熱流道模具技術(shù)應(yīng)用與推廣

桂林金格電工電子材料科技有限公司 （廣西 541002） 文德林

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，綠色制造已成為了人們議論的話題，也是大家關(guān)注的焦點，綠色環(huán)保節(jié)能也將成為塑機行業(yè)發(fā)展的必然方向，低碳經(jīng)濟已成為中國及世界經(jīng)濟發(fā)展的主旋律。在此，熱流道模具在綠色制造中的應(yīng)用方面，在節(jié)省塑料材料、節(jié)約能源方面發(fā)揮了重要作用。在全球，中國也算得上模具大國，然而，作為模具行業(yè)密不可分的熱流道系統(tǒng)，在我國卻還停留在初期階段，在此，本文主要講述熱流道系統(tǒng)組成及熱流道技術(shù)在塑料模具產(chǎn)品上的應(yīng)用。

熱流道技術(shù)基本概念

1.熱流道技術(shù)

熱流道技術(shù)是應(yīng)用于塑料注塑模澆注流道系統(tǒng)的一種先進技術(shù)，其熱流道成型過程是指從注射機噴嘴送往澆口的塑料始終保持熔融狀態(tài)，在每次開模時不需要固化作為廢料取出，滯留在澆注系統(tǒng)中的熔料可在下一次注射時被注入型腔。

2.熱流道系統(tǒng)的組成及作用

熱流道系統(tǒng)主要由熱分流板（Manifold）、噴嘴（Nozzle）、加熱元件（Heating Components）和溫控器（Temperature Controller）構(gòu)成。其熱分流板主要作用是恒溫地將熔體從主流道送入各個單獨噴嘴，在熔體傳送過程中，熔體的壓力降盡可能減小，并不允許材料降解。

各熱流道公司常用形式：一字形、H字形、Y字形和X字形；結(jié)構(gòu)上有外加熱熱流道板和內(nèi)加熱熱流道板兩大類；熱流道模具噴嘴在結(jié)構(gòu)形式上有多種形式，類型均大同小異，但各個廠家加工工藝和實施方法有很大區(qū)別，因此，供應(yīng)商的熱流道系統(tǒng)在質(zhì)量和價格上有些差異，一般有熱尖式、開放式、針閥式和其他幾種特殊形式。其中，針閥式噴嘴技術(shù)上較先進，價格也較貴，其優(yōu)點：在制品上不留下澆口進入殘痕，進入澆口處痕跡平滑；能使用較大直徑的澆口，可以使型腔填充加快，并進一步降低注射壓力，減小產(chǎn)品變形；可防止開模時出現(xiàn)牽絲現(xiàn)象及流涎現(xiàn)象；當(dāng)注塑機螺桿后退時，可有效地防止從模腔中反吸物料；能配合順序控制以減少制品熔接痕等以上優(yōu)點。加熱元件是熱流道系統(tǒng)的重要組成部分，其加熱精度和使用壽命對于注塑工藝的控制和熱流道系統(tǒng)的工作穩(wěn)定影響重大。一般有加熱棒、加熱圈及加熱器等；溫控器就是對熱流道系統(tǒng)的各個位置進行溫度控制，分別有通斷位式、新型智能化溫控器等種類，目前后者用之廣泛，也可根據(jù)需要的用戶可同其他模內(nèi)組件配合使用。

熱流道技術(shù)在塑料模具產(chǎn)品上的應(yīng)用

1.熱流道模具技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

熱流道模具技術(shù)作為一項先進的注塑工藝技術(shù)，其熱流道技術(shù)的應(yīng)用在歐美國家發(fā)展較快，許多塑料模具廠所生產(chǎn)的模具50%以上采用了熱流道技術(shù)，甚至80%以上，效果十分明顯。如惠普（HP）公司的傳真機、打印機絕大部分塑料零部件就指定供應(yīng)商采用熱流道模具注塑塑料產(chǎn)品，這些產(chǎn)品通過流水線快速組裝成成品。

