热流道的种类与应用

优胜设计陈老师

热流道的种类与应用
    作者: Bob Meng (孟博),  模具CAE公司总裁

    在应用热流道技术时，浇口型式的正确选择至关重要。浇口型式直接决定热流道系统元件的选用及模具的制造与使用。 因而根据浇口型式的不同可将热流道系统分成三大类型，既（1）热尖式或称热针式（HOT TIP）热流道系统，（2）浇套式（SPRUE GATING）热流道系统及（3）阀式或称阀针式（VALVE GATING）热流道系统。 每种类型的热流道系统都有其重要的应用特点与适用范围。在选用浇口与热流道系统种类时需要考虑很多因素。 其中最重要的是塑料基体种类与添加剂，零件的重量与尺寸壁厚，零件质量要求，工具寿命及零件产量要求等。
  
   一 热尖式热流道系统
    这是一种应用最为普遍广泛的热流道系统。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HOT TIP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的调整和控制。因而喷嘴镶件HOT TIP的制造材料与形状设计非常重要。 各热流道供应商均在HOT TIP的开发研究上投入很大力量。
    热尖式（HOT TIP）热流道系统可以用于加工绝大多数结晶型和非结晶型塑料如PP，PE，PS，LCP，PA，PET，PBT，PEEK，POM，PEI，PMMA，ABSPVC，PC，PSU，TPU等。一般说来，热尖式浇口多用于中小尺寸零件的加工，尤其适用于微小零件的加工。浇口截面直径大多在0。5mm — 2。0mm之间。 浇口截面直径的确定主要由零件重量与壁厚决定，当然也要考虑材料与零件质量要求。 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的快，零件上浇口痕迹小，零件表面美观质量好。但浇口直径不可过小，否则塑料流经浇口时剪切速率过高，会严重损坏塑料溶体分子链结构或塑料中的添加材料，导致制品质量不合格无法满足使用要求。 一个常用的经验做法是根据零件浇口处壁厚来初步确定浇口大小：浇口直径 = （0。75 –1。0）零件浇口处壁厚。再结合考虑其他因素。如果是加工容易流动的塑料则可取较小値。 如果是加工难流动的塑料或对剪切敏感的塑料则取较大値。 还要考虑塑料种类与添加物等。 在实际应用中有时需要实际试模来最后确定。 热流道供应商应用工程师一个很重要的任务就是帮助用户确定最佳浇口直径。
    用户可将热尖式浇口直接开在零件上，亦可将其开在冷浇道上，再将冷浇口开在零件上。这就是热流道与冷流道相结合的一种模具系统。在应用热尖式浇口制作塑料零件时，总会或多或少在零件上留下浇口痕迹。 很多时侯浇口痕迹会高出零件表面，影响到零件的美观或影响到与其它零件的装配配合。所以在选择浇口位置时，应尽量将浇口放在零件上的凹进隐蔽处。 对于零件美观或配合要求高的应用项目， 有时产品设计师必须在零件上人为地设计出一个凹进处以便放置浇口。
    一个成功的热尖式热流道系统应用的关键除了正确的浇口大小外，再就是浇口处塑料温度与模具温度的精确控制。 在进行模具冷却系统设计时，需要围绕浇口设置独立的冷却回路，以满足对浇口处模具材料有效冷却的需要。对于许多生产项目，甚至需要采用一种专门的水冷浇口镶件以实现对浇口处进行超强冷却。 如果浇口处塑料温度与模具温度控制的不好，就会出现两种常见的热尖式浇口的质量与生产障碍现象，既浇口痕迹过大或浇口塑料在开模后流淌（DROOLING）问题。
    在应用热尖式浇口系统加工含有高比例玻璃纤维的塑料时，用户一定要选择具有高耐磨性的浇口镶件（HOT TIP）。许多热流道供应商提供用硬质耐磨材料做成的浇口HOT TIP镶件以提高模具使用寿命。
   
