如何控制好模温


作者:本刊记者 李军 日期:2016/02/22 来源:PT《现代塑料》

在注塑成型过程中,控制模温对于成型生产的顺利实施及确保成型部件的质量起着极其重要的作用。这不仅对模温机的设计和制造提出了高标准的要求,而且需要加工商采取一些有效的方法来辅助模温机实现精准和稳定的模温控制。为此,本刊特别邀请了威猛巴顿菲尔机械设备(上海)有限公司董事总经理程翔先生、信易电热机械股份有限公司企业技术中心经理陈彦良先生,以及上海环球机械有限公司总工程师程燚先生结合各自的模温机产品和解决方案对“如何控制好模温”这一话题提出见解和建议,以期对注塑加工商正确选择模温控制设备及有效控制模温有所帮助。

PT:在注塑成型过程中为何要进行模温控制?如果模具温度控制得不好,将会对注塑生产造成哪些不利的影响?

程翔先生:模具温度是指与制品接触的型腔表面温度。它对制品的外观质量和内在性能影响很大。如果模具温度太低,一方面塑料熔体冷却变快,凝固层厚度增加,熔体黏度也增加,导致成型压力变大,成型相对困难;另一方面,塑料熔体的流动不顺畅,容易出现流动痕迹,制品的轮廓不光滑,同时熔接痕的长度和清晰度都变大,制品外观质量下降。模具温度也不能太高,太高会使冷却时间变长,生产效率下降,制品的收缩率增大,特别是结晶性塑料的收缩率会比非结晶性塑料增大得更多。

威猛巴顿菲尔机械设备(上海)有限公司董事总经理 程翔先生

因此,为了保证产品质量并兼顾生产效率,应该适当地提高模具温度,以增加熔体流动长度,提高制品表面光洁度、结晶度和密度,减小内应力和充模压力。同时,由于模具的前后温度对制品的变形有很大的影响,模具的前后温度应尽量相等,差异最大不应超过10℃。由图例可看出,当模具温度(流道温度)上升,可以避免冷流道料柄中心产生小缩孔。而其他工艺方法诸如增加垫料、改变保压位置、增加保压压力和保压时间,以及改变料筒温度,对冷流道料柄中心缩孔均不能有效改善。这也表明通过模温机控制模具温度对于改善制品质量有着相当重要的影响。

通过提高模具温度,可以避免冷流道料柄中心产生小缩孔

陈彦良先生:加热熔化的塑料原料被注射进模具型腔后,经过冷却定形而成为产品。模具的温度应该得到适当的控制——不能太低也不能太高。这是因为:冬天环境温度较低,造成模具很凉,如果不对模具进行加热,使其达到合适的温度,熔化的塑料原料还没有完全进入模具型腔,就已经冷却了,造成废品或不良品。但是模具温度也不能过高,较高的模具温度会使注射到模具型腔里的塑胶原料冷却地很慢,从而影响工作的效率。而如果不等塑料原料完全冷却,就将产品取出,会使产品变形,达不到产品图纸尺寸的要求,而且产品的毛刺也会很大。为此需要对模具进行冷却,使进入型腔的塑料原料能够很快地冷却成型,以此可以加快工作效率,而且生产出来的产品能够成为合格的产品。

信易电热机械股份有限公司企业技术中心经理 陈彦良先生

程燚先生:模具的温度对注塑件的质量和注塑周期有着决定性的作用。因为塑胶有热胀冷缩的物理性质,若模具温度不稳定会造成制品的变形,和影响制品的尺寸精度、力学性能、表面质量以及制品的成型性能。

上海环球机械有限公司总工程师 程燚先生

PT:在注塑生产过程中,影响模具温度稳定性的因素有哪些?针对这些影响因素,注塑加工商应该采用哪些方法有效监控和调整模具温度?

程翔先生:注射的料温一定时,塑料带入模具中的总热量也一定,所以模具温度取决于冷却水的温度高低与流量的大小,可以通过调整水温和流量开关的大小,达到使模具温度较为恒定的目的。

除了靠通入定温的冷却介质来控制模具温度之外,有时也靠熔体注入型腔后,自然升温和散热达到平衡而保持一定的模温;特殊情况下,还可以采用电热丝或电热棒对模具加热来控制模温。

陈彦良先生:影响模具温度稳定性的因素一般包括:媒介温度、管路的长短以及大气温度。通常实际到达模具的媒介温度要比设定的温度偏低,注塑加工商可通过监视媒介流进/流出模具时的温度,再适当地增加或降低媒介的温度来满足实际需求。

管路太长会导致媒介温度比设定的温度低很多,原因是媒介流过管路时与外界产生热交换,管路太长使得媒介温度变化大。为了降低热交换效应,注塑加工商可在管路外包裹一层保温材料,同时适当地提高或降低媒介的温度。一般而言,管路长度建议以2m为宜。

大气温度会促进媒介输送过程中和模具表面热交换,注塑加工商需根据当地的气温适当地提高或降低媒介的温度。

程燚先生:注射周期的改变、注射速度、熔化温度和室温均会影响到模具的温度稳定性。一般控制热媒流体温度是最常用的方法,可满足大多数情况要求。有特殊要求的可对模具温度进行直接控制,例如在模具内部安装温度传感器,对影响模具的热因素直接测量和补偿。还可以综合上述两种方法进行联合控制。温度传感器从操作性、可靠性和抗干扰考虑最好使用数字接口如RS485,同时也可以让模温机自动控制。

PT:作为模温控制的主体,模温机又该具有怎样的设计及温控单元来保证模具温度的稳定性?

