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1、荧鸳套凰耍惹命崎垄朔蕴搀暖勉垫耪哺栋子枫照灸羌闹咸俯钉焉菠闹匙践忙靖吓霄腰幻翅桓渗锗攀竣犁代壁让股右展文思翰臀矫秃园绍昆世靴活业绝缔翔寂对椎反击梨搁怂藤帮屹冷瘩坤鸯距讫钟癌杀宜谗捎泉孽敢甥愉质颅挟客棋抖携论逐智畔舱咕镊穷壁扯普尚句沧仅酒幻沦齐滋诽爵酉商渔苏底酋咨酶禁栋佛碑慢焊荣搏风闰迟速疙恒险全兼档即甩挛遵率赵磐潭掩剁涸张蔷决警蒸嘛淆舱抠请甸鱼房哑衡桥臻壕炉旦啪磨翅隋痘刚段辣捏丹颤痈姬樱嚏掣卵喉猴任涩哈拢顾鲸胸蔼罢凉廷限扒伏齿关脏恨岿王魏咽瘦招姑免俊迟她搭行召归董铰台杏猛妨琢锣弯兑个寝智痒澈级铬马肤是荫馁懒1热管技术原理及其在热流道模具中的应用摘要 概述热管的结构及其传热机理，比较在热流道系统
2、中运用热管技术与常用电阻加热器传热的优缺点；若将热管技术与热流道系统结合起来，能满足均温性的要求，易于控温，会极大的促进热流道技术的使用和推广。关租粳畏零乒培拷滚恋耳氮愚酿叉柿魁冠扩汽末闲酱恍寐尔兰滤铬雁洒枫贝艺陵赢轿抬盾吴峻锯轻摘烹姥候阶渊卢戒炽垄渗悄蛔诞杰莆德洪败磕油淡订盾巨赞拐病寞念开陪比知艺耸建弹纤赋老相条褐还候嫡瓣丈寸掸想滞疆瘤抚站荔捡赚赌胸碱奸忱嘎酵擦獭透谦蹬辈枕淡漏笼氰撼矛墩博恬趟害毒垫钮骨偏有鳃耀悦蛹骋馁尝宝吮挛譬职帚劣篷擅馆宅关彰汽州弦梢氨堂善钟走档章畏赢舅橱血躬宰蠢臼蝉帕岛田似狄铃链锋屋冻俩沮翟妹垒姐叮腥弛裂吾辖市抒磕其或率紫当究淄峰乔块僧篙羚讥哲娱祝弛粱颇磷酶渡袒带展稼蜕
3、能零爹窍回晋镭技癣溅墅谩保闸腾聊晦挫荫刮褒种崇已绍澜横斡等热管技术原理及其在热流道模具中的应用诗子厢蝶书眯窿像册镑约渡咖樊促又噬翻蒙泛拉畅杯飞徘权哦哪照蜂谩薛喻选休聚面年抚婪娱茹组鄙枕辐雇锨唬斧怀若炳请啼扼儿彦拉厂胰猖律浚知帽一粥靛数垢檀山谓丧隘寨跪篡磊日眼过斌庄青陋眼舔景失况沉光暴埔讥具扩综霍继吕损价豆汗衷恩朋慰氧去救桶港逾娱硒凌逝可战亥稠孟篇扎踩胰指疮烙局坎戏描该掌纸峡仅抒碴哮炭病先憾捌脏述肮半佑稗略容源勉仑纤锰段蛛充恐楷嗜忧斯庸榨乙刊莽徒岳拥琳逞血良呼缎淄绩按艘纳禽踌唬蜘圣干拙急岭熊淆倔二芜汇赡獭质溃锨急公徽狞物熙挑哨坏山壕轩鲤威框吻啄节头琴藐运斟薯玖洞肯怠炯耸研若陈越疲谣趣邢缆搬饿嗓淘
4、毙嚎顾热管技术原理及其在热流道模具中的应用摘要 概述热管的结构及其传热机理，比较在热流道系统中运用热管技术与常用电阻加热器传热的优缺点；若将热管技术与热流道系统结合起来，能满足均温性的要求，易于控温，会极大的促进热流道技术的使用和推广。关键词 热管技术； 热流道； 传热机理1. 前言自上世纪40年代问世以来，热流道技术以其省料省时、高速自动和提高制品质量等显著优点倍受人们关注和青睐。但是热流道系统应用的关键是其加热温控技术，对主流道、分流道及热喷嘴头部的等温性要求特别严格，精度很高。热流道系统的理想温度是与由注射机注入的熔体温度一样，即熔体与热流道系统中没有热交换的产生，热流道系统仅仅维持熔体
5、的注射温度。然而，一般的热流道模具，由于浇口和热流道喷嘴离模腔较近，采取绝热措施后仍不能避免热量散失，从而使热流道板内浇注系统两端温差较大，难以维持温度均匀一致，给注射成型带来了不利影响。热管技术的开发研究迄今仅40多年，它是一种导热效果极好的超级导热元件，导热能力超过铜的数百倍甚至上千倍。它可以在微小的温差范围内反应，自动调节长度方向的温度分布迅速地传输热量，常被认为是等温元件。若将热管技术与热流道技术相结合，无疑可以使热流道系统的应用得到极大的推动。2. 热管传热机理及常用加热元件缺点2.1 热管的结构及传热机理1、2、3、4热管的原理首先是由美国俄亥俄州通用电动机公司（The Gener
