注射成型是聚合物加工中一種廣泛應用的方法。對于高熔融溫度、高粘度的高性能聚合物材料，在常規注射成型中注射時不易充滿型腔，難以獲得高質量的制品，而在微注射成型中由于流道淺、型腔小、流動阻力大，易出現充填不足缺陷。目前有學者采用高的注塑壓力、高的注射速率和在充填前對型腔進行抽真空等措施來解決上述問題，但是高的注射速率和注塑壓力使得注射成型設備的成本急劇上升，產品經濟性下降，而且過高的注塑壓力和注射速率使模具尤其是型芯變形量增大，產品精度降低。如果能在注射前將模具溫度迅速升高到聚合物材料的玻璃化轉變溫度，并在注射和保壓階段保持模具的溫度，注射完成后將模具溫度迅速降低至開模溫度，則可以在不增加設備成本的情況下提高產品質量、縮短注射周期、節約成本，所以快速變模溫對于注射成型是十分重要的。目前快速變模溫、快速加熱技術主要有電加熱、感應加熱、薄膜電阻加熱、復合模壁加熱、壓縮空氣加熱等，其中感應加熱因能迅速、間接、均勻地加熱模具表面，實現局部加熱，是一種較好的加熱方式，目前已經有一定的研究。筆者現就當前模具的電磁感應快速加熱技術作一介紹。
1  模具電磁感應加熱的原理
    電磁感應加熱主要是根據法拉第電磁感應原理。將感應加熱應用到模具加熱主要利用了感應加熱的集膚效應和鄰近效應。由于感應加熱的集膚效應，感應渦流主要集中在模具型腔表面，而在內部很弱，在芯部則接近于零，如圖1所示。利用這一特性，可以對模具進行局部加熱，使模具型腔表面溫度快速升高，而模具其它地方的溫度仍然能保持很低；在靠得很近的兩平行板上施加方向相反的高頻電流，則感應渦流會集中在兩相鄰平行板的表面，如圖2所示；如在兩導磁的模芯中施加方向相反的高頻交變電流，則在型腔表面會產生大量感應渦流，其它地方渦流較少，也可以實現模具的局部快速加熱。

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2  模具電磁感應加熱方法
    目前模具的感應加熱可分為模外感應加熱和模內感應加熱。模外感應加熱需要用外部輔助機構將線圈置于型腔表面，加熱到設定溫度時線圈移出模具合模注射；模內感應
加熱是將感應線圈置于模具內部，可以在合模時對型腔表面加熱，能準確調節模具溫度，由于感應加熱元件會將其附近模具部分加熱，必須將其很好地絕緣或者留出大的空隙。這兩種加熱方式各有其優缺點。當前用于模具感應加熱的方法主要有機械手輔助感應加熱、模芯通電感應加熱、感應加熱管加熱、模具內置線圈感應加熱和模芯內嵌線圈感應加熱等。
2.1  機械手輔助感應加熱
    圖3所示為機械手輔助感應加熱。在開模狀態時，機械手臂夾持感應線圈置于定模板和動模板之間，感應線圈通人高頻交流電，在模具型腔兩側表面會產生感應電流，感應電流通過模具電阻發熱達到升溫。可以通過控制感應加熱線圈的電流、頻率、加熱時間和線圈與模板間距離來控制加熱的溫度，當模溫升到設定溫度后移開線圈，合模注射。陳夏宗等運用這種電磁感應加熱控制動態模溫的變化，用來改善高亮面手機外殼熔接痕，實驗中感應加熱的速度可以達到30℃/s，采用電磁加熱控制動態模溫后產品的質量有了明顯提高。使用這種感應加熱方法可針對不同產品的模具，根據型芯定制不同的感應線圈對模具表面加熱，通用性強；其缺點是控制系統和實現的機構比較復雜，且不能在合模后加熱模具。

2.2模芯通電感應加熱
    圖4所示為模芯通電感應加熱。在兩個模芯中通人方向相反的高頻交流電，由于感應加熱的集膚效應和鄰近效應，在兩個平行的型腔表面會集中大部分的感應渦流，在模芯其它地方的感應電流很小，通過渦流的發熱可以對型腔表面快速加熱，在冷卻孔中通入冷卻水可以快速降低型腔表面溫度，模芯內的絕緣塊可以防止熱量由型腔表面向模芯內部傳遞。Yao Donggang 等應用這種感應加熱方法對尺寸為25 mm x50 mm的模具型腔進行了加熱實驗，結果表明采用這種力．法可在5s內將型腔表面溫度由室溫升高到240℃：顯著縮短了注射成型周期并提高了產品質量。這種感應加熱方式可使型腔表面加熱溫度均勻性很好，可以通過對輸入電源頻率和功率的改變來調節加熱速度，很好地控制所需要的溫度；但其缺點是在整個模芯中通人高頻電流后絕緣相對較難。

