管路连接；

控制器的高温流体控制端与高温流体源的开关端电连接，控制器的第一阀门控制端与第一流量调节阀的控制端电连接。

上述技术方案的有益效果为：针对不同的模具、不同注塑模件的结构特性和不同的原料，给加热流道分配流体出口，结合加工工艺控制每个流体出口的通或断，以及流量，实现不同模具快速加热的工艺优化，提高了加热效率和缩短了加工周期，通过合理配置流体出口的数量、通流时间和流量能适应不同的注塑原料、模件和模具的加热需求，具有通用性。

在本发明的一种优选实施方式中，还包括设置在所述模具上的至少一个温度传感器，所述温度传感器的输出端与控制器的温度输入端电连接。

上述技术方案的有益效果为：将模具温度作为加热反馈信号，便于及时调整各流体出口的通或断、流量，以及切断高温流体源，能精确控制加热过程，提高了加热的准确性，提升注塑件的质量。

在本发明的一种优选实施方式中，还包括设置在所述流体进口处的第二流量调节阀，控制器的第二阀门控制端与第二流量调节阀的控制端电连接。

上述技术方案的有益效果为：可以开通或关闭分流机构工作，还可以进一步对分流机构的通入流体总量进行调控。

附图说明

图1是本发明一具体实施方式中分流机构的正视图；

图2是本发明一具体实施方式中分流机构的后视图；

图3是本发明一具体实施方式中模具加热系统的系统框图；

图4是本发明一具体实施方式中模具加热区域分布示意图；

图5是本发明一具体实施方式中加热曲线修正流程图。

附图标记：

1流体进口；2流体出口；3第一流量调节阀；4磁性件；5第二流量调节阀；6温度传感器；7高温流体源；8控制器；9模具；91加热区域一；92加热区域二；93加热区域三；10加热流道；11模件型腔；12浇料口。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本发明公开了一种分流机构，该分流机构包括至少一个流体进口1、多个流体出口2，以及与流体出口2对应的控制流体出口2流量的多个第一流量调节阀3。

在本实施方式中，图1公开了该分流机构的一种结构形式。流体出口2可均匀或不均布设在流体入口1的四周。为增加流体出口2的流体压力，可以将流体进口1设置为大于1个，如两个。第一流量调节阀3可为手动开关阀门或者电磁比列控制阀。分流机构优选耐热性能好的材质制成，如刚等。

在本发明的一种优选实施方式中，如图2所示，还包括用于固定分流机构的磁性件4。

在本实施方式中，磁性件4可为具有强磁力特性的一个或多个薄片磁铁或者圆柱形磁铁，可在分流机构任一端面上开设与磁性件4的形状匹配的凹槽，磁性件4可通过粘接或过盈配合等方式与凹槽固定连接。

在本发明的一种优选实施方式中，还包括包裹分流机构全部或部分外表面的保温材料。

在本实施方式中，保温材料选择传热性能低的材料，如泡沫材料。

本发明还公开了一种基于上述模具9加热系统的快速加热控制方法，包括：

s1，结合模具9尺寸、模件结构、原料热物性参数和注塑工艺得到模具9的多条加热曲线，得到多个目标加热时长及其对应的多个目标温度；

s2，根据模具9尺寸，模件结构或原料热物性参数在模具9上设置两个或两个以上加热区域，为加热区域中的加热流道10分配流体出口；

s3，结合加热区域所在模具9上的位置、加热区域包含的型腔结构、原料热物性参数匹配加热曲线，并基于所述加热曲线获得区域目标温度；

s4，控制器基于区域目标温度控制对应的加热区域中加热流道10内高温流体的流量；

s5，控制器基于加热曲线上的时间参数控制第一流量调节阀的开启和/或关断。

在本实施方式中，注塑成型过程大致可分为合模、射胶、保压、冷却、开模、制品取出六个阶段，在熔融状态下的原料注入模具9前，需要将模具9加热，原料注射完毕在模具9中需经固化或硫化过程，然后趁热脱膜。工艺上，对模具9的加热有一个加热曲线，该加热曲线的横轴为时间(单位可为秒)，纵坐标代表模具9的温度，加热曲线上有一个目标温度，当模具9达到目标温度后，加热系统让模具9保持目标温度一段时间(单位可为秒)，之后再进行冷却，该注塑工艺加热曲线可根据本领域注塑生产中蒸汽加热方法获得，为理论加热曲线。

在本实施方式中，不同的模具9尺寸、模件结构、原料热物性参数对加热过程有影响，理论加热曲线不能满足实际需要，需要根据在理论加热曲线上做相应修正，因此，可基于理论加热曲线得到多条结合模具9尺寸、模件结构、原料热物性参数的加热曲线。

模具9的尺寸对加热过程有影响，如大尺寸模具9，其远端管路更长，流体阻力和散热损失都显著增大，加热效果变差，因此在模具9上距离浇料口12的距离不同，需要的目标温度就不同，将浇料口12所在模具9部分的目标温度和加热时长设置为理论曲线上的目标温度和加热时长，按距与浇料口12的距离计算，需要的目标温度和加热时长与距离相关性(优选的，便于计算为线性增加)的增加。