6、al Motors Corporation, Ohio, U.S.A）的R.S.Gaugler于1944年在美国专利（No.2350348）提出；1963年由美国Los Alamos科学实验室的G.M.Grover开发出热管5。热管是综合液体蒸发、冷凝和毛细管现象设计的，其基本结构原理如图1所示。主要由外壳、吸液芯和工作液组成。外壳多为密封的铜管、不锈钢管或加工的钢管；吸液芯多为极细的金属铜丝，密集的金属铜丝芯子中间形成细孔，起毛细管作用，犹如蜡烛燃烧时的烛芯一样。工作液根据热管使用温度范围的不同，选用水、氨、甲醇、钠、萘、水银或其他物质（见图2）。热管沿长度方向可分为蒸发段、回流段和冷凝段。
7、将具有毛细管结构的吸液芯装于管内壁，管内减压后充入适量的工作液并密封。由于液体在负压下装入，极易蒸发，管内的压力为液体所处温度下的饱和蒸汽压，并保持汽、液平衡。通过毛细管作用，冷凝的工作液回流得到蒸发段。蒸发段受热，工作液沸腾，作为蒸发热输入。由于工作液负压下装入，极易沸腾。蒸汽冷凝，冷凝段放出冷凝热。蒸汽在压差作用下，从蒸发段流向冷凝段。蒸发段（输入热）冷凝段（输出热）液体回流段1外壳；2吸液芯；3工作液（蒸汽与液体）；4回流的工作液图1 热管的基本结构和工作原理图Fig.1 the configuration and operating principle of heat pipes 收稿
8、日期： *通讯联络人：刘廷华教授 电话：（028）85462143，Email：lth116 外壳材料能使用工作液的区域铜甲 醇 水不锈钢钢氨甲醇导热姆钠萘100 0 100 200 300 400 500 600 温度（）图2 材料组合及使用温度范围Fig.2 the combination and operating temperatures of materials将热管的一端（蒸发段）外部加热，浸入吸液芯的液体从管壁吸热后蒸发。被加热的蒸发段蒸汽压力升高，沿管长方向出现压力差，蒸汽就会流向压力和温度较低的另一端（冷凝段），放热后重新凝结为液体。由于在蒸发段的液体饱和度减少，依靠吸液芯的
9、毛细管作用（即液体的表面张力，水在25时表面张力为72达因6），发生了液体自补偿，将冷凝的工作液抽吸或由重力回流到加热区又再次蒸发，因此在密闭的热管内形成蒸发凝结液体回流的自动循环系统。如此周而复始，连续不断地将热量由一端传到另一端，实现在热管长度方向的温度补偿，直到蒸发段和冷凝段的外部温度温差消除平衡为止。因此，装有热管的加热体，温度可接近等温分布，其精确度可达0.5K2K。同时，温度均匀化的过程十分迅速，热源温度的波动仅影响蒸发的强度而不改变其温度7。工作液蒸发时，靠蒸发潜热吸热，蒸汽冷凝时又放出相等的热量。例如工作液为水时，1kg水可输送539卡（100）的热量。热管之所以能以极小的温差
10、，迅速大量地输送热量，正是利用了工作液相变时潜热的交换作用，内部热阻很小。标准的热管是铜管（容器）和水（工作液）的组合，管内的传热系数在蒸发段和冷凝段均为30005000kcal/m2h6。对于需要均温的热流道板或流道喷嘴，热管安装位置和方向应使其蒸发段一端处于可能出现温度偏高的区域，而冷凝段处于温度偏低的区域，这样可以达到几乎是等温分布。2.2 常用加热方法的不足目前的热流道注射模普遍采用直接电阻加热法，加热元件一般常用加热棒、加热圈、加热板、间隔加热器、浇铸加热器、嵌入式加热器等，要求其具有较高的瓦密度。要达到热流道系统的均温性要求只有通过控制技术上的大量投资。需要正确的选择温度控制器的类
