1、熱流道技術的應用【內容摘要】：熱流道技術應用越來越廣泛，技術含量高，具有提高產品質量與精度、節省原料、提高生產率等優勢。本文介紹了熱流道技術的發展現狀與趨勢，對熱流道知識進行總結，分析了應用熱流道結構設計時注意事項，介紹了熱流道溫度場模擬與分析的意義【關鍵詞】：熱流道 熱流道板 澆口 溫度場第一章 緒論11 熱流道技術的發展現狀與趨勢 熱流道技術在注塑模中的應用越來越廣，熱流道模具已被成功地用于加工各種塑料材料，可以用冷流道模具加工的塑料材料幾乎都可以用熱流道模具加工。其零件最小的在0.1克以下，最大的在30公斤以上。熱流道模具在電子、汽車、醫療、日用品、玩具、包裝、建筑、辦公設備等領域都有著

2、到廣泛的應用。注塑生產已經相當的依賴于熱流道技術。可以這樣說，基本上出口的模具目前都是使用熱流道技術，這也造成了很多模具廠家對于熱流道技術的意識上的轉變。所以說熱流道技術在注塑模的應用將迅速普及，發展也越來越迅速，其技術含量也越來越高，但也面臨著新的挑戰，熱流道的使用與維護需要更加方便，其發展可歸結為以下幾個方面： (1)降低成本，要求完全實現自動化的同時增加其可靠性與實用性。 (2)滿足塑料加工新方法與新材料的要求，如裝飾模塑與多組分模塑，新塑料品種的加工等。 (3)噴嘴的微型化。成型極小零件是精密注射成型的趨勢，對于小型腔，要求噴嘴之間的距離不斷縮短。 (4)熱流道新材料的使用。要求開發出

3、具有好的熱傳導及高溫下機械強度高的材料，以及能滿足有磨損性、腐蝕性塑料成型要求的材料。另外，使用鈦合金和反射鋁箔實現絕熱，使耗電量和熱損失最小化。 (5)熱流道元件的標準化。標準化元件的互換性與熱流道的普及大大增強，這對縮短模具設計與制造周期，降低產品開發成本將起積極的推動作用。第二章、熱流道基礎知識概述2.1熱流道原理及其組成熱流道技術是一種無澆注系統凝料的注塑成型技術。其原理是對模具的澆注系統進行加熱，在流道中保持熔融狀態的塑料熔體，避免成型周期中產生澆注系統凝料。熱流道澆注系統可理解為注射成型機械的延伸。熱流道系統的功能是絕熱地將熱塑性熔體送到成型模具附近或直接送入模具。熱流道能夠獨立地

4、加熱，而在注塑模具中熱絕緣，這樣能夠單獨補償因為與“冷”模具接觸而造成的熱量損耗。一個成功的熱流道模具應用項目需要多個環節予以保障。其中最重要的有兩個技術因素：一是塑料溫度的控制；二是塑料流動的控制。一個典型的熱流道系統由如下幾部分組成：1.熱流道板:圖1：熱流道板Manifold 來源：Ewikon熱流道板是整個熱流道的系統的核心元件，其主要任務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。常用熱流道板的形式有：一字型，H型，Y型，X字型；結構上有外加熱熱流道板和內加熱熱流道板兩大類。熱流道系統一般按照熱流導板的加熱方式分為兩大類。（1）

5、、隔熱式 隔熱流道模有由模板組成的過大的流道。對流道不加熱，但流道的尺寸要足夠大，采用在工作條件下由凝結在流道壁的塑料提供的隔熱效果，與每一射出的熱力相結合，來維持熔體在流道內的暢通。這 種系統在兩類之中早一些、簡單一些，優點是設計不那么復雜，制造成本低。缺點是有時在澆口會形成凝結；為了維持熔融狀態，需要很快的工作周期；為了達到穩 定的熔融溫度，需要很長的準備時間。另一個主要問題是很難取得注塑的一致性，或者說無法保證。還有是因為系統內無加熱，因此需要較高的注塑壓力，這樣經常 會造成腔板的變形或彎曲。（2）、加熱式圖2：熱流道板結構圖（Ewikon HPS T 熱流道板）來源：Ewikon加熱流