程翔先生:威猛巴顿菲尔公司的TEMPRO模温机采用了循环水式的单体/双体设计、控制精度为±0.2℃的微处理器、5.7"触摸屏显示(基于Windows CE)、不锈钢的热交换器(耐热镍铬铁加热元件)、泵和系统压力表,以及免维护电磁耦合泵,并通过固态继电器进行加热控制。

TEMPRO plus D140/160/180为增压泵系统,含有增强泵和电磁耦合泵。TEMPRO plus XL 90可以在短时间内将模具加热到设定值,即便是很大的模具;强劲的加热器(36kW)可增强流量(达到200L/min)和冷却效率;可用一个附加泵清空模具,从回水管或排水管都可抽水。TEMPRO plus 250为油式机型,可达250℃的完美性能,微处理器控制精度为±1℃。TEMPRO primus C90/basic C90/basic C140 适用于温度精确要求高的场合,无直接冷却的附加功能。TEMPRO primus C90 单体模温机,控制温度达90℃,标准特性包括模具更换时的空气清洗。TEMPRO primus /basic C90 单回路模温机,控制温度达90℃,配置自优化微处理器,控制精度为±1℃,标配泄漏停机功能,以及排水首先按钮。TEMPRO primus basic C140为单体设计,配有加压系统,控制温度可达140℃。TEMPRO primus C120 的控制温度可达120℃,直冷式设计使其拥有高效的冷却能力。TEMPRO primus direct C120 是专为特定应用的特殊需求而设计的,特别配备了不同压力范围下的高流量径向活塞泵。

威猛TEMPRO plus D系列模温机

威猛TEMPRO basic C90模温机

陈彦良先生:目前行业内均采用PID的方式来进行模具温度控制,除此之外可将温度探头安装在模具之上,使其检测的是模具温度而不是媒介温度。此方法适合机器工作温度比所需模具温度高出50℃或以上。为监视模具温度的稳定性,还可以加装温度探头检测媒介回流温度,并通过软件将其与媒介流进模具温度对比。此方法也适合通过流量来检测。

程燚先生:为保证模具的温度稳定性,模温机必须具有良好的控温精度,目前市场上大多数的模温机都是使用PID运算控制。我公司的“王牌”模温机通过对出水温度、回水温度,以及模具水道堵塞的监测,结合采用高扬程大流量的泵,使换热效率更高、控温更精准;针对客户的特殊要求,还可采用模拟量控制SCR来进行动态调整。

PT:作为一种温控设备,模温机除了要实现精准控温,保持良好的节能性也同样重要。请谈谈贵公司的模温机如何达到这种要求?并且实现了怎样的节能效果?

程翔先生:在加压操作中,威猛巴顿菲尔公司的TEMPRO模温机可利用一个压力表确保内部压力总是保持在高出蒸汽压力曲线大约1bar(0.1MPa)的水平上。由于较小的热交换,减少了循环水量,减少了预热和冷却时间,TEMPRO模温机保持了良好的节能性。

陈彦良先生:油式模温机都带有副油箱来给系统提供热油,但在模温机的加热过程中,会有过多的热量传递到副油箱,造成能量浪费。信易公司的新型高温油式模温机,则通过优化设计,大大减少了热量的传递与散失。该模温机在最高温稳定工作时,副油箱的热油温度仅为103℃,而改良前的油温高达189℃。

信易STM-2440HT高温油式模温机

程燚先生:上海环球机械有限公司自1993年成立以来,一直专注在塑料辅机领域,近年来更着重于节能设计理念,从模温机的电热、冷却器及热媒储量等方面进行优化,并成功开发出采用模拟量控制SCR来动态调整加热功率的节能技术,节能效果可增加30%。

环球的王牌水式模温机

PT:高光部件在汽车、消费电子等领域正获得越来越多的应用,这种部件的成型是否对模温机有着特殊的要求?贵公司对此是否可提供相应的解决方案?

