5.9.4 加热装置的设计
当注塑成型工艺要求模具在80℃以上工作时，模具中必须设置具有加热功能的温度调节系统，换句话说，就是模具中必须带有加热装置。根据热源不同，模具加热装置的种类很多，如采用各种热水、热油和蒸汽的加热装置以及各种电加热装置等。除了电加热之外，对于各种加热介质，均需要在模内开设相应的循环回路，其设计方法可以类比冷却水路。电加热装置是当前应用比较普遍的温度调节系统，它具有结构简单、温度调节范围较大和加热清洁、没有污染等优点。
1.电加热的方式
模具中可以使用的电加热装置有两大类型，一种是电阻加热，另一种是感应加热。由于感应加热装置结构复杂，体积又大，通常很少采用。下面是三种常用的电阻加热方式：
（1）电阻丝直接加热 这种方式将事先绕制好的螺旋弹簧状电阻丝作为加热元件，外部穿套特制的绝缘瓷管后，装入模具中的加热孔道，一旦通电，便可对模具直接加热。这种方式的特点是加热结构简单、价格低廉；但电阻丝与空气接触后容易氧化损耗、使用寿命不长、耗电量也比较大，并且也不够安全，必须注意模具加热部分与其他部分的绝缘问题。
图5-217 电热环形式
a）方形 b）圆形c）瓷块组合式
（2）电热环加热 电热环也称为筒式加热元件，它是将电阻丝绕制在云母片上之后，再装夹进一个特制框套内而制成的。如果框套为金属材料，则框套与电阻丝之间须用云母片绝缘。图5-217所示是三种电热环的形状示例，使用时可以根据模具加热部位的形状进行选用。如果模具中不便使用电热环，也可以采用平板框套构成的电热板。
电热环式加热的特点是框架结构简单，制造容易，使用和更换也比较方便，必要时也可按照模具加热部分的形状进行制造；它的缺点是耗电量较大。
（3）电热棒加热 如图5-218所示，电热棒是一种标准加热元件，它由具有一定功率的电阻丝和带有耐热绝缘材料的金属密封管构成（见图5-218a）。使用时，只要将其插入模具或加热板中的加热孔内进行通电即可。电热棒式加热的特点是使用和安装方便；但是开设加热孔时，受型芯、成型镶块和推出脱模零件安装位置限制。
图5-218 电热棒及其安装
a）电热棒 b）电热棒的安装
1—电阻丝 2—耐热填料（硅砂或氧化镁） 3—金属密封管 4—耐热绝缘垫片（云母或石棉） 5—加热板
2.电加热装置的功率计算
（1）计算法 电加热装置加热模具需用的总功率可用下式计算：
式中 P——加热模具需用的电功率（kW）；
m——模具的质量（kg）；
cp——模具材料的比热容[kJ/（kg·K）]；
θ1——模具的初始温度（℃）；
θ2——模具要求的加热温度（℃）；
η——加热元件的效率，约为0.3～0.5；
t——加热时间（h）。
（2）经验法 计算模具电加热装置所需的总功率是一项很复杂的工作，事先必须对模具进行准确的热分析和热计算。因此，式（5-42）实质上也是一种比较粗略的概算方法。生产中为了方便起见，也可以根据加热方式和模具的大小，采用下面经验数据计算单位质量模具的电加热功率Pu：
1）电热环加热。小型模具：Pu=40W/kg；大型模具Pu=60W/kg。
2）电热棒加热。小型模具（40kg以下）：Pu=35W/kg；中型模具（40～100kg）；Pu=30W/kg；大型模具（100kg以上）：Pu=20～20W/kg。
3.电加热装置的设计要求
设计电阻式电加热装置时，除了设计加热元件之外，模具中加热孔道的布排、电热环的安装部位和电气控制系统也非常重要。通常均要求能在模具中合理地开设加热孔道、合理地选择电热环的安装部位及其形状，以便能使模具温度保持均匀一致。对于电气控制系统，均要求系统能够准确地控制和调节加热功率及加热温度，防止因功率不够达不到模温要求，或因功率过大超过模温要求。