6、道系統也有兩種設計：內加熱流道和外加熱流道：·內加熱流道：內加熱流道的特點是采用內部加熱的環形流道。加熱由流道內的探針和加熱梭 ( 也叫作分配器管 ) 提供。這一系統利用熔融塑料的隔熱效果來減少熱的傳遞和在模內其他地方的損失。盡管有分配器管內的環形加熱器，在加熱梭與流道壁之間還是會有材料的凝結出現。材料必須在隔熱壁與加熱梭之間不停的流動，這與年流量效果加在一起，會造成系統內的壓力下降，因此平衡的重要性非常關鍵。考慮到這一問題，內加熱系統最適宜加工范圍大的材料和到各澆口等距的平衡流道。這一系統不適宜于熱敏感塑料的使用。內加熱相對于隔熱系統提供改進的熱分配，但系統的成本更高、設計更復雜。

7、這種系統需要很仔細的平衡和復雜的熱控制。·外加熱系統：熱流道的另一種設計是外加熱系統。這種設計由具有內部流道的環形加熱集流管組成。集流管的設計具有與模具其他部位隔離的多種隔熱構造。這一系統的優點是更好的溫度控制，但成本也比較高、設備復雜。最新的技術開發使減小了集流管的尺寸，使安裝更容易。外加熱系也可以按直徑進行平衡，而不是按長度進行平衡。 2 噴嘴； 熱噴嘴一般分三種： ·開放式熱噴嘴 ·外加熱式 ·針閥式熱噴嘴：針閥式噴嘴技術上較先進，主要優點有： (1)在制品上不留下進澆口殘痕，進澆口處痕跡平滑； (2)能使用較大直徑的澆口，可使型腔填充加快，并進一

8、步降低注射壓力，減小產品變形。 (3)可防止開模時出現牽絲現象及流涎現象； (4)當注塑機螺桿后退時，可有效地防止從模腔中反吸物料； (5)能配合順序控制以減少制品熔接痕。 由于熱噴嘴形式直接決定熱流道系統選用和模具的設計制造，因而常相應的將熱流道系統分為開放式熱流道系統和針閥式熱流道系統。 3 溫度控制器； 熱流道溫控器就是對熱流道系統的各個位置進行溫度控制的儀器，由底端向高端分別有通斷位式，積分微分比例控制式和新型智能化溫控器等種類，根據需要用戶可以同其它模內組件配合使用。 4 輔助零件。常見加熱元件有：·加熱棒：常用于內熱式噴嘴及熱流道板，壽命長，機械強度高，可及時更換

9、3;板狀加熱器（加熱圈)：常用在內熱式噴嘴尾部加熱；熱流道板進料主流道加熱；直徑較大的外熱式噴嘴加熱。螺旋式加熱器主要用于外熱式噴嘴加熱。·新型集中供熱式熱管：加熱裝置在模具外側，根據熱管原理，降熱量傳遞到流道各個部位，等溫性能好，傳熱效率高，可實現一點控溫。·厚膜加熱器：根據夾心原則設計，包含了一層類似玻璃的絕緣層，一個可調節的平板電阻加熱器。提高了溫度均勻性，加強了熱交換，減少空間和加長使用壽命。2.2 熱流道系統的種類與應用 在應用熱流道技術時，澆口型式的正確選擇至關重要。澆口型式直接決定熱流道系統元件的選用及模具的制造與使用。因而根據澆口型式的不同可將熱流道系統分成

10、熱尖式熱流道系統、澆套式熱流道系統、閥式熱流道系統等三大類型，每種類型的熱流道系統都有其重要的應用特點與適用范圍。在選用澆口與熱流道系統種類時需要考慮很多因素，其中最重要的是塑料基體種類與添加劑、零件的重量與尺寸壁厚、零件的質量要求、工具壽命及零件產量要求等。 1 .熱尖式熱流道系統（HOT TIP） 其工作原理就是通過位于噴嘴前端的鑲件HOT TIP與冷卻系統相結合，以對澆口處的塑料成型加工溫度進行精確的調整和控制。因而噴嘴鑲件HOT TIP的制造材料與形狀設計非常重要。 熱尖式（HOT TIP）熱流道系統可以用于加工絕大多數結晶型和非結晶型塑料如PP、PE、PS、LCP、PA、PET、PB

11、T、PEEK、POM、PEI、PMMA、 ABSPVC、PC、PSU、TPU等。一般來說，熱尖式澆口多用于中小尺寸零件的加工，尤其適用于微小零件的加工。澆口截面直徑大多在0.5mm- 2.0mm之間。澆口截面直徑的確定主要由零件重量與壁厚決定，當然也要考慮材料與零件質量要求。若使用截面直徑較小的澆口，注射充模階段結束后澆口封閉快、零件上澆口痕跡小、零件表面美觀質量好。如果澆口直徑過小，將導致塑料流經澆口時剪切速率過高，會嚴重損壞塑料熔體分子鏈結構或塑料中的添加材料，致使制品質量不合格無法滿足使用要求。在對澆口尺寸的選擇上一慣做法是根據零件澆口處壁厚來初步確定澆口大小：澆口直徑 =（0.75-1