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2.3  感應加熱管加熱
    將電磁感應加熱管插人模具內部，由于在金屬管體上開有用于磁力線通過的槽溝，感應線圈通人高頻的交變電流產生的磁力線可通過模具產生回路，在模具中會產生許多渦旋感應電流，該電流通過模具電阻轉化為熱能對模具加熱。電磁感應加熱管結構如圖5所示。陳榮才等191的研究表明，這種感應加熱方式的熱效率達到85%以上，比遠紅外電加熱管的熱效率提高2-3倍。這種加熱方式可以通過控制線圈的輸人頻率和電流來調節加熱速度，達到快速加熱的目的。但是，在加熱過程中將加熱管插人模具內部會對加熱管周圍的金屬感應發熱，不能對局部很好地加熱，加熱模具溫度的均勻性不是很好。

2.4  模具內置線圈感應加熱
    這種加熱方法是在靠近模芯表面的地方布置平行感應線圈，合模后在感應線圈中通人高頻交變電流，由線圈產生感應渦流再通過電阻發熱達到對整個型腔表面加熱。S.K. Byonrl發明的模具內置線圈感應加熱如圖6所示。研究表明，這種加熱裝置具有使填充型腔內樹脂熔體的流動性提高、制品光澤增加、流痕和熔接痕減少等優點，并能縮短注射周期。這種加熱方法加熱時型腔表面溫度分布均勻，溫度的可控性好，其缺點是在加熱過程中線圈對其周圍金屬都會產生感應渦流，其周圍的模具溫度都會上升，且需要在模具靠近型腔的壁面加工出許多線圈安裝孔，這會對模具的強度產生影響。

2.5  模芯內嵌線圈感應加熱
    應用微機電系統（MEMS)技術將高頻感應加熱器置于動模板型芯內，利用感應加熱的間接加熱特點，感應線圈通人高頻電流，在動模板具有微結構一側模芯表面產生感應渦流而發熱，實現對模溫的局部加熱。內嵌感應線圈的模芯如圖7所示。在線圈周圍布置的絕緣層既可以用作感應線圈與模芯的絕緣，也可以用來阻止型腔表面的溫度向內部傳遞，二氧化硅層內的溫度傳感器用來檢測壓模板的溫度。這種加熱器與模具結合，安裝較方便，可以根據型腔內微結構的特點來布置線圈，以達到局部加熱，但是這種感應加熱器置于模具內部，要考慮絕熱問題，制造也比較麻煩，線圈布置在模芯內部，不有隨時更換，通用性較差。

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    表1列出上述幾種加熱方法優缺點的比較。

3  結語和展望
    模具溫度是影響制品質量的一個重要參數，在制品成型過程中，好能在注射前將模具溫度迅速加熱到材料的玻璃化轉變溫度，在注射和保壓過程中一直保持模具或模芯溫度，后快速冷卻型腔，取出制品，但是這個工藝要求模具的升溫和降溫都要在很短的時間內完成。而感應加熱技術可以在短時間內將模具型腔溫度迅速升高，且加熱溫度的均勻性也很好；由于感應加熱的集膚效應，感應加熱只加熱模具型腔襲面，模具的大部分地方仍然處于冷卻狀態，且在加熱過程中可以通過對線圈設計只針對模具內的局部進行加熱，所以在冷卻時通入冷卻介質可以迅速地降低模具溫度，達到快速變模溫的要求。感應加熱快速變模溫技術不但可以解決常規注射成型中高熔融溫度、高粘度的高性能聚合物材料成型和薄壁零件注射成型，也可以解決微注射成型中存在的流動性差、充填困難等難題。在未來一段時間內，感應加熱技術的發展趨勢主要體現在以下幾個方面：
    （1)在完善現有感應加熱方法的同時，繼續研究和開發更為低成本、高效的感應加熱方法，同時將模具感應加熱技術與模具的快速冷卻技術有效地結合，開發出更加有效的變模溫控制技術。
    （2）研究模具型腔內溫度測量與控制技術，與感應快速加熱技術和快速冷卻技術結合，實現型腔快速變模溫的精確控制。
    （3）充分利用MEMS技術將感應加熱器集中在型芯內，利用材料的特性和感應線圈間接加熱的特點，更好地實現模內型腔表面的快速感應加熱。
    （4）將以上的模具感應加熱技術應用到金屬，陶瓷粉末注射成型中，充分發揮感應加熱快速變模溫的應用價值，推動感應加熱變模溫技術研究更大的發展。