熱流道技術(shù)應(yīng)用根據(jù)澆口形式的不同，主要體現(xiàn)在以下三個方面：

（1）熱尖式（Hot Tip），也叫點澆口熱流道。熱尖式熱流道是一種最為普遍廣泛應(yīng)用的熱流道系統(tǒng)，各熱流道供應(yīng)商均提供這種系統(tǒng)，雖然來自不同廠家系統(tǒng)上的噴嘴及噴嘴鑲件之形狀與尺寸有所不同，但工作原理是非常一致的，這就是通過位于噴嘴前端的鑲件與冷卻系統(tǒng)相結(jié)合，以對澆口處的塑料成型加工溫度進行精確地調(diào)整和控制。熱尖式熱流道可用于絕大多數(shù)結(jié)晶型和非結(jié)晶型塑料，如PP、PE、PS、LCP、PA、PET、PBT、POM、PMMA、PC、ABS及PVC等 。熱尖式熱流道在成型產(chǎn)品上的澆口直徑大多在0.5～2mm，它主要由產(chǎn)品材料、重量與壁厚來決定。若使用截面直徑較小的澆口，注射充模階段結(jié)束后澆口封閉快，在零件上澆口要求：以不影響產(chǎn)品的外觀和裝配干涉為考慮因素，盡量放在產(chǎn)品的隱蔽處，痕跡小，這樣制品表面既美觀、質(zhì)量又好；但澆口直徑不可過小，否則塑料料流經(jīng)過澆口時剪切速率過高，會嚴(yán)重?fù)p壞塑料熔體分子鏈結(jié)構(gòu)或者塑料中的添加材料，導(dǎo)致制品質(zhì)量不合格無法滿足使用要求。

我們通常的經(jīng)驗是根據(jù)零件澆口處壁厚來確定澆口大?。簼部谥睆?（0.75～1.0）×零件澆口處壁厚，再結(jié)合考慮其他因素，如果是流動性好的塑料則可取較小值；反之則可取較大值。熱尖式澆口附近需要設(shè)置獨立的冷卻回路，其目的是對澆口處模具材料有效冷卻的需要，可以避免澆口處痕跡過大或澆口塑料在開模后流淌問題。須注意的是，熱尖式熱流道應(yīng)用在含有高比例玻璃纖維的塑料時，一定要選擇具有硬度高、耐磨性好的澆口鑲件，來提高熱流道使用壽命。

（2）澆套式（Sprue Gating）熱流道系統(tǒng)，也叫大水口熱流道。在澆套式熱流道系統(tǒng)里，其塑料經(jīng)過暢通的流道進入模腔，澆口處塑料流動壓力損失小，比較適合于中等尺寸重量以上零件的注塑加工成型。使用澆套式熱流道的優(yōu)點是塑料經(jīng)澆口充入模具所經(jīng)歷的剪切速率低，零件成型后殘余應(yīng)力小，變形程度少，因而零件機械強度比較好。與熱尖式澆口相比，澆套式澆口尺寸要大一些，澆口痕跡也可能會比較大，在很多用塑料成型的零件方面，對澆口美觀程度要求不高的內(nèi)部結(jié)構(gòu)件可由澆套式熱流道系統(tǒng)制造。同樣與熱尖式熱流道系統(tǒng)類似，澆口處塑料溫度與模具溫度的控制也極為重要，需要圍繞澆口設(shè)置獨立的冷卻回路，因為澆套式澆口尺寸比較大。如果澆口處溫度控制的不好，就更容易出現(xiàn)澆口在開模后密封不住塑料流淌的問題。

（3）針閥式（Valve Gating）熱流道系統(tǒng)。針閥式熱流道也是一種應(yīng)用非常普遍的熱流道系統(tǒng)，該系統(tǒng)是通過采用閥針在閥針控制裝置的作用下，在預(yù)定的時刻以機械運動的方式來打開或關(guān)閉澆口。這種類型的熱流道系統(tǒng)具有很多熱尖式和澆套式流道系統(tǒng)無法具備的優(yōu)點，如可以人為來控制澆口開關(guān)時間，澆口光滑平整，可擴大熱流道技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域等，如針閥式熱流道在汽車制造、醫(yī)療、電子、辦公設(shè)備等許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