模件结构不同需要目标温度不同，如弯折、阶梯等复杂结构比长方体等简单结构需要更高的目标温度和加热时长，如模件壁薄处比壁厚处需要更高的目标温度和加热时长，以避免因原料熔融体与壁面温度存在较大温差，热量快速传导到模具9体内，此处熔融体粘度迅速增加，不利于后续流动的问题，一般将模件结构简单且模件壁厚处的目标温度和加热时长设置为理论加热曲线上的目标温度和加热时长，结构复杂处和壁薄处的目标温度和加热时长在理论加热曲线上根据多次试验结果增加。

不同原料的热物性参数不同，热物性参数为原料粘度-温度关系，当原料的粘度-温度弱相关时，模具的目标温度和加热时长可以设置为理论加热曲线中的目标温度和加热时长，当原料的粘度-温度强相关时，需要在理论加热曲线基础上增加目标温度和加热时长，具体增加数值可根据多次试验结果得到。

模具9尺寸、模件结构、原料热物性参数中任意一者或两者或三者同时存在需要修正理论加热曲线时，应将每者的修正量(即目标温度增加量和加热时长增加量)进行叠加，优选的，为线性叠加，这样可以得到多条加热曲线。

在本实施方式中，根据不同的模具9尺寸范围、模件结构、原料热物性参数，将模具9分为不同的加热区域，每个加热区域内部包含有至少一个加热流道10，并将各加热区域的加热流道10与分流机构中的流体出口2一一对应管道连接，流体出口2的数量优选大于等于加热流道10数量，在管道外围可覆盖保温材料，以减少散热损失。

优选的，在模具9上设置两个或两个以上加热区域的方法为：

根据距模具9浇料口12的距离远近，分为不同的加热区域；

和/或根据模件结构的壁厚等级，分为不同的加热区域；

和/或根据模具9型腔内不同的流动阻力，分为不同的加热区域。

在本实施方式中，对于大尺寸模件或者薄壁类模件的模具9，分区设置尤其重要。对于大尺寸模件，可根据距模具9浇料口12的距离远近，分为不同的加热区域，如分为三个加热区域，分别为近端加热区域、中端加热区域和远端加热区域。每个加热区域的区域目标温度和目标加热时长不同，如远端加热区域为抵抗散热损耗和流体阻抗损耗，可以将其区域目标温度设置高于目标温度，通入流体的流量增大。

在本实施方式中，按照模件壁厚等级进行加热区域划分，模件壁厚区域与模件壁薄区域分开加热，以避免在模件壁薄区域原料溶体快速易凝固导致的注塑质量下降。

在本实施方式中，原料溶体在模具9型腔内的流道阻力受原料本身、模件壁厚、模件形状等结构特征影响，如模件结构复杂区域的流动阻力大于模件结构区域，模件壁厚区域的流动阻力小于模件壁薄区域；对于流动阻力较大区域相较于流动阻力较小区域，加热目标温度应更高和加热时长应更长。

在本实施方式中，划分好加热区域后，根据该区域所在模具9上的位置、所包含的部分型腔结构、原料热物性参数匹配加热曲线，不同的加热区域拥有不同的加热曲线，并基于该加热曲线获得区域目标温度和加热时间参数，控制器通过控制通入加热流道10的流量(即第一流量调节阀3的开度)来调节加热流道10所在加热区域的温度，控制器通过控制第一流量调节阀3的开启或关闭来匹配加热曲线上的时间参数。

在本发明提供的快速加热控制方法中划分加热区域的一种应用场景中，如图4所示，结合距离浇料口12的远近、模件型腔11的壁厚、原料熔融体的流道阻力将模具9划分为三个加热区域，分别为加热区域一91、加热区域二92和加热区域三93，每个加热区域中包含有一个加热流道10。一方面，加热区域二92距离浇料口12最近，其次是加热区域一91和加热区域三93，不考虑其他因素加热区域二92的区域目标温度t2应低于加热区域三93的目标温度t3和加热区域一91的目标温度t1；另一方面，从模件型腔11的结构可以看出，加热区域二92内模件壁最厚以及流动阻力最小，加热区域一91和加热区域三93内模件壁最薄以及流道阻力最大，不考虑其他因素加热区域二92的目标温度t2应低于加热区域一91的目标温度t1和加热区域三93的目标温度t3；结合上述两个方面，将加热区域二92的目标温度t2设置为理论加热曲线中的目标温度110℃，加热时长设置为理论加热曲线中的加热时长，将加热区域一91的目标温度t1和加热区域三93的目标温度t3均设置为120℃，高于加热区域二92的目标温度t2，加热区域一91和加热区域三93的加热时长设置为大于理论加热曲线中的加热时长。

