热流道模具技术应用与推广

2013-10-11桂林金格电工电子材料科技有限公司广西541002文德林

金属加工(冷加工) 2013年2期

桂林金格电工电子材料科技有限公司（广西 541002）文德林

随着科学技术的发展，绿色制造已成为了人们议论的话题，也是大家关注的焦点，绿色环保节能也将成为塑机行业发展的必然方向，低碳经济已成为中国及世界经济发展的主旋律。在此，热流道模具在绿色制造中的应用方面，在节省塑料材料、节约能源方面发挥了重要作用。在全球，中国也算得上模具大国，然而，作为模具行业密不可分的热流道系统，在我国却还停留在初期阶段，在此，本文主要讲述热流道系统组成及热流道技术在塑料模具产品上的应用。

热流道技术基本概念

1.热流道技术

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，其热流道成型过程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下一次注射时被注入型腔。

2.热流道系统的组成及作用

热流道系统主要由热分流板（Manifold）、喷嘴（Nozzle）、加热元件（Heating Components）和温控器（Temperature Controller）构成。其热分流板主要作用是恒温地将熔体从主流道送入各个单独喷嘴，在熔体传送过程中，熔体的压力降尽可能减小，并不允许材料降解。

各热流道公司常用形式：一字形、H字形、Y字形和X字形；结构上有外加热热流道板和内加热热流道板两大类；热流道模具喷嘴在结构形式上有多种形式，类型均大同小异，但各个厂家加工工艺和实施方法有很大区别，因此，供应商的热流道系统在质量和价格上有些差异，一般有热尖式、开放式、针阀式和其他几种特殊形式。其中，针阀式喷嘴技术上较先进，价格也较贵，其优点：在制品上不留下浇口进入残痕，进入浇口处痕迹平滑；能使用较大直径的浇口，可以使型腔填充加快，并进一步降低注射压力，减小产品变形；可防止开模时出现牵丝现象及流涎现象；当注塑机螺杆后退时，可有效地防止从模腔中反吸物料；能配合顺序控制以减少制品熔接痕等以上优点。加热元件是热流道系统的重要组成部分，其加热精度和使用寿命对于注塑工艺的控制和热流道系统的工作稳定影响重大。一般有加热棒、加热圈及加热器等；温控器就是对热流道系统的各个位置进行温度控制，分别有通断位式、新型智能化温控器等种类，目前后者用之广泛，也可根据需要的用户可同其他模内组件配合使用。

热流道技术在塑料模具产品上的应用

1.热流道模具技术应用现状

热流道模具技术作为一项先进的注塑工艺技术，其热流道技术的应用在欧美国家发展较快，许多塑料模具厂所生产的模具50%以上采用了热流道技术，甚至80%以上，效果十分明显。如惠普（HP）公司的传真机、打印机绝大部分塑料零部件就指定供应商采用热流道模具注塑塑料产品，这些产品通过流水线快速组装成成品。

热流道技术应用根据浇口形式的不同，主要体现在以下三个方面：

（1）热尖式（Hot Tip），也叫点浇口热流道。热尖式热流道是一种最为普遍广泛应用的热流道系统，各热流道供应商均提供这种系统，虽然来自不同厂家系统上的喷嘴及喷嘴镶件之形状与尺寸有所不同，但工作原理是非常一致的，这就是通过位于喷嘴前端的镶件与冷却系统相结合，以对浇口处的塑料成型加工温度进行精确地调整和控制。热尖式热流道可用于绝大多数结晶型和非结晶型塑料，如PP、PE、PS、LCP、PA、PET、PBT、POM、PMMA、PC、ABS及PVC等。热尖式热流道在成型产品上的浇口直径大多在0.5～2mm，它主要由产品材料、重量与壁厚来决定。若使用截面直径较小的浇口，注射充模阶段结束后浇口封闭快，在零件上浇口要求：以不影响产品的外观和装配干涉为考虑因素，尽量放在产品的隐蔽处，痕迹小，这样制品表面既美观、质量又好；但浇口直径不可过小，否则塑料料流经过浇口时剪切速率过高，会严重损坏塑料熔体分子链结构或者塑料中的添加材料，导致制品质量不合格无法满足使用要求。

