热流道技术的应用详解.docx

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热流道技术的应用详解

热流道技术的应用

09计算机辅助设计与制造专业蒋茂昌

【内容摘要】：

随着热流道技术的日渐推广应用，热流道模具在塑料模具中所占比重将逐步提升。

在国外，许多塑料模具厂生产的模具50%以上采用热流道技术，有的甚至达80%以上，效果十分明显。

在世界上工业较为发达的国家和地区热流道模具生产极为活跃。

热流道在国内也已用于生产，但目前总体不足10%，这个差距相当巨大，但也意味着这个行业在国内有着相当大的发展空间。

热流道技术应用广泛，此文首要介绍热流道系统、生产模型预设以及热流道技能应用关键，有利于指引生产模型预设师合理的应用热流道技能。

灵活应用热流道技能，触类旁通，将能使生产模型结构更紧凑更合理更经济。

关键词:

热流道热流道系统热喷嘴分流板注射模

【引言】

绪论

热流道是通过加热的办法来保证流道和浇口的塑料连结熔融状态。

由于在流道附近或中间设有加热棒和加热圈，从注塑机喷嘴出口到浇口的整个流道都处于高温状态，使流道中的塑料连结熔融，停机后一般不需要打开流道掏出凝料，再开机时只需加热流道到所需温度即可。