在本实施方式中，对于不同的模具9和原料，该分流机构和加热控制方法均可适用，具有通用性，提高注塑生产的效率，使模具9能快速从初始温度升高到目标温度。

在本发明的一种优选实施方式中，s4中加热流道10的高温流体流量q的计算公式为：

其中，ga为格拉晓夫数，无量纲参数；d为加热流道10的截面直径，单位m；q为高温流体流量；ρ为流体密度；λ为流体导热系数，单位w/m²k；a1为加热流道10截面面积，单位m²；to为加热流道10出口温度，单位k；ti为加热流道10进口温度，单位k；prs为流体普朗特数，无量纲参数；prw为壁面普朗特数，无量纲参数；a是加热流道10内壁表面积，单位m²；η为流体的液膜厚度，单位m；ρ'为模具9材料密度，单位kg/m³；v为加热流道10在模具9上的有效加热体积，单位m³；cp为模具9材料比热容，单位kj/kg.k；t1为加热流道10所在区域的区域目标温度，单位k；t0为加热流道10所在区域的初始温度，单位k。

在本实施方式，根据热平衡原理，模具9的加热区域获得的热量q与蒸汽带来的有效热量q蒸汽加热相等，有：

q蒸汽加热＝q；

根据对流换热理论，对上述公式进行推导，获得如下公式：

根据上式，可求得流道的流量ρ，再根据流量与阀门开度的关系，以及阀门开度与控制信号大小的关系(可参照选择的第一流量调节阀3的产品手册设置)，控制器8输出合适的控制电压至第一流量调节阀3的控制端，调节阀门开度，从而调节加热流道10内的高温流体的流量。优选的，可在每个流体出口2所在管路上设置一个流量传感器，用于检测与流体出口2管路连接的加热流道10内的高温流体的流量，控制器8基于流量传感器反馈的流量信息，来调整第一流量调节阀3的阀门开度，这样流量控制更精准。

在本实施方式中，v为加热流道10在模具9上的有效加热体积，优选但不限于，该加热流道10所在加热区域占用模具9的体积除以该加热区域中加热流道10的数量。

在本发明的一种优选实施方式中，还包括控制器8根据设置在模具上的温度传感器6反馈的温度信息调节各加热区域中加热流道10内高温流体的流量的步骤。

在本实施方式中，由于基于区域目标温度获得加热流道10的流量为理论计算值，实际加热过程中，因外部环境散热、控制误差等各种因素影响，实际流量或者该加热区域的温度与区域目标温度有所偏差，因此，优选的在每个加热区域设置有温度传感器6，通过温度传感器6反馈加热区域的实际温度，控制器8对第一流量调节阀3阀门开度进行调节，从而使加热区域的温度达到区域目标温度。优选的，控制器可通过pid控制算法，对第一流量调节阀3的流出流量进行控制。

本发明还公开了一种模具9加热系统，如图3所示，包括高温流体源7、将高温流体源7输出的高温流体分为至少一路的上述分流机构、开设有至少一个加热流道10的模具9、以及按照上述快速加热控制方法根据模具9尺寸、模件结构和原料热物性参数，对分流机构中的流体出口2的通断和流量进行工艺匹配的控制器8；

一个加热流道10与一个流体出口2通过管路连接；

控制器8的高温流体控制端与高温流体源7的开关端电连接，控制器8的第一阀门控制端与第一流量调节阀3的控制端电连接。

在本实施方式中，高温流体源7优选但不限于为蒸汽发生器，高温流体为高温水蒸汽。控制器8为具有数据运算能力和a/d采集的单片机或者mcu。优选的，控制器8通过自己的i/o接口或者d/a管脚输出电信号至第一流量调节阀3的控制端去调节第一流量调节阀3的阀门开度，进而调节该第一流量调节阀3所在流体出口2连接的加热流道10中高温流体的流量、通或断。

在本实施方式中，对于尺寸较大的模具9，在距离浇料口12较远的远端和距离较近的近端，高温流体到达远端或近端时的温度不同；以及对于薄壁模件的不同部分加热温度和加热时长会有不同，如拐角或者厚度较薄部分要求加热时间较长；根据原料的热物性参数，如凝固点、熔点等，控制器控制远端加热流道10上的第一流量调节阀3的阀门开度较大，加大流量，以减少散热影响，控制模件的拐角或厚度较薄部分加热流道10上的第一流量调节阀3开启时间，以满足注塑要求。

在本发明的一种优选实施方式中，还包括设置在模具9上的至少一个温度传感器6，温度传感器6的输出端与控制器8的温度输入端电连接。

在本实施方式中，优选的，温度传感器6可为多个，分布在模具9上的不同区域。可选择热电偶温度传感器，控制器7上的a/d管脚与温度传感器6的输出端电连接，以采集温度信号并转换为数字信号，以便控制器8处理。

在本发明的一种优选实施方式中，还包括设置在流体进口1处的第二流量调节阀5，控制器7的第二阀门控制端与第二流量调节阀5的控制端电连接。

在本实施方式中，第二流量调节阀5优选但不限于为电磁比列控制阀，控制器7从其i/o接口或者d/a管脚输出电信号至第二流量调节阀5的控制端去调节第二流量调节阀5的阀门开度，进而调节分流机构流体进口1的流量。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。