本實用新型屬于注塑聚氨酯(以下簡稱PU)的生產(chǎn)設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種具有恒溫加熱功能的PU模具。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)中，PU模具的加熱均采用蛇形布管方式，這種方式不利于制作出與模腔壁良好貼合的管路系統(tǒng)。從工程上考慮，由于金屬的延展性有限，彎制蛇形管時兩管件距離受到很大限制，當(dāng)水管的設(shè)計間距較小時工程上可能難以實現(xiàn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術(shù)問題是：提供一種具有恒溫加熱功能的PU模具，解決了現(xiàn)有技術(shù)中蛇形布管加熱方式造成的熱損耗大，管路系統(tǒng)復(fù)雜的問題。

本實用新型為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：

一種具有恒溫加熱功能的PU模具，包括上模主體和下模主體，上模主體具有凸出的弧形結(jié)構(gòu)，下模主體具有凹進(jìn)的弧形結(jié)構(gòu)，當(dāng)上模主體和下模主體合模后，形成封閉的弧形型腔；其中，上模主體和下模主體的內(nèi)部均設(shè)置封閉的中空腔體，腔體內(nèi)均勻設(shè)置多條加強(qiáng)筋，相鄰兩條加強(qiáng)筋之間形成封閉管道，封閉管道的一端設(shè)置流體熱源的進(jìn)口，另一端設(shè)置流體熱源的出口。

封閉管道的外側(cè)設(shè)置保溫層。

所述流體熱源為預(yù)先設(shè)定溫度的水、油或者氣體。

所述加強(qiáng)筋為長方形鋼板。

相鄰兩個封閉管道之間相互獨立。

還包括控制器，該控制器用于監(jiān)測弧形型腔壁的溫度，并根據(jù)該溫度控制中空腔體內(nèi)的流體熱源的溫度、流量以及流速。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下有益效果：

1、采用循環(huán)流體熱源加熱可通過控制循環(huán)流體熱源的溫度和流量，方便地實現(xiàn)對模具溫度的調(diào)節(jié)，且載熱介質(zhì)可循環(huán)使用，熱損失少。

2、作為最常見、最廉價的載熱介質(zhì)，水無毒無臭，更換方便，熱容量大，對加熱設(shè)備及管路系統(tǒng)要求低，可減少系統(tǒng)的建設(shè)及使用成本。

3、常溫常壓下水的沸點為100℃，所以采用水加熱比空氣加熱或電加熱具有更高的安全性，可以使用復(fù)合材料模具具有更長的使用壽命。

4、循環(huán)水加熱最突出的優(yōu)點是可以實現(xiàn)對模具溫度的雙向控制，即模具溫度低時可對模具加熱，而PU即聚氨酯反應(yīng)放熱造成模具高溫時，循環(huán)水亦可起到降溫的作用。

附圖說明

圖1為本實用新型的模具剖面圖。

圖2為本實用新型的模具結(jié)構(gòu)簡圖。

其中，圖中的標(biāo)示為：1-上模主體；2-下模主體；3-型腔；4-加強(qiáng)筋；5-保溫層；6-封閉管道。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型的結(jié)構(gòu)及工作過程作進(jìn)一步說明。

如圖1所示，一種具有恒溫加熱功能的PU模具，包括上模主體1和下模主體2，上模主體1具有凸出的弧形結(jié)構(gòu)，下模主體2具有凹進(jìn)的弧形結(jié)構(gòu)，當(dāng)上模主體1和下模主體2合模后，形成封閉的弧形型腔3；其中，上模主體1和下模主體2的內(nèi)部均設(shè)置封閉的中空腔體，腔體內(nèi)均勻設(shè)置多條加強(qiáng)筋4，相鄰兩條加強(qiáng)筋4之間形成封閉管道6，封閉管道6的一端設(shè)置流體熱源的進(jìn)口，另一端設(shè)置流體熱源的出口。

封閉管道6的外側(cè)設(shè)置保溫層5。

所述流體熱源為預(yù)先設(shè)定溫度的水、油或者氣體。

所述加強(qiáng)筋4為長方形鋼板。

相鄰兩個封閉管道6之間相互獨立。

還包括控制器，該控制器用于監(jiān)測弧形型腔壁的溫度，并根據(jù)該溫度控制中空腔體內(nèi)的流體熱源的溫度、流量以及流速。

以下通過具體實施例來說明本實用新型模具的工作原理及工作過程如下：

如圖2所示，該實施例為大型復(fù)雜具有恒溫加熱功能的非連續(xù)PU主機(jī)模具，模具總長較大，長度達(dá)21米，其型腔的外形呈圓弧狀，若采用蛇形布管方式不利于制作出與模腔壁良好貼合的管路系統(tǒng)。另外，進(jìn)出水溫差較大，不利于模具均勻溫度場的形成。從工程上考慮，由于金屬的延展性有限，彎制蛇形管時兩管件距離受到很大限制，當(dāng)水管的設(shè)計間距較小時工程上可能難以實現(xiàn)，基于以上考慮，本新型采取了并聯(lián)的水道方式。同時，考慮到并聯(lián)水道數(shù)量眾多，故采用熱循環(huán)水端進(jìn)端出的方式供水，即高溫?zé)崴畯哪＞咭欢诉M(jìn)，從另一端出的方式，這樣可在保證模具內(nèi)部得到充分供水的同時，還保證了整個模具內(nèi)的溫差較小，另外，在供水水道的非模具側(cè)增加了保溫層，所以又節(jié)約了熱能的損失，降低了成本。

