我國模具行業(yè)近年來發(fā)展很快,到2005年，我國的模具產(chǎn)品水平將達到國際20世紀90年代中期水平，汽車模具等生產(chǎn)也將進入自主開發(fā)時代，但是對于熱流道系統(tǒng)，我國目前卻還停留在初期階段。
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)，是塑料注塑成型工藝發(fā)展的一個熱點方向。它于20世紀50年代問世，經(jīng)歷了一段較長時間地推廣以后，其市場占有率逐年上升。80年代中期，美國的熱流道模具占注射模具總數(shù)的15%~17% ，歐洲為12%~15% ，日本約為10% 。但到了90年代，美國生產(chǎn)的塑料注射模具中熱流道模具已占40%以上，在大型制品的注射模具中則占90%以上。
什么是熱流道？
熱流道是通過加熱的辦法來保證流道和澆口的塑料保持熔融狀態(tài)。由于在流道附近或中心設(shè)有加熱棒和加熱圈，從注塑機噴嘴出口到澆口的整個流道都處于高溫狀態(tài)，使流道中的塑料保持熔融，停機后一般不需要打開流道取出凝料，再開機時只需加熱流道到所需溫度即可。因此，熱流道工藝有時稱為熱集流管系統(tǒng)，或者稱為無流道模塑。
■ 熱流道技術(shù)的優(yōu)、缺點
熱流道技術(shù)與常規(guī)的冷流道相比有以下的好處：
1、節(jié)約原材料，降低成。
2、縮短成型周期，提高機器效率
3、改善制品表面質(zhì)量和力學性能。
4、不必用三板式模具即可以使用點澆口。
5、可經(jīng)濟地以側(cè)澆口成型單個制品。
6、提高自動化程度。
7、可用針閥式澆口控制澆口封凍。
8、多模腔模具的注塑件質(zhì)量一致。
9、提高注塑制品表面美觀度。
但是，每一項技術(shù)都會有自身的缺點存在，熱流道技術(shù)也不例外：
1、模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高，維護費用高。
2、開機需要一段時間工藝才會穩(wěn)定，造成開價廢品較多。
3、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。
上面第三項缺點，通過采購質(zhì)量上等的加熱元件、熱流道板以及噴嘴并且使用時精心維護，可以減少這些不利情況的出現(xiàn)。
■ 熱流道系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
熱流道系統(tǒng)一般由熱噴嘴、分流板、溫控箱和附件等幾部分組成。熱噴嘴一般包括兩種：開放式熱噴嘴和針閥式熱噴嘴。由于熱噴嘴形式直接決定熱流道系統(tǒng)選用和模具的制造，因而常相應(yīng)的將熱流道系統(tǒng)分成開放式熱流道系統(tǒng)和針閥式熱流道系統(tǒng)。分流板在一模多腔或者多點進料、單點進料但料位偏置時采用。材料通常采用P20或H13。分流板一般分為標準和非標準兩大類，其結(jié)構(gòu)形式主要由型腔在模具上的分布情況、噴嘴排列及澆口位置來決定。溫控箱包括主機、電纜、連接器和接線公母插座等。熱流道附件通常包括：加熱器和熱電偶、流道密封圈、接插件及接線盒等。
■ 熱流道系統(tǒng)的分類
一般說來，熱流道系統(tǒng)分為單頭熱流道系統(tǒng)、多頭熱流道系統(tǒng)以及閥澆口熱流道系統(tǒng)。單頭熱流道系統(tǒng)主要由單個噴嘴、噴嘴頭、噴嘴連接板、溫控系統(tǒng)等組成。
單頭熱流道系統(tǒng)塑料模具結(jié)構(gòu)較簡單。將熔融狀態(tài)塑料由注塑機注入噴嘴連接板，經(jīng)噴嘴到達噴嘴頭后，注入型腔。需要控制尺寸d、D、L和通過調(diào)整噴嘴連接板的厚度尺寸，使定模固定板壓緊噴嘴連接板的端面，控制噴嘴的軸向位移，或者直接利用注塑機噴嘴頂住噴嘴連接板的端面，也可達到同樣目的。在定模固定板的合適位置設(shè)置一條引線槽，讓電源線從模具內(nèi)引出與安裝在模具上的接線座連接。