12、.0）零件澆口處壁厚。加工易流塑料取較小值，加工難流動的塑料或對剪切敏感的塑料則取較大值。 通常熱尖式澆口直接開在零件上，亦可將其開在冷澆道上再將冷澆口開在零件上。這就是熱流道與冷流道相結合的一種模具系統。在應用熱尖式澆口制作塑料零件時，總會或多或少在零件上留下澆口痕跡。很多時侯澆口痕跡會高出零件表面，影響到零件的美觀或影響到與其它零件的裝配。所以在選擇澆口位置時，應盡量將澆口放在零件上的凹進隱蔽處。 2.澆套式熱流道系統 （SPRUE GATING） 在澆套式熱流道系統里，塑料經過暢通的流道（OPEN PIPE）進入模腔。澆口處塑料流動壓力損失小。澆套式熱流道系統比較適合于中等尺寸重量以上零

13、件的注塑加工成型。使用澆套式熱流道系統的優點是塑料在流經澆口充模時所經歷的剪切速率低，零件成型后殘余應力小，變形程度少，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，所以澆口痕跡也可能會比較大。因此，一般情況下對于澆口美觀程度要求較嚴格的模具常采用塑料注塑成型法；而對澆口美觀程度要求不高的內部結構件則可由澆套式熱流道系統制造。人們也常常將澆套式澆口與冷澆道結合使用，即把澆套式噴嘴作為主澆道，將澆套式澆口開在冷澆道上。在這種應用中，澆套式澆口可開的大一些以利于塑料流動，因為無人在意冷澆道上的澆口痕跡大小。與應用熱尖式熱流道系統類似，澆口處塑料溫度與模具溫度的控制極為重要。需要圍繞

14、澆口設置獨立的冷卻回路。因為澆套式澆口尺寸比較大，如果澆口處溫度控制的不好，就更容易出現澆口在開模后密封不住塑料流淌的問題。澆套式熱流道系統的噴嘴鑲件也有多種尺寸形狀及制造材料的變化，要結合欲加工的塑料種類（如結晶型塑料還是非結晶型塑料）與澆口冷卻情況等來綜合考慮。 3. 閥式熱流道系統 （VALVE GATING） 閥式（VALVE GATING）熱流道系統是通過采用閥針（VALVE PIN）在閥針控制裝置的作用下，在預定的時刻以機械運動的方式來打開或關閉澆口。這種類型的熱流道系統擁有很多熱尖式和澆套式流道系統所不具備的優點。如可人為控制澆口開關時間、澆口光滑平整、可擴大熱流道技術應用技術領

15、域等。 閥式熱流道應用較多，近年來國際上各主要汽車公司均采用閥式熱流道，結合模具內多色共注工藝來生產整體車燈燈罩。因為燈罩是透明產品，澆口必需光滑平整以滿足美觀要求。這只有使用閥式澆口熱流道才能實現。另外一些汽車零件在成型后需要噴涂著色。如果在這些零件上有注塑成型溶合線，那么著色后零件的色澤就會不一樣且無法滿足質量要求。為避免此類問題的產生，許多汽車零件供應商采用一種基于閥式熱流道的順序開關澆口的生產工藝，來徹底消除零件上溶合線問題。在醫療領域里，人們對醫療用塑料零件澆口質量要求極為嚴格，不可以有尖利凸起等。在這種情況下，也只有依靠閥式澆口流道系統來提高產品澆口質量。 因閥式澆口是通過閥針機械

16、動作關閉的，不受澆口處塑料冷卻時間的限制，所以閥式澆口流道系統有時可以大大縮短塑件生產成型周期。澆口尺寸亦可以開得大一些，這對加工和剪切敏感的塑料很有好處。閥式澆口方法可以加工幾克重的小零件，亦可加工幾公斤重的大零件。各種工程塑料都可以用閥式澆口加工生產零件。若在一套模具里有大小不同的多個型腔，采用閥式流道系統則可通過對各澆口開關時間的控制，從而實現對各型腔的流動進行分別調整與控制。這對形狀尺寸相差懸殊的一模多腔模具具有極其重要的意義。對于高生產率的，具有多層分模面的（STACK MOLD）模具，也只有通過采用閥式熱流道系統來實現。閥針的機械動作裝置可以采用液壓油或壓縮氣體控制。使用液壓油方法