因此，热流道工艺有时候称为热集流管系统，或称为无流道模塑。

【正文】

一、热流道定义及分类

1、什么是热流道

热流道技术是应用于塑料注塑模浇注流道系统的一种先进技术，是塑料注塑成型工艺发展的一个热点方向。

所谓热流道成型是指从注射机喷嘴送往浇口的塑料始终保持熔融状态，在每次开模时不需要固化作为废料取出，滞留在浇注系统中的熔料可在再一次注射时被注入型腔。

2热流道的分类

　　热流道有绝热流道、冷流道、热流道之分。

热流道还可分类为开放式和针阀式。

　开放式结构简略，对证料的局限性较高，易出现拉丝和泄露，表面质量差，在外洋的高精度生产模型中应用较少，同一副生产模型可和不同厂家的针阀式混用。

很多公司能自己制造；针阀式热流道节省质料，塑件表面美观，同时内部质量紧密、强度高。

此刻世界上有两大类针阀式热流道（按照注射原理）：

气缸式和弹簧式。

气缸式寄托控制器和时序控制器控制气缸鞭策针阀的关闭，结构较复杂，但本身预设简略。

此刻外洋风行的碟生产模型非热流道莫属。

其实热流道生产模型减少了预设上的很多要求，对预设职员开发更多的生产模型结构提供了很大的方便。

在浇注系统中的熔料可在再一次注射时被注入型腔。

二、常规的热浇道设计

热浇道系统源于热流道系统。

通常，喷嘴不一定总是安装在分流板上，也可以虚连在喷嘴法兰上，但是这类系统需要固定板以保持系统的一体性。

对于大多数塑料加工过程来说，由于模具的温度接近200℃，所以在热流道与模具之间存在着温度差异。

如果系统被连接在模具板上，将会升高温度并增加热量的损失，并且在分流板和喷嘴之间也可能产生流动偏角。

当热流道需要维修时，热浇道必须完全从模具上拆除。

由于喷嘴没有连接到分流板上，电气和液压线路必须完全拆开，并在检修结束后再进行连接。

设计准备

1.必需的图纸、金型仕样书的内容等的确认：

在正式的金型设计之前，下列图纸或文件通常要具备：

①部品图；②金型设计制作仕样书；③设计制作契约书；④其他

2.把握图面的概要

部品图决定了金型设计的最终目的，必须透彻地理解。

日本客户提供的部品图是按照JIS制图规定采用三角法绘制的，通常由以下部分构成：

正面图、平面图、侧面图、断面图、详细图、参考图、注记、公差一览、仕上记号一览、标题栏、其他

3.部品立体形状的理解

部品图是二维绘制的，要通过视图转换成设计者头脑中的三维形状，而手绘立体图对此很有帮助。

准备好纸和铅笔。

首先绘制出制品的大致外形轮廓，然后再根据自己对部品图的理解，绘制出部品各部位的断面图。

上述这些对将来分型面的确定、入子的分割非常重要。

4.标题栏的检讨

部品图的标题栏一般注明了图面中的公差、部品的材料等一些内容，必须要认真研读。

①部品名；②图名；③图番；④材质（包括收缩率）；⑤仕样，指材质的详细仕样，如生产厂家、商品名、

5.注记部分的检讨

⑴浇口种类、位置、数量

⑵入子分割线的要求

由于入子分隔线会在制品表面形成接痕，影响外观，尤其对折叠部位有害，所以设计者应遵守部品图的规定。

⑶成型品表面划伤等缺陷的规定

金型设计者应避免可能发生上述缺陷的金型结构设计。

⑷未注公差的要求。

⑸成型品形状及尺寸上的变更需征得客户的同意，作为金型设计者来说，不可自行决断。

⑹主视图的检讨

主视图是图面中尺寸较集中的地方，确认两侧公差及片侧公差，并标记其中较严格者。

⑺其他各视图的检讨。

方法同上

⑻必要型缔力的检讨

熔融树脂在注射时，会在金型分型面上产生一个相当大的注射压力。

如注射机最大型缔力小于注射压力，则模板之间就会产生缝隙，发生溢边现象。

必要型缔力的计算如下：

F=P×AF：

必要型缔力（Kg）

P：

注射压力（Kg/cm2），取300～500，视成型条件而定

A：

制品在注射方向上的投影面积cm2

⑽必要射出体积的检讨

在选择注射机时，要进行射出体积的检讨。

包括聊吧、制品在内的体积总和要小于注射机最大注射量的1/2～2/3

三、热流道应用主要技术关键

一个成功的热流道模具应用项目需要多个环节予以保障。

其中最重要的有两个技术因素。

一是塑料温度的控制，二是塑料流动的控制。

1．塑料温度的控制

在热流道模具应用中塑料温度的控制极为重要。

许多生产过程中出现的加工及产品质量问题直接来源于热流道系统温度控制的不好。

如使用热针式浇口方法注塑成型时产品浇口质量差问题，阀式浇口方法成型时阀针关闭困难问题，多型腔模具中的零件填充时间及质量不一致问题等。

如果可能应尽量选择具备多区域分别控温的热流道系统，以增加使用的灵活性及应变能力。

２．塑料流动的控制

塑料在热流道系统中要流动平衡。

浇口要同时打开使塑料同步填充各型腔。

对于零件重量相差悬殊的ＦＡＭＩＬＹＭＯＬＤ要进行浇道尺寸设计平衡。

否则就会出现有的零件充模保压不够，有的零件却充模保压过度，飞边过大质量差等问题。

热流道浇道尺寸设计要合理。

尺寸太小充模压力损失过大。

尺寸太大则热流道体积过大，塑料在热流道系统中停留时间过长，损坏材料性能而导致零件成型后不能满足使用要求。

世界上已经有专门帮助用户进行最佳流道设计的CAE软件如MOLDCAE。

四、热流道系统

1热流道系统的结构及分类

热流道系统的结构

一个典型的热流道系统均由如下几大部分组成：

热流道分流板（MANIFOLD）、热喷嘴（NOZZLE）、温度控制器（温控箱）、辅助附件。

热喷嘴一般包括两种：

开放式热喷嘴和针阀式热喷嘴。

由于热喷嘴形式直接决定热流道系统选用和模具的制造，因而常相应的将热流道系统分成开放式热流道系统和针阀式热流道系统。

分流板在一模多腔或者多点进料、单点进料但料位偏置时采用。

材料通常采用P20或H13。

分流板一般分为标准和非标准两大类，其结构形式主要由型腔在模具上的分布情况、喷嘴排列及浇口位置来决定。

温控箱包括主机、电缆、连接器和接线公母插座等。

热流道附件通常包括：

加热器和热电偶、流道密封圈、接插件及接线盒等。

热流道系统的分类

一般说来，热流道系统分为单头热流道系统、多头热流道系统以及阀浇口热流道系统。

单头热流道系统主要由单个喷嘴、喷嘴头、喷嘴连接板、温控系统等组成。

单头热流道系统塑料模具结构较简单。

将熔融状态塑料由注塑机注入喷嘴连接板，经喷嘴到达喷嘴头后，注入型腔。

需要控制尺寸d、D、L和通过调整喷嘴连接板的厚度尺寸，使定模固定板压紧喷嘴连接板的端面，控制喷嘴的轴向位移，或者直接利用注塑机喷嘴顶住喷嘴连接板的端面，也可达到同样目的。