多頭熱流道系統(tǒng)塑料模具結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。熔融狀塑料由注塑機注入噴嘴連接板，經(jīng)熱流道板流向噴嘴后到達噴嘴頭，然后注入型腔。熱流道系統(tǒng)的噴嘴與定模板有徑向尺寸D1配合要求和軸向尺寸限位要求。噴嘴頭與定模鑲塊有徑向尺寸d配合要求，保證熔融狀態(tài)的塑料不溢流到非型腔部位，并要求定模鑲塊的硬度淬硬50HRC左右。分型面到熱噴嘴軸向定位面之間的距離L必須嚴格控制，該尺寸應(yīng)根據(jù)常溫狀態(tài)下噴嘴的實際距離L′加上模具正常工作溫度下噴嘴的實際延伸量ΔL確定。為了保證噴嘴與熱流道板貼合可靠，不使熱流道板產(chǎn)生變形，在噴嘴的頂部上方設(shè)有調(diào)整墊，該調(diào)整墊與噴嘴自身的軸向定位面一起限制了噴嘴在軸向的移動，且有效地控制了熱流道板可能產(chǎn)生的變形。在常溫狀態(tài)下，調(diào)整墊與熱流道板和定模固定板之間控制0.025mm 間隙以便模具受熱后，在工作溫度狀態(tài)時調(diào)整墊恰好壓緊。熱流道系統(tǒng)的定位座和定位銷一起控制了熱流道板在模具中的位置。定位座與定模板有徑向尺寸D2配合要求，而且深度h必須控制準確，定位座的軸向起著支承熱流道板的作用，直接承受注射機的注射壓力。定位銷與熱流道板固定板有配合要求。熱流道板與模板之間必須留有足夠的空隙，以便包裹隔熱材料。熱流道板和固定板必須設(shè)有足夠的布線槽，讓電源線從模具內(nèi)引出與安裝在模具上的接線座連接。噴嘴連接板與定模固定板之間有徑向尺寸D1配合要求，以便注塑機的注射頭與模具上的噴嘴連接板配合良好。在熱流道板附近，將定模板、熱流道板固定板、定模固定板用螺釘連接起來，增強熱流道板的剛性。
閥澆口熱流道系統(tǒng)塑料模具結(jié)構(gòu)最復(fù)雜。它與普通多頭熱流道系統(tǒng)塑料模具有相同的結(jié)構(gòu)，另外還多了一套閥針傳動裝置控制閥針的開、閉運動。該傳動裝置相當于一只液壓油缸，利用注射機的液壓裝置與模具連接，形成液壓回路，實現(xiàn)閥針的開、閉運動，控制熔融狀態(tài)塑料注入型腔。
■ 熱流道塑料模具設(shè)計程序
第一，根據(jù)塑件結(jié)構(gòu)和使用要求，確定進料口位置。只要塑件結(jié)構(gòu)允許，在定模鑲塊內(nèi)噴嘴和噴嘴頭不與成型結(jié)構(gòu)干涉，熱流道系統(tǒng)的進料口可放置在塑件的任何位置上。常規(guī)塑件注射成形的進料口位置通常根據(jù)經(jīng)驗選擇。對于大而復(fù)雜的異型塑件，注射成形的進料口位置可運用計算機輔助分析(CAE)模擬熔融狀塑料在型腔內(nèi)的流動情況，分析模具各部位的冷卻效果，確定比較理想的進料口位置。
第二，確定熱流道系統(tǒng)的噴嘴頭形式。塑件材料和產(chǎn)品的使用特性是選擇噴嘴頭形式的關(guān)鍵因素，塑件的生產(chǎn)批量和模具的制造成本也是選擇噴嘴頭形式的重要因素。
第三，根據(jù)塑件的生產(chǎn)批量和注射設(shè)備的噸位大小，確定每模的腔數(shù)。
第四，由已確定的進料口位置和每模的腔數(shù)確定噴嘴的個數(shù)。如果成形某一產(chǎn)品，選擇一模一件一個進料口，則只要一個噴嘴，即選用單頭熱流道系統(tǒng)；如果成形某一產(chǎn)品，選擇一模多腔或一模一腔二個以上進料口，則就要多個噴嘴，即選用多頭熱流道系統(tǒng)，但對有橫流道的模具結(jié)構(gòu)除外。