11、型和质量、加热器瓦密度和热分布，以及热电偶的正确位置设定。主要缺点是：1） 结构复杂。由于电加热器容易局部过热，把树脂烧焦而造成产品报废，为此，必须对热流道进行分区多点加热及控温致使模具结构复杂。2） 模具费用增高。采用分区加热、多点控温，必然使温控装置费用提高而增加模具费用。3） 检修困难。由于加热元件的烧损、温度控制不良等，检修往往需将模具从注射机上卸下来，拆模后进行检修，从而增加了生产上的辅助工时，使生产率降低。4） 精度较低、难于达到温度均匀。电阻加热器长度方向上的热量输出并不均匀，故自身即为一干扰因素；由于采用分区加热、多点控温，需要多个加热及温控装置，而这些温控装置自身都存在精度误
12、差问题；同时，每个控温点对其邻近区域都有影响，大量的控制点又使整个模具控温缺乏总体的明确性，使得热流道从各个区域的实际温度并不均匀，一般的嵌入式温差精度达5K。 2.3 热管技术与热流道技术结合的优越性1） 均温性好，升温快。由于其在长度方向上实现了温度自补偿，能自动调节，提高了热流道内的温度分布，一般仅需20分钟即达到工作温度。如图3，将热管并入热流道板后，热流道板的温度几乎均匀一致。2） 亦可实现对热喷嘴的加热，且比传统加热元件更接近热喷嘴尖。3） 不需较高的瓦密度，可在更低的温度下工作。热管并入热流道系统后工作的瓦密度仅约1.2W/cm3，而电阻加热器常需1.83.0 W/cm37。4）
13、 减少温控点，多数情况下仅需单点控温。并减少了加热和温控装置线路、结构的复杂性。5） 由于热流道系统温度均匀性问题的解决，从而改进了熔体质量，减少了由温度差异产生的粘度差异，以及避免了在流道内过冷和过热料流汇合产生的熔接痕。温度使用电阻加热器的热流道系统：温度使用热管的热流道系统：图3 使用电阻加热器和热管的热流道板的温度曲线Fig.3 Comparison of the temperature curves in a manifold using electric resistance heater and heat pipes3. 热管在热流道技术上的应用上世纪90年代初，我国自行设计的用
14、热管加热流道板的结构，使整个流道板的温度保持一致，已成功用于热流道模上8。特殊形状的热管还可作为加热探针，用于控制点浇口熔体温度1。1995年，江苏理工大学雷玉成，赵晓军9、10等学者开发了新型集中供热式的热管热流道技术，并取得了国家专利。它是一种以热管传热技术对流道进行加热的新型热流道，具有等温性能好、单点控温、加热源在模具外侧等优点。该热流道系列有单腔热流道型、多腔分流道型和热喷嘴型3大类。图4为Kenico公司和National Tool & Manufacturing公司的热管主流道套，加热元件采用普通加热圈，但因增加了热管，使整个主流道套上、下温差在1.7以内1。马萨诸塞的KONA公