在定模固定板的合适位置设置一条引线槽，让电源线从模具内引出与安装在模具上的接线座连接。

多头热流道系统塑料模具结构较复杂。

熔融状塑料由注塑机注入喷嘴连接板，经热流道板流向喷嘴后到达喷嘴头，然后注入型腔。

热流道系统的喷嘴与定模板有径向尺寸D配合要求和轴向尺寸限位要求。

喷嘴头与定模镶块有径向尺寸d配合要求，保证熔融状态的塑料不溢流到非型腔部位，并要求定模镶块的硬度淬硬50HRC左右。

分型面到热喷嘴轴向定位面之间的距离L必须严格控制，该尺寸应根据常温状态下喷嘴的实际距离L′加上模具正常工作温度下喷嘴的实际延伸量ΔL确定。

为了保证喷嘴与热流道板贴合可靠，不使热流道板产生变形，在喷嘴的顶部上方设有调整垫，该调整垫与喷嘴自身的轴向定位面一起限制了喷嘴在轴向的移动，且有效地控制了热流道板可能产生的变形。

在常温状态下，调整垫与热流道板和定模固定板之间控制0.025mm间隙以便模具受热后，在工作温度状态时调整垫恰好压紧。

热流道系统的定位座和定位销一起控制了热流道板在模具中的位置。

定位座与定模板有径向尺寸D2配合要求，而且深度h必须控制准确，定位座的轴向起着支承热流道板的作用，直接承受注射机的注射压力。

定位销与热流道板固定板有配合要求。

热流道板与模板之间必须留有足够的空隙，以便包裹隔热材料。

热流道板和固定板必须设有足够的布线槽，让电源线从模具内引出与安装在模具上的接线座连接。

喷嘴连接板与定模固定板之间有径向尺寸D1配合要求，以便注塑机的注射头与模具上的喷嘴连接板配合良好。

在热流道板附近，将定模板、热流道板固定板、定模固定板用螺钉连接起来，增强热流道板的刚性。

2、热流道系统的优势

节约原料、降低制品成本是热流道模具最显著的特点。

普通浇注系统中要产生大量的料柄，在生产小制品时，浇注系统凝料的重量可能超过制品重量。

由于塑料在热流道模具内一直处于熔融状态，制品不需修剪浇口，基本上是无废料加工，因此可节约大量原材料。

由于不需废料的回收、挑选、粉碎、染色等工序，故省工、省时、节能降耗。

注射料中因不再掺入经过反复加工的浇口料，故产品质量可以得到显著地提高，同时由于浇注系统塑料保持熔融，流动时压力损失小，因而容易实现多浇口、多型腔模具及大型制品的低压注射。

热浇口利于压力传递，在一定程度上能克服塑件由于补料不足而形成的凹陷、缩孔、变形等缺陷。

适用树脂范围广，成型条件设定方便。

由于热流道温控系统技术的完善及发展，现在热流道不仅可以用于熔融温度较宽的聚乙烯、聚丙烯，也能用于加工温度范围窄的热敏性塑料，如聚氯乙烯、聚甲醛（POM）等。

对易产生流涎的聚酰胺（PA），通过选用阀式热喷嘴也能实现热流道成型。

另外，操作简化、缩短成型周期也是热流道模具的一个重要特点。

与普通流道相比，缩短了开合模行程，不仅制件的脱模和成型周期缩短，而且有利于实现自动化生产。

据统计，与普通流道相比，改用热流道后的成型周期一般可以缩短30%。

3热流道系统的发展标的目的

　　当前，国表里热流道生产模型的首要发展趋向可归纳为以下几个方面。

　　元件的小规模化，以使成为事实小规模制品的一模多腔和大型制品多浇口充模。

通过由大变小喷嘴空间，可在生产模型上配置更多型腔，提高制品的产量和注射机的利用率。

在90年代，Master公司开发的喷嘴最小可至15.875mm；Husky公司开发的多浇口喷嘴，每一个喷嘴有4个浇口，浇口距可近至9.067mm；Osco公司开发的组合复式喷嘴，每一个喷嘴有1二个浇口探针，可用于48腔生产模型的成型。

MoldMaters公司针对小规模制件的空间限定，在2001年开发了用于小制件的喷嘴，含整体加热器、针尖和熔体通道，体积直径小于9mm，浇口距仅为10mm,可成型重量为1~30g的制品;协力热流道公司开发的迷你型热流道系统,浇口距可近到8.00mm,尤其合用于电子类较小的产物。