第五，根據(jù)塑件重量和噴嘴個數(shù)，確定噴嘴徑向尺寸的大小。目前相同形式的噴嘴有多個尺寸系列，分別滿足不同重量范圍內(nèi)的塑件成形要求。
第六，根據(jù)塑件結(jié)構(gòu)確定模具結(jié)構(gòu)尺寸，再根據(jù)定模鑲塊和定模板的厚度尺寸選擇噴嘴標準長度系列尺寸，最后修整定模板的厚度尺寸及其他與熱流道系統(tǒng)相關(guān)的尺寸。
第七，根據(jù)熱流道板的形狀確定熱流道固定板的形狀，在其板上布置電源線引線槽，并在熱流道板、噴嘴、噴嘴頭附近設(shè)計足夠的冷卻水環(huán)路。
第八，完成熱流道系統(tǒng)塑料模具的設(shè)計圖繪制。
■ 熱流道系統(tǒng)的發(fā)展方向
當前，國內(nèi)外熱流道模具的主要發(fā)展趨勢可歸納為以下幾個方面。
元件的小型化，以實現(xiàn)小型制品的一模多腔和大型制品多澆口充模。通過縮小噴嘴空間，可在模具上配置更多型腔，提高制品的產(chǎn)量和注射機的利用率。在90年代，Master公司開發(fā)的噴嘴最小可至15.875mm；Husky公司開發(fā)的多澆口噴嘴，每個噴嘴有4個澆口，澆口距可近至9.067mm；Osco公司開發(fā)的組合復(fù)式噴嘴，每個噴嘴有12個澆口探針，可用于48腔模具的成型。MoldMaters公司針對小型制件的空間限制，在2001年開發(fā)了用于小制件的噴嘴，含整體加熱器、針尖和熔體通道，體積直徑小于9mm，澆口距僅為10mm,可成型重量為1~30g 的制品。
熱流道元件的標準化、系列化。當前，用戶要求模具設(shè)計和制造周期越來越短，將熱流道元件標準化不僅有利于減少設(shè)計工作的重復(fù)和降低模具的造價，并且十分便于對易損零部件的更換和維修。據(jù)報道，Polyshot公司已開發(fā)出快換熱流道模具系統(tǒng)，尤其適于注射壓力為70kN的小型注射機。Husky、Presto 和Moldmasters等公司的噴嘴、閥桿和分流板都作為標準型便于快速更換和交付模具，現(xiàn)在國外只需4 周即可交付模具。
熱流道模具設(shè)計整體可靠性提高。如今國內(nèi)外各大模具公司對熱流道板的設(shè)計和熱噴嘴相連接部分的壓力分布、溫度分布、密封等問題的研究開發(fā)極為重視。疊層熱流道注射模的開發(fā)和利用也是一個熱點。疊式模具可有效增加型腔數(shù)量，而對注射機合模力的要求只需增加10%~15%。疊式熱流道模具在國外一些發(fā)達國家已用于工業(yè)化。
改善熱流道元件材料的目的在于提高噴嘴和熱流道的耐磨性和用于敏感材料成型。如使用鉬鈦等韌性合金材料制造噴嘴，以金屬粉末注射成型經(jīng)燒結(jié)制成熱流道元件已成為可能。
開發(fā)精確的溫控系統(tǒng)。在熱流道模具模塑中，開發(fā)更精密的溫控裝置，控制熱流道板和澆口中的熔融樹脂的溫度是防止樹脂過熱降解和產(chǎn)品性能降低的有效措施。
將熱流道用于共注。通過支管和熱噴嘴元件的有效組合設(shè)計可使共注成型與熱流道技術(shù)相結(jié)合，由此成型3層、5層甚至更多層的復(fù)合塑料制品。例如Kortec公司開發(fā)出了熔體輸送系統(tǒng)和共注噴嘴；Incoe 公司的多出口、多模腔共注支管生產(chǎn)線能用于多材料多組分共注射。
■ 熱流道技術(shù)在中國
作為一項先進的注塑加工技術(shù)，熱流道技術(shù)在歐美國家的普及使用可以追溯到上個世紀的中期甚至更早，早在1940年12月，E.R.Knowles就取得了熱流道技術(shù)的專利權(quán)。而在中國，這一技術(shù)的真正推廣應(yīng)用不過是近幾年發(fā)生的事情。