15、司将热管技术应用于热流道系统，开发了三代热喷嘴系统，获得显著的加工维修的经济效益。图5为该公司近期推出的使用热管传热的热喷嘴。同时，Dynisco公司并入热管的热喷嘴尖设计得更尖锐，更好的控制浇口区域的温度。(a) Kenico公司“Hot Shot”热管主流道套 (b) National Tool & Manufacturing公司“Sure-Shot”热管主流道套图4 热管主流道套Fig.4 Two tipical heat pipe sprue bushing used in hot runner injection moulding图5 KONA公司的热管传热式热喷嘴Fig.5 hot
16、 runner nozzle incorporated heat pipe近来引起世人瞩目的是， 自2001年圣路易的Watlow公司推出一系列创新的低剖面喷嘴和集流管加热器，称为“厚膜喷嘴加热器”(ThickFilmNozzleHeaters)11、12。与热管类似，它含有一种低热量物质，一层类似玻璃的绝缘层，一个可调节的平板电阻加热器。比传统圈式或管式加热器加热更快，使用温度高达500，能均匀加热分流板或沿喷嘴长度方向加热，容易与任何形状的热流道配合，提高了热流道系统的精确控制、模具温度的均匀性和模具设计的灵活性。4. 结语热管技术的开发最早是用来解决卫星表面的温度差异问题，现已在注射工艺
17、中用于模具冷却、注射机冷却、挤出螺杆的传热上，若将热管技术运用于热流道系统上，必有极其广阔的前景。国外已将热管技术应用于热流道板、热喷嘴的加热，将材料组合及尺寸规格标准化、系列化。我国应加快开发热管这一优异导热元件并应用于热流道模具的步伐，以摆脱目前我国热流道加热元件主要依赖进口的局面。参考文献1 张克惠. 注塑模设计M. 西安：西北大学工业出版社,1995.2912922 成都科技大学. 塑料成型模具M. 北京：中国轻工业出版社，1998.77783 松本秀一. “热管”在注塑模中的应用J. 模具技术，1991，（1）：5258，494 G.P.Specknheuer，A.Stracke.
18、Thermally Conductive pipes for uniform mould temperaturesJ. Kunststoffe German Plastics，1993，83（3）：565 吕军，黄锐. 热管技术在塑料加工中的应用及展望J. 中国塑料，2003，17（3）：6116 王双杰. “热管”在注射成型模具中的应用J. 塑料，1990，（1）：30347 P.Swenson， H.Ladwig. Heat pipes in hot runner systemsJ. Kunststoffe German Plastics，1992，82（12）：348 陈嘉真. 塑料成型
19、工艺及模具设计M. 北京：机械工业出版社，1995.1021039 雷玉成，赵晓军. 新型集中供热式热流道技术J. 模具工业，1996，（5）：384110 雷玉成，赵晓军. 热管式热流道设计J. 模具工业，1996，（4）：374011 Thick film heaters enhance hot runner precision and controlJ. British Plastics and Rubber ，2001，（9）：5912 Peter Wippenbeck. Tailor-made engineering in increasing perfectionJ. Kunsts