我们通常的经验是根据零件浇口处壁厚来确定浇口大小：浇口直径=（0.75～1.0）×零件浇口处壁厚，再结合考虑其他因素，如果是流动性好的塑料则可取较小值；反之则可取较大值。热尖式浇口附近需要设置独立的冷却回路，其目的是对浇口处模具材料有效冷却的需要，可以避免浇口处痕迹过大或浇口塑料在开模后流淌问题。须注意的是，热尖式热流道应用在含有高比例玻璃纤维的塑料时，一定要选择具有硬度高、耐磨性好的浇口镶件，来提高热流道使用寿命。

（2）浇套式（Sprue Gating）热流道系统，也叫大水口热流道。在浇套式热流道系统里，其塑料经过畅通的流道进入模腔，浇口处塑料流动压力损失小，比较适合于中等尺寸重量以上零件的注塑加工成型。使用浇套式热流道的优点是塑料经浇口充入模具所经历的剪切速率低，零件成型后残余应力小，变形程度少，因而零件机械强度比较好。与热尖式浇口相比，浇套式浇口尺寸要大一些，浇口痕迹也可能会比较大，在很多用塑料成型的零件方面，对浇口美观程度要求不高的内部结构件可由浇套式热流道系统制造。同样与热尖式热流道系统类似，浇口处塑料温度与模具温度的控制也极为重要，需要围绕浇口设置独立的冷却回路，因为浇套式浇口尺寸比较大。如果浇口处温度控制的不好，就更容易出现浇口在开模后密封不住塑料流淌的问题。

（3）针阀式（Valve Gating）热流道系统。针阀式热流道也是一种应用非常普遍的热流道系统，该系统是通过采用阀针在阀针控制装置的作用下，在预定的时刻以机械运动的方式来打开或关闭浇口。这种类型的热流道系统具有很多热尖式和浇套式流道系统无法具备的优点，如可以人为来控制浇口开关时间，浇口光滑平整，可扩大热流道技术应用领域等，如针阀式热流道在汽车制造、医疗、电子、办公设备等许多领域得到广泛的应用。

近年来，国际上各主要汽车公司均采用针阀式热流道，结合模具多色共注工艺来生产整体车灯灯罩，因灯罩是透明产品，浇口必需要喷涂着色。如果在这些零件上有注塑成型熔合线，那么着色零件的色泽会不一样，无法满足质量要求。为避免这类问题，许多汽车零件供应商采用一种基于针阀式热流道的顺序开关浇口的生产工艺，来彻底消除零件上的熔合线；在医疗领域里，人们对医疗用的塑料零件浇口质量要求极为严格，不可以有尖利凸起等，否则，在使用时会刺伤、扎伤皮肤，后果严重。在这种情况下，也只有依靠针阀式浇口流道系统来提高产品浇口质量。针阀式浇口是通过阀针机械动作来关闭的，因而不受浇口处塑料冷却时间的限制，所以针阀式浇口流道系统有时可以大大缩短塑件生产成型周期。浇口尺寸也可以开大一些，这对加工对剪切敏感的塑料很有好处。

