优化加长喷嘴的加热与温度控制

潘洪亮，徐鹤，吴晓峰

(德马格塑料机械（宁波）有限公司，浙江 宁波 315800)

0 背景

料筒加热系统是塑机塑化系统中关键的温度执行系统，喷嘴加热是这一系统中不可缺少的一环，近年来 ，塑料制品增长十分迅速，塑料品种的范围也飞速的增长，对于注塑机的塑化系统温度控制精度也提出了更加高的要求。同时， 模具的复杂化，促使注塑机的喷嘴多样化。采用现有的加长型直通式喷嘴时， 熔料在流经喷嘴头的过程中会有一部分热量通过喷嘴头散发，造成熔料的温度下降， 当熔料温度下降后其流动性会降低，影响了注塑性能，所以对于加长喷嘴需要一个加热装置，同时这个加热的温度需要一个精确的控制。精准的控制是高品质、高合格率的必备条件。

1 加热圈功率

料筒加热圈加热功率由加热圈的加热能力来决定，由于传递材料性能接近， 喷嘴的加热功率也可套用相同公式， 根据定义：

式中：NT——加热圈功率，kW;

AT——料筒加热表面的有效面积， cm2;

qT——加热圈单位面积上所提供的供热瓦数，W/cm2;与加热圈的结构及性能有关。

电阻加热圈:qT=3-3.5 W/cm2；

铸铝加热圈:qT=4-5 W/cm2；

陶瓷加热圈:qT=6-7 W/cm2；

云母加热圈:qT=2.5-3 W/cm2。

2 当前加长喷嘴的温度控制分析

现在普通采用的技术方案是在喷嘴头的外表面套一个弹簧加热圈，但弹簧加热圈只是简单的缠绕在喷嘴体外表面，但由于加热区域大，其加热圈的有效长度长， 所以对于距离远端的温度不能进行精确的控制。（对于弹簧加热圈的保护， 这里不作详细介绍）。

本文以不同的加长喷嘴为例， 进行实验测试。

图1中控制2为原有热电偶， 控制加热圈2（加热功率400 W）和弹簧加热圈1(加热功率920 W)的加热，监控点（ 1 ，2）分别安装针式热电偶， 用于监测实际喷嘴位置的温度变化。设定喷嘴温度为200 ℃。喷嘴中， 控制1与控制2之间的距离是50 mm, 监控2与监控1之间的距离是25 mm 。

图1 一般加长喷嘴的加热方式

图2 分析， 加热8 min后，控制2达到温度设定值，此时二个加热圈不再加热。但由于加热圈1的加热滞后原因， 喷嘴前端仍然继续升温， 距离越远， 温差越大， 过高的温度， 可以使原料迅速降解，分解。此种设计，不利于热稳定性差的塑料。因此， 在这基础上， 增加一个温度控制，确保喷嘴头部的温度控制。

图2 单点温控的加热曲线

为此， 进行第二次测试，在图1中，增加一个控制1，控制1检测加热圈1温度，控制2检测加热圈2温度, 监控1 和2分别安装针式热电偶， 用于监测实际喷嘴位置的温度变化。设定相同的喷嘴温度为200 ℃,测试结果如图3。

图3 多点温控的加热曲线

图3分析，由于控制1 的加入，使喷嘴头部的温度非常接近与设定温度，温度变化也基本平稳，但由于喷嘴的结构原因，加热圈2 与控制2中有螺纹连接部分，传热性能差，升温缓慢，加热圈1与控制1是直接表面接触，升温速度快。在加温过程中， 加热圈1的高温已经严重影响了控制2对于加热圈 2的升温判断，错误的判断加热圈2的升温速率，由于这种错误的升温速率与机器设定时的校正升温速率有巨大差异， 使机器控制系统判断为加热发生故障，在17 min后，启动断电保护。在进行强制供电后，在38 min后，机器再次启动断电保护，在控制2仍未到设定温度情况下，再次进行强制供电，由于二者升温速率的差异， 机器又一次报警断电。此种设计，不利于机器的正常运行。

3 优化后加长喷嘴的加热与温度控制

根据以上二个测试结果， 对于加长喷嘴的加热装置做了优化:

（1）减小加热圈1的功率，（也可加大加热圈2的功率，在这里 由于加热圈2的形状特定，加大后的效果不太明显，故不采用加大方案）使加热圈在加热过程中的升温速率减小， 尽量避免二个加热圈由于升温速率过大，而出现机器报警的现象。

（2）增加温度控制1和2之间的距离，尽量避免加热圈1的高温影响控制2。

图4分析， 在图1测试的基础上优化：

图4 优化后的加长喷嘴的加热示意图

（1）根据加热功率公式，计算出：

加热圈1功率取整数为1 500 W。

加热圈2功率取整数为400 W

（2）增大温控1与2之间的距离，零件实际控制1与控制2之间的距离是92 mm, 监控2与监控1之间的距离是25 mm.设定喷嘴温度为200 ℃。

图5分析，优化后的控制1能基本控制加热圈1的温度变化，由于控制1距离控制2较远， 监控点5的温度显示明显偏低，即加热圈1的温度对控制2的干涉较小， 所以机器在升温过程中， 未发现有机器报警并断电现象，总体温度偏差不大。

图5 优化后的加热曲线

4 结论

（1）二个加热圈的功率不宜差距过大，功率大的加热圈可取较小的qT为单位面积上的加热功率，尽量使它们升温速率接近。

（2）为避免二段控制热电偶互相干涉， 它们之间的间距要超过70mm。