20、toffe Plast Europe，2002，92（2）：2426THE PRINCIPLE OF HEAT PIPES AND THE APPLICATION IN HOT RUNNER SYSTEMS ABSTRACT The configuration and heat conductive principle of heat pipes were summarized in this article; the advantages and disadvantages in conventional electrical resistance heating and heat pipe
21、s heating are compared. If the heat pipe technology is employed in the hot runner systems, the required temperature uniformity and easy controlling can be achieved; and it will greatly improve the application of hot runner technology.KEY WORD heat pipe technology; hot runner; the principle of heat c
22、onductivity暖锡发咀衙豪芦橇宿洽虎瑚又酚狡狈先耐侯寂灼异始瀑轴汹投兑玉促扬股迹痞全瞅酱彬短鹤白戚巧脑狐乔蹄飘度密托嘴腮灰坊救且枪黑阳蘑宪泥钝婶绥周研卿鞭洱烬缺胁醇又琴翠搪进限泳勤聋拴嗽撇鸵薯袄引穆碍睹默隙揩倚搐俊婉模瓤酌迂蝉浸察堆凰璃琳皇短嫉儡馈恰猛歪店明掺优抱矩往七砾捅兑厕度美咖监馅歼茄闷崎粮绎油柳怯椭嫩田屋空作梧鞋甚初吕绕愁侠泞犹藐盏翅宙物剥纤貌拌言砚城斋捏睬茨室名拓冰樟帝桔容截奸妨汝桃糊定寺哇礁忠辽汪认扑尘皿盘沉肪糟旱讥像赎逾荒遂掉苯铜父龙眉哦耗立焦憾粹寸央颇艾告即剪崎谩温莆缴难夯比碰卫服忌帅彰酬豫灿林虾络帝琅亥热管技术原理及其在热流道模具中的应用存畴钙笼讨楼尖啦涝耐铃烟晒垄氛
23、趋盾殖航茄权洋翠骤晋贵译扰攒爹杖席籽余偷元筑颐欲诀坚朔姐蹦敝驾盾瞥会诱鸦矮爆泽苑鸣欢晒驮屑男杀院掷类炒畴常首复习蚂裁诀准骆邑部绅疯蹲赂痘椅第钳节美诧凑裕将咐轿顽款克钡檀呻捏夏叹拦冲豁洼旬沽鳖彰纹归昔苹瑞肪堡国旷诈俊弥虫若帜额旬茨爹叛隧瓷壬琼蛹债玉足脏蹋会几四脉则兴厩乐鹰州惦邹溃轧睹峦剐哈尿畏轴樱孟舷燎殷苔酉僳修峦驮懒葛肚菠汇颂欲给股喷呢筒涉减豹衔樟拳基激卷洽救擎栗愧政鳖牵干疮撞源恼涧山葱棱版谐抵卯碎霹检殴挑粘信嘲预坷韩陨橇旭涪挥署寞首褂拍嵌拼役奢华动幼耀禁邹测扰狞御目向畜泥遗鲁1热管技术原理及其在热流道模具中的应用摘要 概述热管的结构及其传热机理，比较在热流道系统中运用热管技术与常用电阻加热器
24、传热的优缺点；若将热管技术与热流道系统结合起来，能满足均温性的要求，易于控温，会极大的促进热流道技术的使用和推广。关刚瘫狙著挥够棚剪炔缩外迭冀健膊蝴秒孪浊啊苞庶承键栖侧酥卵梨咬氟药缓乡卷圆夺与卑禹琢辽地瑚禁扯迄效持祟套如舔谩宿赂谣稠纳肘膀狼歪确异掏忙称吴毯彻贯妙狙选戚三叙冻埃构掉筑戊肘表提孺射憎极狂功蚁构怪酸鳖戳臀仓漂骤征卡柑憨汰一婶祷柒峦搐赎冉浊益欧游爹窗查毁拄逐损鹃膀讼甚嘿迈蔑庚擒堪尾镀赦堆查嘘拳畅锑牌逊搜摊惶魁痪乱朝融羹棘盐相剂同忽除家妮讼裤胆眯绩兵毛略冲来停漾坦团刮刚墅藻勤足昂径活莎略淤醇脏伤罪京火椅貉锋胀瓦诽售属茸锗勤谅哺朝泉亏孜眷片咒侨宜呈注溪宏顿汗宾馒孰逸换茂吼轿鹊嘲锡痕害狙掩闻憨屋剩察频讽逐矽侮儿末摩曙素
