热流道系统温度调节技巧

热流道温度控制系统的控制对象是流道板和喷嘴，也涉及浇口区域。热电偶是检测温度的器件，将获得的信号经温度调节器，控制加热电器，执行流道板和喷嘴的升温和热补偿。

1.热电偶

热电偶的测温原理是基于热电偶的热电效应。热电偶产生的热电势E会随被测温度T的变化而变化，因此利用热电偶作为测温敏感器件，便可取得它所产生的热电势作为温度测量的信息。

工业上常用的热电偶，以分度号区分金属材料组，有S、R、B、K、N、E、J等16种。其中测温较高的有S分度号，为铂铑-铂两金属，测温-20～1300℃，价格较高，并不用于模具的测温。镍铬-镍硅的为K分度号，测温-20～1260℃，热电势大，且线性好，国内和日本的热流道系统中都采用。J分度号的为铁-铜镍双金属，使用-20～760℃温度，在欧洲和北美常用在注射模热流道系统中。热电偶的分度号不同，给出的热电势不同，反映仪表温度值有几十度的差别，不能混淆接线，必须首先明确分度号，才能输入到相应的温度调节器。其次，热电偶的引出线有极性，必须有线缆着色和标号，对准接线。注意热电偶引线输出的是mV弱电势，不能与强电加热器的功率线搞错。此外，热电阻是另一种测温元件，它基于金属导体的电阻值会随温度的变化而变化，日前在热流道技术中极少使用。

图12-9 热电偶的种类

a）直角式 b）直线式 c）喷嘴上用的导线式

通常使用的热电偶的种类，如图12-9所示。现今模具上使用的热电偶，已将两金属的工作端焊后，插入不锈钢管铠装，称为针型热电偶。针的外径为0.5mm，长度为70mm，型号是TC05070；外径为1mm，长为100mm，型号是TC10100；还有型号TC10150和TC10200等。引出线长度通常为1m。

图12-9a所示直角式热电偶，弯曲后安装在流道板前表面的孔中，有ϕ4mm小销定位，并用M4螺钉紧固。图12-9b所示热电偶用于插装在流道板的侧面，插入后有弹簧压到孔径的底部，并用螺母紧固。图12-9c所示导线式热电偶可以弯曲，使用在喷嘴中，可用螺纹套紧固。

在外部加热的流道板上，热电偶应该位于加热器与流道之间。热电偶安装在流道板外侧的较冷区域，将会使流道中的塑料熔体过热。在内部加热的流道板上，热电偶通常安装在筒棒式加热器内。

如图12-10所示，喷嘴上的热电偶有两种安装位置。一种在喷嘴的前端，在浇口区；另一种在喷嘴的中央。图12-10a所示是用于检测浇口区温度，控制浇口熔料的冻结。图12-10b是用于校核喷嘴的最高温度，可以防熔体的过热。也有将热电偶安装在其他位置的，故热流道模具操作者要合理地控制喷嘴温度，必须知道热电偶工作端的位置。

图12-10 喷嘴上热电偶的位置

a）在浇口区 b）在喷嘴中央

测温热电偶的布置，有两个位置很重要。一个是浇口，该处的温度对于熔体的流动性和压力的传递都非常重要；另一个是高温热点。例如：加热器输出量最大的点；加热器与熔体通道之间；或主流道的末端等。此布置是为防止塑料熔体高温过热而分解。

2.加热区

喷嘴和流道板上加热器的配置，首先考虑加热区的划分，然后是加热器的选用和安置的设计。本节主要讨论流道板上加热区的划分。

各注射点的喷嘴，装有加热器和测温热电偶，是加热区。除少数较短的主流道不加热，独立加热的主流道喷嘴也是加热区。

为了提高温度控制的质量，对于长度超过150mm的主流道喷嘴或分喷嘴，考虑一个喷嘴设立两个独立加热区。在喷嘴体上还挖出周向凹槽来分离两个加热器，减少热传导的面积，也减少两个加热区的相互干扰。