在生產(chǎn)的過程中，由于工藝的需要，要求非連續(xù)PU主機(jī)模具溫度保持在25℃-65℃之間，否則PU(聚氨酯)反應(yīng)時間過長，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。而且，由于非連續(xù)PU主機(jī)模具尺寸巨大和形狀復(fù)雜，所以生產(chǎn)過程中無法采用常規(guī)方式對其加熱。

在對大型發(fā)雜模具即非連續(xù)PU主機(jī)模具加熱方式進(jìn)行篩選后，選擇循環(huán)水作為內(nèi)置熱源對模具進(jìn)行加熱。通過對模具傳熱過程的分析，建立了簡化的模具傳熱模型并采用有限單元法求解該模型在不同設(shè)計變量下的瞬態(tài)溫度場分布。數(shù)值分析結(jié)果表明，水管材質(zhì)和管內(nèi)流體的運動狀態(tài)對加熱效果影響很小。

模具結(jié)構(gòu)層采用碳纖維復(fù)合材料、提高環(huán)境溫度以及減少管壁厚度、水管內(nèi)徑和水管間距可以獲得更好的加熱效果，而循環(huán)水溫度、結(jié)構(gòu)層和保溫層厚度對加熱效果的影響有利有弊。

結(jié)合本模具的工程背景，模具內(nèi)置管路設(shè)計參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。采用修正后的優(yōu)化結(jié)果制作了模具并對其溫度場分布進(jìn)行了測量，結(jié)果表明，實測模具溫度分布狀況與計算值基本吻合，表明本方案基于模具溫度場有限元分析的內(nèi)置加熱水設(shè)計方法可以在工程中采用。

采用新工藝分別制備了常溫固化和循環(huán)水加熱固化兩種PU材料制件性能進(jìn)行了測試。具體測試數(shù)據(jù)結(jié)果如下：

相比常溫固化式樣，采用循環(huán)水加熱固化時間減少了70％，PU即聚氨酯的發(fā)泡時間減少了42％，制件厚度減少了2.79％，固化度提高了9％，力學(xué)性能提高了36-56％，表明模具內(nèi)置循環(huán)水加熱系統(tǒng)對大型復(fù)雜制件的生產(chǎn)具有積極意義。

模具加熱管路的實現(xiàn)方式主要有三種：在模具結(jié)構(gòu)中直接加工出水道，在模具內(nèi)預(yù)埋金屬管，或?qū)⒓訜峁苷w包覆于模具外側(cè)。對于大型復(fù)雜模具來說，由于外形尺寸大和形腔復(fù)雜，本方案考慮采取在模具結(jié)構(gòu)中直接加工出水道的方式。

該PU模具的控制方法如下：

首先，溫度檢測裝置檢測該模具型腔外壁的溫度發(fā)送至控制器；

其次，控制器將接收到的溫度信息與預(yù)先設(shè)定的溫度閾值進(jìn)行比較，判斷下一步的操作是需要加熱或降溫，如果接收到的溫度低于溫度閾值，則需要進(jìn)行加熱，如果高于溫度閾值則需要降溫；

然后，控制器根據(jù)預(yù)先設(shè)定的流量及流速進(jìn)行操作，將溫度調(diào)節(jié)至溫度閾值后停止；

最后，循環(huán)上述過程，直至工件加工完成。

本實施例選擇水作為流體熱源具有如下優(yōu)點：

(1)作為最常見、最廉價的載熱介質(zhì)，水五毒無臭，更換方便，熱容量大，對加熱設(shè)備及管路系統(tǒng)要求低，可減少系統(tǒng)的建設(shè)及使用成本。

(2)采用循環(huán)水加熱可通過控制循環(huán)水的溫度和流量，方便地實現(xiàn)對模具溫度的調(diào)節(jié)，且載熱介質(zhì)可循環(huán)使用，熱損失少。

(3)常溫常壓下水的沸點為100℃，所以采用水加熱比空氣加熱或電加熱具有更高的安全性，可以使用復(fù)合材料模具具有更長的使用壽命。

(4)循環(huán)水加熱最突出的優(yōu)點是可以實現(xiàn)對模具溫度的雙向控制，即模具溫度低時可對模具加熱，而PU即聚氨酯反應(yīng)放熱造成模具高溫時，循環(huán)水亦可起到降溫的作用。

綜上所述，對于大型復(fù)雜非連續(xù)PU主機(jī)模具來說，采用模具內(nèi)置循環(huán)水是一種最理想的選擇。