近年來，國際上各主要汽車公司均采用針閥式熱流道，結(jié)合模具多色共注工藝來生產(chǎn)整體車燈燈罩，因燈罩是透明產(chǎn)品，澆口必需要噴涂著色。如果在這些零件上有注塑成型熔合線，那么著色零件的色澤會不一樣，無法滿足質(zhì)量要求。為避免這類問題，許多汽車零件供應(yīng)商采用一種基于針閥式熱流道的順序開關(guān)澆口的生產(chǎn)工藝，來徹底消除零件上的熔合線；在醫(yī)療領(lǐng)域里，人們對醫(yī)療用的塑料零件澆口質(zhì)量要求極為嚴(yán)格，不可以有尖利凸起等，否則，在使用時會刺傷、扎傷皮膚，后果嚴(yán)重。在這種情況下，也只有依靠針閥式澆口流道系統(tǒng)來提高產(chǎn)品澆口質(zhì)量。針閥式澆口是通過閥針機械動作來關(guān)閉的，因而不受澆口處塑料冷卻時間的限制，所以針閥式澆口流道系統(tǒng)有時可以大大縮短塑件生產(chǎn)成型周期。澆口尺寸也可以開大一些，這對加工對剪切敏感的塑料很有好處。

針閥式澆口方法可以加工幾克重的小零件，也可以加工幾公斤重的大零件，各種工程塑料都可以用針閥式澆口加工生產(chǎn)零件。若在一套模具里有幾個澆口的情況下，如采用針閥式流道系統(tǒng)則可通過對各澆口開關(guān)時間的控制，以實現(xiàn)對產(chǎn)品的熔合線位置的調(diào)整和控制；閥針的機械動作裝置也可以采用液壓或壓縮氣體控制。用液壓方法閥針開關(guān)動作有力、控制準(zhǔn)確，但有可能在生產(chǎn)過程中弄臟塑料制件，因而在生產(chǎn)醫(yī)療用塑料制品時，必須采用壓縮氣體控制方法生產(chǎn)，以保證制品清潔。另外，閥針控制裝置的使用會增加模具定模與整體模具的高度，在進行模具設(shè)計和注塑機選擇時應(yīng)加以考慮，在安裝閥針控制裝置的模板上亦需設(shè)置冷卻水道。與熱尖式和澆套式熱流道系統(tǒng)應(yīng)用要求一樣，如果對針閥式澆口處溫度控制的不好，也會造成嚴(yán)重的生產(chǎn)困難。例如，如果澆口處溫度過高，塑料在開模時有粘在閥針上的危險；相反地如果澆口處溫度過低，澆口塑料過冷，造成閥式關(guān)閉困難等。另外，針閥式熱流道系統(tǒng)及閥針控制裝置本身設(shè)計制作不好，也會出現(xiàn)如在閥針后形成流動死角，或在閥針與其他零件之間的滑動配合面上發(fā)生溢料的現(xiàn)象等問題。同理閥針制作不好，關(guān)閉動作操作控制不當(dāng)，亦有損壞的嚴(yán)重后果。該類針閥式熱流道系統(tǒng)有許多其他兩種類型的熱流道系統(tǒng)不具備的優(yōu)點，但增加了模具的復(fù)雜性，在價格上比熱尖式和澆套式熱流道模具貴一些。