针阀式浇口方法可以加工几克重的小零件，也可以加工几公斤重的大零件，各种工程塑料都可以用针阀式浇口加工生产零件。若在一套模具里有几个浇口的情况下，如采用针阀式流道系统则可通过对各浇口开关时间的控制，以实现对产品的熔合线位置的调整和控制；阀针的机械动作装置也可以采用液压或压缩气体控制。用液压方法阀针开关动作有力、控制准确，但有可能在生产过程中弄脏塑料制件，因而在生产医疗用塑料制品时，必须采用压缩气体控制方法生产，以保证制品清洁。另外，阀针控制装置的使用会增加模具定模与整体模具的高度，在进行模具设计和注塑机选择时应加以考虑，在安装阀针控制装置的模板上亦需设置冷却水道。与热尖式和浇套式热流道系统应用要求一样，如果对针阀式浇口处温度控制的不好，也会造成严重的生产困难。例如，如果浇口处温度过高，塑料在开模时有粘在阀针上的危险；相反地如果浇口处温度过低，浇口塑料过冷，造成阀式关闭困难等。另外，针阀式热流道系统及阀针控制装置本身设计制作不好，也会出现如在阀针后形成流动死角，或在阀针与其他零件之间的滑动配合面上发生溢料的现象等问题。同理阀针制作不好，关闭动作操作控制不当，亦有损坏的严重后果。该类针阀式热流道系统有许多其他两种类型的热流道系统不具备的优点，但增加了模具的复杂性，在价格上比热尖式和浇套式热流道模具贵一些。

目前，国内有些企业热流道技术已用于生产，但总体还不足10%，这个差距相当巨大，这意味着这个行业有着相当大的市场空间存在。在中国，虽然人们使用的塑胶产品种类很多，如塑料桶类、电视机壳、饮水机类等常用塑料产品，采用传统模具注射成型而成。通过比较，常规传统没采用热流道模具成型产品模式经常会出现以下情况：充模困难，薄壁大制件容易变形，各个流道的原材料造成浪费，多个模腔模具的注塑产品质量也不一样。而采用热流道模具技术，则有一个比较完善的解决方案，其优点：①节约原材料，降低成本。②缩短成型周期，提高机器生产效率。③改善制品表面质量和力学性能。④不必用三板式模具即可以使用点浇方式，提高自动化程度。⑤可用针阀式浇口来控制浇口封冻。⑥多模腔模具的注塑产品质量一致，同时提高注塑制品表面美观度。虽然采用热流道模具技术，有很多优点，但经过调查，大部分厂家认为热流道模具价格较贵接受不了。目前，国内有的厂家虽采用了一些国产的热流道元件，但总体上采用率不到10%，与国外50%～80%远远不够。

2.热流道技术应用与推广的建议

（1）一些模具和注塑企业对热流道技术都持有观望的态度，甚至根本不了解它，这其中的很大部分原因在于热流道供应商的宣传不够，致使注塑企业没有充分理解热流道模具的优势。须不知，使用热流道模具是帮助他们赢利，不仅能使他们的产品更加美观，原材料得到节约，生产效率更高，而且还可以帮助其大幅度提高模具的使用寿命。因此，在将来，热流道供应商作为中间环节沟通桥梁的模具企业，还有大量的工作要做。

（2）热流道模具技术普及知识。当然，热流道模具也有其不足之处：其设计的热流道模具结构复杂，造价、维护费用较高；开机需要一段时间后，工艺才会稳定，造成开价废品较多；在使用过程中，出现熔体泄露，加热元件故障时，对产品质量和生产进度影响较大。对于这三个方面，使用时只要精心维护，通过采购质量上等的加热元件、热流道板及喷嘴，可以减少这些不利情况的出现。

对于适用热流道模具的常用塑料，笔者跟踪了多家国内外注塑企业，并进行热流道装配、调试全过程，其推荐的工艺参数参照如附表所示，在调试注塑产品过程中，发挥了重要作用，同时提高了工作效率。

常用塑料工艺参数表

（3）提供热流道模具技术培训，让客户学会正确使用热流道系统。目前，有很多模具企业和注塑企业购买热流道模具以后，由于使用方法不当，常常会烧坏加热元件，喷嘴嘴尖（Tip），甚至温度控制器。如一些注塑企业在安装和维护热流道模具时，没有采用专用工具，随意拆卸喷嘴嘴尖，使用过程中，导致产品质量下降，严重的现象还导致模具受损、注塑机停止工作等等，这样一来，客户就会误认为热流道是一件不好的东西。2012年是国家提倡低碳、绿色制造倡导年，在中国，积极推广热流道技术，使注塑企业真正了解热流道模具技术及应用，发挥热流道模具优势，势在必行，也将为注塑企业作出巨大贡献。