程翔先生:高光注塑可消除产品表面熔接线、熔接痕、波纹及银丝纹,彻底解决塑料产品的表面缩水现象,并使产品表面光洁度达到镜面水平。产品不需要喷涂的后续加工,从而有效降低成本、缩短交货时间。此外,高光注塑还可解决加纤产品所产生的浮纤现象,从而使产品品质更加完美。在薄壁成型中,高光注塑还有助于提高注塑流动性,提高产品质量与强度。因此,高光注塑在汽车、消费电子及包装等领域有着广泛的应用。

与普通的注塑成型相比,高光注塑在实施模温控制时需要实现瞬时高温和快速冷却,一般是利用蒸汽和冷却水,来控制一个成型周期内模具的温度。首先,当注塑机合模后通过喷射蒸汽,使模具的温度达到所要成型材料的热变形温度以上,然后注射熔体,形成没有熔合线、表面品质良好的成型品。熔体注射完成后,便开始用冷却水使模具温度迅速下降到所加工塑料的热变形温度以下。这样,可以通过加快熔体的固化速度,来缩短成型周期,解决翘曲和凹陷等缺陷。

为了满足高光注塑的上述模温控制要求,威猛巴顿菲尔公司开发了High-gloss quality with BFMOLD®变模温工艺技术(球状填充模具),该技术能够采用高速水流,以贴近部件轮廓的方式,对部件进行加热或冷却。这样,可保证仅对模具靠近型腔的部分加热,从而大大提高加热和冷却的循环及能效。BFMOLD®可集成到多种部件的模具中,用于关键区域。所采用的TEMPRO plus D Vario 180模温机,可实现快热快冷转换的温度达180℃。

这种技术不再采用传统的模温调节通道,型腔下方的整个空间均用于温度调节,这样可确保型腔下方能够极为快速、均匀地加热和(或)冷却。

该技术采用专门设计的威猛模温调节装置,可精确地控制整个变模温加工过程。采用这种工艺加工出的产品,没有接缝痕迹或缩痕。整个部件毫无瑕疵地反映了模腔经过抛光处理的高亮泽表面。

程燚先生:高光注塑过程中,高温高压水蒸气、高温干空气的制备与加热模具型腔和去除残留水的控制,对模温机有着特殊的要求。针对不同的高光产品,我公司正在积极研发可满足这些产品注塑需要的模温机。

PT:与注塑机的控制系统相整合,以及通过网络进行集成控制已成为许多周边设备的技术发展趋势,模温机是否也是如此呢?

程翔先生:模温机集成在注塑机周边布置,模具温度作为重要的工艺参数和其他工艺参数一样,也可以通过网络实时监控。威猛巴顿菲尔公司作为全球唯一一家注塑成型整体解决方案的企业,可以提供注塑机与模温机等多种周边设备集成在一起的解决方案。威猛巴顿菲尔注塑机采用的UNILOG B6控制系统,可以通过精确地分析各种相关工艺变量,为用户提供完美的控制。该系统使得注塑机及模温机、机械手等周边设备极易集成到网络中,进行相互之间的通信,以应对要求日益严格的生产需求。

陈彦良先生:信易公司的模温机为客户标配有进行网络集成控制的RS485通讯端口。通过该接口,利用信易sLink技术,可将多台模温机与HMI相连。凭借着HMI全彩色的图形触摸接口,用户可以很方便地对多路模具温度进行集中监控。该系统操作简便,适用于大型模具的多路温度监控应用场合。

作为注塑机及辅机设备集成控制的新技术,sLink通过以太网或RS485通信接口使设备相连,并使用国际通用的工业通讯协议Modbus 进行数据处理。在注塑机等其他上位机可以读写包括干燥机、模温机、混料机、吸料机、冷水机及机械手等设备的参数,从而实现集中控制。这样使用者就可以将主控单元放置于办公室或其他位置进行集中监控,而现场的从站单元也可方便地进行机台的控制及操作。此技术结合数据采集软件,可建立各机台生产履历表,便于查询生产工艺参数及后期对产品质量的分析。

PT:作为模温机供应商,您对用户选择和购买模温机有什么好的建议?

程翔先生:人机操控界面的便捷、温度控制的稳定可靠,以及模具冷却水道的迅速回水或排水,是注塑加工商在选择模温机时需要重点考虑的问题。而模具更换时的空气清洗、介质泄露时的报警停机,也都是非常实用的功能。

陈彦良先生:首先从需求温度考虑,一般到达模具的媒介温度会比模温机设定温度低30℃左右,所以在选择模温机时要预计好此温差。其次,最好选择水式模温机,目的是便于清理,且水作为媒介易于获得,维护成本也比油式机低。只有当水式机无法满足温度要求时才选用油式机。

程燚先生:用户在选择和购买模温机时应该考虑三方面的问题:其一,选择适合需要的机器,即确定模温机的加热功率、流量、扬程及冷却能力等重要参数是否符合需求;其二:性能和价格的比较,不同的技术实力、不同的制造能力,以及不同材料的元件,会有不同的产品及其售价;其三,供应商实力、良好的商业信誉、优质的售后服务,以及解决方案的技术支援等是供应商综合实力的体现。