17、閥針開關動作有力準確，但有可能在生產過程中弄臟塑料制件。因此在生產醫療用塑料制品時，必須采用壓縮氣體控制方法生產，以保證制品清潔。 閥針控制裝置的使用會增加模具定模與整體模具的高度。在進行模具設計和注塑機選擇時應加以考慮。在安裝閥針控制裝置的模板上亦需設置冷卻水道。與熱尖式和澆套式熱流道系統應用要求一樣，如果對閥式澆口處溫度控制的不好，也會造成嚴重的生產困難。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，造成閥針關閉困難等。閥式澆口熱流道模具在價格上比熱尖式和澆套式熱流道模具貴一些。如果閥式熱流道系統及閥針控制裝置本身設計制作不好，就會出現在閥針后

18、形成流動死角，或在閥針與其它零件之間的滑動配合面上發生溢料現象等問題。另外如果閥針制作不好, 關閉操作控制不當，亦有損壞澆口的嚴重后果。所以閥式熱流道系統雖然有許多其它兩種類型的熱流道系統不具備的優點，但也增加了模具的復雜性。2.3熱流道系統的優勢熱流道技術作為一門先進的熱塑性塑料注塑成型技術，與普通流道成型技術相比，擁有其突出的優勢。熱流道技術的日漸推廣應用，熱流道模具在塑料模具中的比重將逐步提高，那么其技術發展的狀況勢必是被關注的焦點。注塑模的核心組成之一是澆注系統，流道的布置與澆口的選擇影響著成型的效率與產品的質量。好的澆注系統可以提高制品質量、縮短成型周期并降低成本。熱流道系統的應用在

19、很大程度上使這些要求得以滿足，其突出的優點體現在以下五點： (1)在成型周期中，避免了澆注系統凝料的產生，使材料的利用率提高，由于無需澆注系統凝料的脫出，易于實現生產的自動化。 (2)粗大的澆注系統無需冷卻脫出，使模塑周期中的冷卻與開模時間縮短，進而縮短整個成型周期，提高生產效率。與普通冷流道成型技術相比，有的模塑成型周期可縮短30以上。 (3)增加了塑件型腔的有效注射體積，減少了注塑成型所需的鎖模力，可選用較小的注塑機和減少注塑機的費用。 (4)提高了塑件的質量與精度。由于避免了使用回頭料，塑件的質量得到了提高；同時，塑料熔體在流道中一直保持熔融狀態，保壓時間更長更有效，可減小制品的收縮，避

20、免由于補料不足而產生的凹陷、縮孔等缺陷，提高了制品的質量和精度。 (5)澆口與流道的設計具有更大的柔性。由于熱流道系統中熔體的壓力損失小，意味可使用的流道較長，且流道布置具有更大的靈活性，使得澆口位置的選擇更加自由，易于實現充模平衡。第三章 熱流道結構設計 在設計通用模具熱流道時應考慮如下參數：制品塑件、多種原材料的技術參數、制品塑件的重量、制品壁厚、型腔數量、預設澆口數目，位置、注塑機的類型（機械、液壓，或廠商）、預設鎖模力（單位：噸）、預設注射壓力（kg/cm3）、預設注射速度（cm3/sec）、預設注射周期（或調整）、溫度（塑料熔體溫度、注射噴嘴溫度、模具型腔溫度）、壓力（塑化壓力、注射

21、壓力、模腔壓力）、對應的作用時間（注射時間、保壓時間、冷卻時間）等。3.1 選擇熱流道加熱方式 對于內加熱系統來說，加熱器設置在流道的中心。塑料熔體在適當尺寸的環形間隙流過，并且只有緊靠環形間隙的內環區域可作為流體的橫斷面，因為在環形間隙的外環區域，熔體因溫度梯度(加工溫度/模具溫度)會發生凝固。 對外加熱系統來說，流道由外部的加熱器加熱并保持其加工溫度。流道暢通無阻，對熔體的流動沒有任何阻礙。并且采用外加熱系統，由于塑料在流道中剪切狀態較好，制品中注塑應力程度也較低，因此制品可以保持較嚴格公差。對于一些熱敏感材料如聚碳酸酯，外加熱系統可以消除熱敏感引起的材料降解問題和流道中的熔流滯留點問題。

22、 兩種加熱系統各有所長，由于外加熱系統的優點日益明顯，在設計熱流道軟件中多傾向于外加熱式。3.2選擇熱流道平衡方式 實際上熱流道的目的就是向各個澆口輸送相應的塑料熔體。從流變學觀點來看，熱流道的平衡應該是盡可能自然平衡，即從注射噴嘴到成型制品間的流道應有同樣的直徑，并且長度也應相等。通常對多模模腔采用機械式平衡分流板設計熱流道，也就是從注塑機噴嘴到模腔前的每一個澆口都有相同長度的流道長度和流道直徑。 無論多腔模具中的腔位布局是什么樣，熔體的連續一致才是保證質量的關鍵所在。設計平衡性很好的熱流道有一定的困難，但多層次分流器與熱流道的規格分析，有助于為多材料型模具確定出合理的熔體流道布局。在部分熱