隨著熱流道技術(shù)的日漸推廣應(yīng)用，熱流道模具在塑料模具中的比重將逐步提高。由于上面講到的采用熱流道技術(shù)模具的諸多優(yōu)點，因此，熱流道技術(shù)的應(yīng)用在國外發(fā)展較快，許多塑料模具廠所生產(chǎn)的模具50%以上采用的熱流道技術(shù)，甚至80%以上，效果十分明顯。熱流道在國內(nèi)也已用于生產(chǎn)，但總體不足10%,這個差距相當巨大，這意味著這個行業(yè)有著相當大的市場空間存在。
近年來，熱流道技術(shù)在中國的逐漸推廣，這在很大程度上是由于我國模具向歐美公司的出口量快速發(fā)展帶來的。在歐美國家，注塑生產(chǎn)已經(jīng)相當?shù)囊蕾囉跓崃鞯兰夹g(shù)?？梢赃@樣說，基本上沒有使用熱流道技術(shù)的模具現(xiàn)在已經(jīng)很難出口，這也造成了很多模具廠家對于熱流道技術(shù)的意識上的轉(zhuǎn)變。但是由于很多外國進口的熱流道系統(tǒng)價格比較貴，國內(nèi)很大一部分廠家接受不了，所以就出現(xiàn)了一些國產(chǎn)的商品化的熱流道系統(tǒng)元件。這對于熱流道技術(shù)在中國的推廣有很大的好處。不過雖然熱流道技術(shù)已經(jīng)開始推廣,有的廠采用率達20%以上,一般采用內(nèi)熱式或外熱式熱流道裝置,少數(shù)單位采用具有世界先進水平的高難度針閥式熱流道裝置，但總體上熱流道的采用率達不到10%,與國外的50～80%相比,還是遠遠不夠的。
最近幾年里, 世界著名的熱流道技術(shù)供應(yīng)商們接二連三以各種形式進駐中國市場，或建立生產(chǎn)基地，或?qū)ふ掖?，或設(shè)立辦事處，或建立子公司，應(yīng)該說，這個潮流對中國的模具行業(yè)技術(shù)的快速提升起到了巨大的作用。這一潮流中，無疑是近水樓臺的韓國企業(yè)動手最早，韓國的Yudo（柳道）、SINO（R）（先銳）等品牌在我國均具備了相當?shù)挠绊懥Γ涣碛锌偛课挥诤商m的Synventive（圣萬提）和加拿大的Mold Masters（馬斯特）分別在蘇州和昆山建立的工廠今年也將先后投產(chǎn)；北美注塑工業(yè)巨人Husky（赫斯基）多年來始終致力于熱流道技術(shù)在我國的普及推廣工作，其獨資建立的亞洲運營中心——赫斯基上海技術(shù)中心也擁有強大的熱流道提供能力；中德合資建立的變色（Anole）熱流道科技服務(wù)有限公司位于浙江黃巖的生產(chǎn)基地也將于今年中期建成，其產(chǎn)品的加熱元件將全部采用技術(shù)領(lǐng)先的德國Anole公司產(chǎn)品；與此同時，我國大量的新興民營企業(yè)也認識到這一領(lǐng)域的無限商機，紛紛建立熱流道生產(chǎn)企業(yè)，這對于降低熱流道技術(shù)的使用成本和其推廣應(yīng)用都具有十分重要的意義，但總體來說，我國本土企業(yè)目前能夠提供的技術(shù)大多仍較為初級，選擇空間小、質(zhì)量不穩(wěn)定、維護周期短的問題的出現(xiàn)往往會影響到下游企業(yè)的對其產(chǎn)品的信任度。
熱流道技術(shù)廣泛應(yīng)用是塑料模具的一大變革。在注塑成型方面，其擁有相當多的無可比擬的優(yōu)勢，可以這樣說，隨著其技術(shù)的進一步發(fā)展成熟和制造成本的的降低，熱流道技術(shù)將越來越顯現(xiàn)其巨大的優(yōu)勢。制訂熱流道元器件的國家標準,積極生產(chǎn)價廉高質(zhì)量的元器件,做好熱流道技術(shù)的宣傳推廣，是發(fā)展熱流道模具的關(guān)鍵。
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