目前，國內(nèi)有些企業(yè)熱流道技術(shù)已用于生產(chǎn)，但總體還不足10%，這個差距相當(dāng)巨大，這意味著這個行業(yè)有著相當(dāng)大的市場空間存在。在中國，雖然人們使用的塑膠產(chǎn)品種類很多，如塑料桶類、電視機殼、飲水機類等常用塑料產(chǎn)品，采用傳統(tǒng)模具注射成型而成。通過比較，常規(guī)傳統(tǒng)沒采用熱流道模具成型產(chǎn)品模式經(jīng)常會出現(xiàn)以下情況：充模困難，薄壁大制件容易變形，各個流道的原材料造成浪費，多個模腔模具的注塑產(chǎn)品質(zhì)量也不一樣。而采用熱流道模具技術(shù)，則有一個比較完善的解決方案，其優(yōu)點：①節(jié)約原材料，降低成本。②縮短成型周期，提高機器生產(chǎn)效率。③改善制品表面質(zhì)量和力學(xué)性能。④不必用三板式模具即可以使用點澆方式，提高自動化程度。⑤可用針閥式澆口來控制澆口封凍。⑥多模腔模具的注塑產(chǎn)品質(zhì)量一致，同時提高注塑制品表面美觀度。雖然采用熱流道模具技術(shù)，有很多優(yōu)點，但經(jīng)過調(diào)查，大部分廠家認(rèn)為熱流道模具價格較貴接受不了。目前，國內(nèi)有的廠家雖采用了一些國產(chǎn)的熱流道元件，但總體上采用率不到10%，與國外50%～80%遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

2.熱流道技術(shù)應(yīng)用與推廣的建議

（1）一些模具和注塑企業(yè)對熱流道技術(shù)都持有觀望的態(tài)度，甚至根本不了解它，這其中的很大部分原因在于熱流道供應(yīng)商的宣傳不夠，致使注塑企業(yè)沒有充分理解熱流道模具的優(yōu)勢。須不知，使用熱流道模具是幫助他們贏利，不僅能使他們的產(chǎn)品更加美觀，原材料得到節(jié)約，生產(chǎn)效率更高，而且還可以幫助其大幅度提高模具的使用壽命。因此，在將來，熱流道供應(yīng)商作為中間環(huán)節(jié)溝通橋梁的模具企業(yè)，還有大量的工作要做。

（2）熱流道模具技術(shù)普及知識。當(dāng)然，熱流道模具也有其不足之處：其設(shè)計的熱流道模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價、維護費用較高；開機需要一段時間后，工藝才會穩(wěn)定，造成開價廢品較多；在使用過程中，出現(xiàn)熔體泄露，加熱元件故障時，對產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)進度影響較大。對于這三個方面，使用時只要精心維護，通過采購質(zhì)量上等的加熱元件、熱流道板及噴嘴，可以減少這些不利情況的出現(xiàn)。

對于適用熱流道模具的常用塑料，筆者跟蹤了多家國內(nèi)外注塑企業(yè)，并進行熱流道裝配、調(diào)試全過程，其推薦的工藝參數(shù)參照如附表所示，在調(diào)試注塑產(chǎn)品過程中，發(fā)揮了重要作用，同時提高了工作效率。

常用塑料工藝參數(shù)表

（3）提供熱流道模具技術(shù)培訓(xùn)，讓客戶學(xué)會正確使用熱流道系統(tǒng)。目前，有很多模具企業(yè)和注塑企業(yè)購買熱流道模具以后，由于使用方法不當(dāng)，常常會燒壞加熱元件，噴嘴嘴尖（Tip），甚至溫度控制器。如一些注塑企業(yè)在安裝和維護熱流道模具時，沒有采用專用工具，隨意拆卸噴嘴嘴尖，使用過程中，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降，嚴(yán)重的現(xiàn)象還導(dǎo)致模具受損、注塑機停止工作等等，這樣一來，客戶就會誤認(rèn)為熱流道是一件不好的東西。2012年是國家提倡低碳、綠色制造倡導(dǎo)年，在中國，積極推廣熱流道技術(shù)，使注塑企業(yè)真正了解熱流道模具技術(shù)及應(yīng)用，發(fā)揮熱流道模具優(yōu)勢，勢在必行，也將為注塑企業(yè)作出巨大貢獻。

結(jié)語

撰寫本文的目的，一是將筆者在熱流道模具應(yīng)用技術(shù)和經(jīng)驗方面進行總結(jié)和積累，精益求精；二是通過熱流道技術(shù)交流，希望能給一些企業(yè)和愛好熱流道模具的朋友一些幫助，更大程度上為注塑企業(yè)創(chuàng)造更多的價值。