　　当前，用户要求生产模型预设和制造周期越来越短，将热流道元件标准化不仅有利于减少预设工作的反复和降低生产模型的造价，并且十分便于对易损零器件的更换和维修。

据报道，Polyshot公司已开拍发快换热流道生产模型系统，尤其适于注射压力为70kN的小规模注射机。

Husky、Presto和Moldmasters等公司的喷嘴、阀杆和分流板都作为标准型便于迅速更换和交给生产模型，此刻外洋只需4周即可交给生产模型,在国内制作生产模型最快2周即可交给热流道生产模型。

　　热流道生产模型预设整体可靠性提高。

如今国表里各大生产模型公司对热流道板的预设和热喷嘴相连接部分的压力分布、温度分布、弥缝等疑难题目的研究开发极为重视。

叠层热流道注射模的开发和利用也是一个热门。

叠式生产模型可有效增长型腔数目，而对注射机合模力的要求只需增长10%~15%。

叠式热流道生产模型在外洋一些发达国度已用于工业化.叠式热流道生产模型在国内的注塑行业已得到广泛应用,如一次性炊具,瓶盖,瓶盖防盗扣及提手等小件大批量产物.如国内的协力热流道公司在叠式热流道的预设制作及施用方面堆集了丰富的经验.

　　改善热流道元件质料的目的在于提高喷嘴和热流道的耐磨性和用于敏感质料成型。

如施用钼钛等韧性合金质料制造喷嘴，以金属粉末注射成型经烧结制成热流道元件已成为有可能。

　　开发精确的温控系统。

在热流道生产模型模塑中，开发更精密的温控装置，控制热流道板和浇口中的熔融树脂的温度是防止树脂过热降解和产物机能降低的有效办法。

　　将热流道用于共注。

通过支管和热喷嘴元件的有效组合预设可使共注成型与热流道技能相结合，由此成型3层、5层甚或更多层的复合塑料制品。

例如Kortec公司开拍发了熔体输送系统和共注喷嘴；Incoe公司的多出口、多模腔共注支管生产线能用于多质料多组分共注射。

五、热流道模具的应用范围

1．塑料材料种类

热流道模具已被成功地用于加工各种塑料材料。

如PP，PE，PS，ABS，PBT，PA，PSU，PC，POM，LCP，PVC，PET，PMMA，PEI，ABS/PC等。

任何可以用冷流道模具加工的塑料材料都可以用热流道模具加工。

2．零件尺寸与重量

用热流道模具制造的零件最小的在0.1克以下。

最大的在30公斤以上。

应用极为广泛灵活。

3．工业领域

热流道模具在电子，汽车，医疗，日用品，玩具，包装，建筑，办公设备等各工业部门都得到广泛应用。

六、国际上热流道模具生产情况

在世界上工业较为发达的国家和地区热流道模具生产极为活跃。

热流道模具比例不断提高。

许多10人以下的小模具厂都进行热流道模具的生产。

从总体上讲北美，欧洲使用热流道技术时间较久，经验较多水平较高。

在亚洲，除日本外，新加坡，南韩，台湾，香港处于领先地位。

北美，欧洲虽然模具制造水平较高，但价格较高交货期较长。

相比之下，亚洲的热流道模具制造商在价格与交货期上更具竞争性。

而中国的热流道模具尚处于起步阶段，但是正在快速增长，比例不断提高。

【总结】：

　　综上所述：

热流道浇注系统与普通浇注系统的区别在于，在整个生产过程中浇注系统内的塑料始终处于熔融状态。

并且热流道注射模节省原料，生产效率高，是注射成型生产模型的发展趋向。

并被越来越广泛的应用于生产实际中。

塑料温度的控制以及流动的控制是热流道技能中最重要的两个关键，热流道技术的广泛应用是塑料模具的一大变革。

在注塑成型方面，其拥有相当多无可比拟的优势。

随着技术进一步成熟和制造成本降低，热流道技术将越来越显现巨大的优势。

因此，制定热流道元器件的国家标准，积极生产价廉高质量的元器件，做好热流道技术的宣传推广，是发展国产热流道模具的关键。

【参考文献】：

【1】孙凤勤,《模具制造工艺与设备》,2004-1-1机械工业出版社。

【2】刘先曙,西方强国迅速凝集质料的发展和应用概况,质料导报

【3】张广兴郭红旗,热流道技能.塑料工业,2000

【4】严惠菊,热流道技能,机床电器,2011-2

【5】严惠菊,热流道技术,机床电器,2010-6