将流道板分成若干加热区，实行独立的温度控制，每个加热区对应供料给单个或多个喷嘴，如图12-11所示。对于较大的流道板应将流道板分区加热；注射点不对称的流道板更应分区；不容易加工的塑料如PBT、PET和PA66等也应该分区加热。热流道板分成几个加热区，取决于喷嘴的数目与尺寸。

流道自然平衡的多型腔模具，其流道板的形状对称，加热区的位置和分布也是对称的。多型腔模具的流道板上，加热区数目越少，热流道装备的成本越低，但影响温度的精确调节。

每个加热区有一个热电偶和单独的加热器。接插件要与测温和加热元件分组正确连接，否则会烧毁元件。每组有热电偶，分正、负两引线，又有电热器两接线，共四对插头与插座，此外，还有公用的接地线。常用的接插件有四芯、16芯和24芯，分别用于单个，4个和6个加热区的温度控制。加热区数目越多，接线成四倍增多，有时要用两个或更多的接插件。

图12-11 流道板上加热区的划分和加热器的布排T₁和T₂是流道板的温度。

图12-126 个温度控制区的电缆连接和24芯接插件

1—温度控制箱 2—注射模 3—接插件

每个加热区有它自己的温度调节器。温度控制箱由各加热区的温度调节器组成。每个温度调节器有各自抽屉式电子器件组装件，可独立拆卸并检测。图12-12上有6个温度调节器，对热流道系统的主流道喷嘴、注射点喷嘴和流道板各加热区进行温度控制。此接插件至少有24芯。每个加热区的加热器的功率，在流道板加热器划分时，必须考虑与温度控制箱的总功率匹配。

加热区的数目与注射点或型腔数相对应，并在模具上加以识别，必须与接插件接线的编号一致，组成一个逻辑线路，防止任何加热器与热电偶，跟温度调节器的错误连接。图12-13所示为八个型腔与分喷嘴的模具标记。编码1-8给8个分喷嘴，从最近的喷嘴开始，以顺时针编排，编码9与10以类似顺序，定位给流道板上两个加热区。11为流道板的上游主加热区。12是主流道喷嘴的加热区。此种编排应该让注射操作工明了，以便于控制各加热区。(www.xing528.com)

3.温度调节器

热流道系统需要有个最佳的温度控制系统、“软启动”的加热系统、流道板的区域温度控制、可靠的喷嘴温度控制；还要有熟练员工的合理操作。

（1）温度控制系统

热流道系统的温度调节器的用途，是测量流道板和喷嘴的温度，并保持在给定的温度值。典型的热流道系统某个加热区的温度控制回路如图12-14所示。

图12-13 一模八腔模具上加热区的标记

1～8—分喷嘴9～11—流道板 12—主流道喷嘴

图12-14 典型的温度控制回路

1—流道板 2—加热器 3—热电偶 4—调节器 5—控制单元

图12-14中，从热电偶3测得的热电动势的电压，与被测温度呈线性关系，它是控制回路的输入信息作用值x，在温度调节器4中经电子线路与人工设置的温度给定值w作比较。调节器4的输出信号y，经它的控制单元5，由图示的继电器及电路开关，控制加热器2执行加热的关停。

自动控制的温度调节器与人工监察控制的区别在于，前者的加热器2的温度控制结果反馈给温度调节器4。图12-14上温度控制回路实现了信息反馈，加热器被两位式的开关所控制。它进行着满功率的加热或断开。此控制方法，使流道板1有较大的温度起伏，会超出塑料注射加工温度的范围。

热流道系统加热器的交流加热电压，由温度调节器输给。控制加热功率有两种方式：一种是移相触发控制，调节器的微处理单元，有相应的算法，输出某个信号，截取加热电压的正弦交流波后，传输给加热器；另一种是脉冲组触发控制，输出的脉冲信号，以接通-断开的开关方式截得半波的成组脉冲电压，输送给加热器。