    二 浇套式热流道系统
    在浇套式热流道系统里，塑料经过畅通的流道（OPEN PIPE）进入模腔。浇口处塑料流动压力损失小。 浇套式热流道系统比较适合于中等尺寸重量以上零件的注塑加工成型。 使用浇套式热流道系统的优点是塑料在流经浇口充模时所经历的剪切速率低，零件成型后残余应力小，变形程度少，零件机械强度比较好。与热尖式浇口相比，因浇套式浇口尺寸要大一些，所以浇口痕迹也可能会比较大。 许多用塑料注塑成型的，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。人们也常常将浇套式浇口与冷浇道结合使用， 即把浇套式喷嘴作为主浇道，将浇套式浇口开在冷浇道上。在这种应用中，浇套式浇口可开的大一些以利于塑料流动， 因无人在意冷浇道上的浇口痕迹大小。
    与应用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（DROOLING）的问题。浇套式热流道系统的喷嘴镶件也有多种尺寸形状及制造材料的变化， 要结合欲加工的塑料种类（如结晶型塑料还是非结晶型塑料）与浇口冷却情况等来综合决定。热流道供应商经常会向使用热流道经验不够多的客户提供很好的选择参考意见。
   
    三 阀式热流道系统
    阀式（VALVE GATING）热流道亦是一种各国际上主要热流道供应商均提供的应用非常普遍的热流道系统。这种系统是通过采用阀针（VALVE PIN）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的热尖式和浇套式流道系统无法具备的优点。如可人为控制浇口开关时间，浇口光滑平整，可扩大热流道技术应用技术领域等。
    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。 如近年来国际上各主要汽车公司均采用阀式热流道，结合模具内多色共注工艺来生产整体车灯灯罩。因灯罩是透明产品，浇口必需光滑平整以满足美观要求。这只有使用阀式浇口热流道才能实现。另外一些汽车零件在成型后需要喷涂着色。如果在这些零件上有注塑成型溶合线，那么着色后零件的色泽就会不一样，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阀式热流道的顺序开关浇口的生产工艺（SEQUENTIAL VALVE GATING），来彻底消除零件上溶合线。在医疗领域里，人们对医疗用塑料零件浇口质量要求极为严格，不可以有尖利凸起等。否则若万一在使用时刺坏扎伤皮肤后果严重。在这种情况下，也只有依靠阀式浇口流道系统来提高产品浇口质量.
   因阀式浇口是通过阀针机械动作关闭的，不受浇口处塑料冷却时间的限制，所以阀式浇口流道系统有时可以大大缩短塑件生产成型周期。浇口尺寸亦可以开得大一些，这对加工对剪切敏感的塑料很有好处。阀式浇口方法可以加工几克重的小零件，亦可加工几公斤重的大零件。各种工程塑料都可以用阀式浇口加工生产零件。若在一套模具里有大小不同的多个型腔，如采用阀式流道系统则可通过对各浇口开关时间的控制，以实现对各型腔的流动进行分别调整与控制。这对形状尺寸相差悬殊的一模多腔模具，意义尤为重大。还有对于高生产率的，具有多层分模面的（STACK MOLD）模具，也只有通过采用阀式热流道系统来实现。
    阀针的机械动作装置可以采用液压油或压缩气体控制。 用液压油方法阀针开关动作有力准确。但有可能在生产过程中弄脏塑料制件。因此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。另外因为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，造成阀针关闭困难等。阀式浇口热流道模具在价格上比热尖式和浇套式热流道模具贵一些。 如果阀式热流道系统及阀针控制装置本身设计制作不好，就会出现如在阀针后形成流动死角，或在阀针与其它零件之间的滑动配合面上发生溢料现象等问题。另外如果阀针制作不好, 关闭动作操作控制不当，亦有损坏浇口的严重后果。 所以阀式热流道系统虽然有许多其它两种类型的热流道系统不具备的优点，但也增加了模具的复杂性。
   
    四 小结
    一个成功的热流道应用项目的第一步就是浇口型式的正确选择。零件成型质量，模具的设计与制造都与浇口方式紧密相关。热流道模具用户对此要格外重视。在下一篇文章里将讨论用户在选择热流道供应商及购买热流道系统时要考虑注意的问题。