注射模热流道喷嘴浇口感应加热技术研究

摘要

热流道模具是利用加热装置使流道内熔体始终保持熔融状态的模具,具有绿色、环保、自动化、智能化的特征,应用日益广泛。热流道系统,特别是热流道喷嘴的加热和温度控制对塑件的成型过程与质量有本质影响。
　　热流道喷嘴通常采用电阻式加热,对热喷嘴主体加热是适用的,但对浇口需瞬间补充加热则不够理想。将感应加热技术应用到喷嘴浇口瞬间加热是可行的方式之一,具有加热速度快、效率高、能耗少、可控性好等优点。其原理是当筒形线圈通过交变电流时,线圈内的金属导体产生的感应电动势会在垂直于导体磁感应强度矢量的平面内产生涡流,从而使金属导体温度快速升高。
　　本文以“针阀式二级热喷嘴”为研究载体,针对其浇口局部2～3秒瞬间加热至2200C的特别要求,在有限空间内采用感应加热方式对热喷嘴浇口瞬间加热。重点展开对电磁感应加热系统的结构研究与设计;通过电磁计算,获得合理的电磁加热系统参数;基于ANSYS模拟软件,建立热喷嘴浇口感应加热模型,通过定义线圈截面、电源频率、电流密度等模拟与载荷参数和必要的边界条件,模拟得到热喷嘴浇口温度分布规律;通过实验,验证计算与模拟结果。
　　主要研究内容:
　　1.加热结构设计。在有限空间内采用感应加热方式,满足热喷嘴与模具型腔装配结构要求和电磁结构要求,完成包括电磁线圈结构、绝缘结构、隔热结构,以及热喷嘴浇口局部结构设计。
　　2.电磁计算。基于电磁场和温度场理论,分析涡流场理论计算方法,完成电磁感应加热系统的电磁功率计算,线圈的电压、电流、匝数计算,以及浇口涡流产生的感应电流、功率和温升计算。
　　3.数值模拟。利用ANSYS有限元数值模拟方法,建立浇口电磁加热系统的二维分析模型,对电磁感应加热系统磁场、温度场和涡流分布进行模拟分析,验证加热系统结构设计和电磁计算的正确性,获得合理的电磁加热系统参数。
　　4.实验验证。完成加热系统实验装置研制,预置与模拟相同的加热模态,验证系统的加热效果。测量热喷嘴浇口的表面温度,通过实验与模拟结果的对比分析得出研究结论。

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第一章 绪 论

§1.1 注射模热流道发展概述

§1.2 模具加热方式及研究现状

§1.3 电磁感应加热模拟分析的发展

§1.4 论文研究的背景与意义

§1.5 研究思路、内容及创新点

§1.6 本章小结

第二章 喷嘴浇口感应加热系统结构设计

§2.1 设计思路

§2.2 电磁感应加热的基本原理和特点

§2.3 喷嘴浇口加热结构设计

§2.4 本章小结

第三章 喷嘴浇口感应加热参数设计

§3.1 感应加热有限元计算的物理基础

§3.2感应加热器参数设计

§3.3 本章小结

第四章 喷嘴浇口感应加热电磁-热耦合场数值模拟

§4.1 ANSYS分析步骤与流程

§4.2 ANSYS耦合场分析方法

§4.3 ANSYS电磁-热耦合分析

§4.4 喷嘴感应加热数值模拟计算模型的建立

§4.5结果分析

§4.6 参数变化对加热效率的影响

§4.7 本章小结

第五章 实验验证

§5.1 实验目的

§5.2 实验设备

§5.3 实验结果分析

§5.4 本章小结

第六章 结论与展望

§6.1 结论

§6.2 创新点与工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间主要研究成果