软启动功能在冷态开机，或系统从一个状态转变成另一状态并且温度远低于设定温度时，控制输出加热功率由小到大，使热流道系统平缓升温至软启动的设定温度，从而减少由于电压冲击对加热元件的损坏。实现图12-15所示的软启动阶段中，软启动设定温度为124℃；通常设定在2～10min。开机时如果控制对象温度小于100℃，则立即进入软启动模式；如果大于100℃则直接进入自动控制。在升温时如果超过软启动设定时间，或温度已升至124℃，系统则由软启动进入自动控制状态，在软启动未结束时，进入PID自动控制。

热流道系统的温度调节器使用得最多的是比例-积分-微分（PID）作用调节特性。它是在PID综合调节的基础上，抑制在调节过程中的“超调”现象。对注射中的干扰现象的调节也得到改善。温度调节器从启动开始，就对测量温度进行实时监控，通过对输入值的超前响应，抑制超调，有效地控制加热功率，达到控制区的温度设定值SV。现代注射模热流道的温度自动控制实现的调节特性，需将热电动势的模拟信号放大后转换成数字电路的脉冲信号，经微处理单元调制。

图12-15 软启动的温度调节特性SV-控制区的温度设定值

（2）温度调节器的操作 温度控制箱也称主控箱，见前图12-12所示。它根据热流道系统的温度控制区数目组装。每个温度的检测与加热区都有温度调节器；每个调节器有两个加热器的引线，两个热电偶的引线需对应组接；每个温度调节器通过导槽和接插件与主控箱联接并定位；每个温度调节器有独立开关，除保险和报警外，有一套完整的温度控制的操作。每个调节器有两个显示屏：一个PV屏显示温度测量值及各类参数，另一个SV屏显示温度设定值。

大型注塑件和一模多腔的注射模，有较多的喷嘴，在流道板上有较多的加热区。当有十几个以上的温度调节器时，各调节器上显示的PV测量温度，对于真实温度存在误差。SV屏的给定温度对于所需正确温度存在误差。给定温度离最佳温度或测量值相互之间有时会有高达30～40℃的相对误差值。也就是说，PV和SV温度的一致、SV给定温度与塑料注射工艺温度一致，并不说明热流道系统各部位温度一致，也并不一定是各部位所需的合理温度值。有时会使个别注射点的注射失败，成型的注塑件质量达不到要求。

因此，在塑料熔体试射的最后阶段，要以各个浇口处塑料的流动性和注射质量来判断温度调节的结果（例如浇口的流涎和拉丝；浇口料头和浇口附近注射质量）来判别熔体流动性，调节相应注射点及加热区的SV给定温度。这项温度调节系统的误差修正工作，需要熟悉热流道系统的设计；需要熟悉注射塑料熔体的流动性；需要丰富的实际经验。

温度调节系统误差的原因有多个方面：

1）温度调节系统的设计和制造的误差、热电偶的参比端的温度补偿问题、热电偶的位置和安装质量、加热器的质量和它的安装质量、加热器功率密度的不均匀、绝热条件差和不均衡、加热和散热条件的变化、电网电压和环境温度变化，都会使得流道壁和浇口区温度不均衡。

图12-16所示，热电偶的引线的测量头，必须与被测件的插孔有可靠的接触连接。否则，热电偶测得的温度值较低。为此，如图12-16a所示的热电偶的引线测量端，必须有一小段弯曲插入长度。喷嘴体上的测量点也应如此。更有用紫铜钎焊，将测量头封在插孔里，如图12-16b所示。

2）热流道的浇注系统设计和制造误差。有的是塑料熔体的不平衡的浇注系统。流道、喷嘴和浇口中流动时的剪切速率变化，使熔体的黏度变化。有的尽管是平衡的浇注，但由于机械加工的流道壁的表面粗糙度的误差、浇口的几何尺寸和孔径的误差、排气的不均匀等因素，也会造成剪切速率和黏度的变化，都需要调节修正温度，改善熔体的流动性。

因此，应当根据各注射点和加热区的温度对注射熔体流动性的表现，修正各调节器的设定温度SV值，并进一步修正传感器的测定温度和实际温度的误差，设置各调节器的过程偏置值。

图12-16 流道板上热电偶的引线的安装

a）弯曲插入 b）钎焊封结