23、流道的設計過程中也有特殊制品需要非平衡流道設計，甚至還有制品需要設計按先后順序逐一澆注的工藝步驟。3.3熱流道噴嘴注入方法選用 要求：制件要求有很干凈的、幾乎看不見的澆注點、盡可能避免后續加工。 噴嘴一般用螺栓連接，以方便更換。針閥式噴嘴僅會在產品表面留下與頂出桿相似的痕跡，是一種針對帶有表面裝飾性產品的有效方法。另外它還可以降低產品的內應力、縮短加工周期并可適應多種原料的加工（包括含有磨損性較大的材料和熱敏感材料）。 帶有魚雷芯的噴嘴有下述好處： （1）溫度易于控制，并且能使聚合物在噴嘴處自動撕斷開。 （2）魚雷芯頭對于易產生拉絲的材料(如PA、PC)可以形成較好的撕斷作用。 魚雷芯頭的缺點

24、是它們造成材料的剪切作用。對剪切敏感的材料，在魚雷芯和流道的環形間隙，以及魚雷芯的倒角處會因強烈的剪切作用而損壞。如果零件由難加工的材料制成，魚雷芯的倒角可導致產生印跡。著色的聚合物，因已發生色料聚集，是特別難加工的。不管材料是非結晶體、結晶體還是熱塑性彈性體，所有的注入方式對某些材料都有一定的限制。3.4熱流道板的結構設計 熱流道板的設計與被加工材料和加工工藝（特別是加工溫度）密切相關。熱流道板在加工溫度下的熱膨脹是熱流道系統設計的要點之一；而其內部熔流通道的加工（一般是采用珩磨方式），特別是通道轉彎處的光滑程度對熔體層流狀態的影響以及腐蝕性原料對分流器材料的要求等均應在考慮之列。為了獲得有

25、助于流體流動的流道，熔體的回轉處應盡可能緩和。 (1)熱流道尺寸的選擇 為了承受注塑壓力、開設流道、安裝加熱系統，熱流道板應該有足夠的尺寸，而為了減小功率和熱量損耗，熱流道板的體積也不應過大。熱流道板的結構可根據制品結構形狀設計，由其澆口個數決定；流道板形狀多異，根據實際需求選用。盡量減輕熱流道板的質量，熱流道板質量越小，加熱系統功率越小。還要保證流道內表面粗糙度在一定范圍內。 每種材料的流動特征和性能不徑相同。對于熱敏感材料采用較小的流道尺寸可以減小熱流道內材料的容量，但是剪切敏感的材料要采用較大的流道尺寸來減小剪切作用。而那些要求更換顏色的情況可采用較小的流道尺寸可以快速將舊的顏色沖刷。不

26、過流道尺寸太小會顯著地增加整個系統的壓降，從而可能會影響到模腔的填充。熱流道的設計可以使用模具熔流分析來確定最佳的流道尺寸，這個分析考慮材料的類型和加工參數。這樣對特定的應用就能夠產生出一個優化的流道尺寸。 (2)熱流道前后板選擇 熱流道系統還有一個功能就是傳遞其在注塑機模板和注塑模具之間所必須的鎖模力。因此熱流道系統的前、后板必須具有足夠的剛度，以支撐模具不形。 每一套系統的設計細節包括以下內容：均衡的型腔填充性、平衡的物料流動、均衡的加熱能力可快速換色且適用于工程塑料易更換的管式加熱器多層及平衡流道的組合設計。第四章 熱流道溫度控制4.1.噴嘴溫度控制 熱流道噴嘴的溫度決定澆口的質量并直接影響制品的加工工藝。每個噴嘴在穩定狀態下的溫度波動和噴嘴之間的溫度差，是衡量熱流道系統質量的標準之一。利用熱量控制澆口開閉狀態的針點式噴嘴，其要求是噴嘴溫度波動及偏差越小越好。 噴嘴和注塑件之間的接口“溫度場”的控制非常關鍵。如果噴嘴溫度過高會流涎；過低塑料會冷固結。噴嘴尖處與澆口接觸處需要有足夠的熱量來平衡因模具冷卻帶走的熱量；而在噴嘴閉合時則要求模具澆口的溫度低到可以使塑料固結。在這冷熱兩種狀態之間需要有隔熱措施（絕