熱流道模具

熱流道模具是指利用加熱裝置使流道內熔體始終不凝固的模具。因為它比傳統模具成形周期短，而且更節約原料，所以熱流道模具在當今世界各工業已開發國家和地區均得到極為廣泛的套用。

基本介紹

• 中文名：熱流道模具
• 外文名：Hot Runner Mould
• 功能：使流道內熔體始終不凝固
• 方法：加熱裝置
• 優點：成形周期短，而且更節約原料

發展歷史

在世界上工業較為發達的國家和地區熱流道模具生產極為活躍。熱流道模具比例不斷提高。許多10人以下的小模具廠都進行熱流道模具的生產。從總體上講北美，歐洲使用熱流道技術時間較久，經驗較多水平較高。在亞洲，除日本外，新加坡，韓國，中國台灣，中國香港處於領先地位。北美，歐洲雖然模具製造水平較高，但價格較高交貨期較長。相比之下，亞洲的熱流道模具製造商在價格與交貨期上更具競爭性。而中國大陸的熱流道模具尚處於起步階段，但是正在快速增長，比例不斷提高。

結構

熱流道系統一般由熱噴嘴、分流板、溫控箱和附屬檔案等幾部分組成。熱噴嘴一般包括兩種：開放式熱噴嘴和針閥式熱噴嘴。由於熱噴嘴形式直接決定熱流道系統選用和模具的製造，因而常相應的將熱流道系統分成開放式熱流道系統和針閥式熱流道系統。分流板在一模多腔或者多點進料、單點進料但料位偏置時採用。材料通常採用P20或H13。分流板一般分為標準和非標準兩大類，其結構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、連線器和接線公母插座等。熱流道附屬檔案通常包括：加熱器和熱電偶、流道密封圈、接外掛程式及接線盒等。

組成

儘管世界上有許多熱流道生產廠商和多種熱流道產品系列，但一個典型的熱流道系統均由如下幾大部分組成：

1． 熱流道板 （MANIFOLD）

2． 噴嘴 （NOZZLE）

3． 溫度控制器

4． 輔助零件

將在以後系列文章深入討論這些零件的種類與套用。

分類

一般說來，熱流道系統分為單頭熱流道系統、多頭熱流道系統以及閥澆口熱流道系統。單頭熱流道系統主要由單個噴嘴、噴嘴頭、噴嘴連線板、溫控系統等組成。單頭熱流道系統塑膠模具結構較簡單。將熔融狀態塑膠由注塑機注入噴嘴連線板，經噴嘴到達噴嘴頭後，注入型腔。需要控制尺寸d、D、L和通過調整噴嘴連線板的厚度尺寸，使定模固定板壓緊噴嘴連線板的端面，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線板的端面，也可達到同樣目的。在定模固定板的合適位置設定一條引線槽，讓電源線從模具內引出與安裝在模具上的接線座連線。

多頭熱流道系統塑膠模具結構較複雜。熔融狀塑膠由注塑機注入噴嘴連線板，經熱流道板流向噴嘴後到達噴嘴頭，然後注入型腔。熱流道系統的噴嘴與定模板有徑向尺寸D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，保證熔融狀態的塑膠不溢流到非型腔部位，並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，該尺寸應根據常溫狀態下噴嘴的實際距離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，不使熱流道板產生變形，在噴嘴的頂部上方設有調整墊，該調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生的變形。在常溫狀態下，調整墊與熱流道板和定模固定板之間控制0.025mm 間隙以便模具受熱後，在工作溫度狀態時調整墊恰好壓緊。熱流道系統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有足夠的布線槽，讓電源線從模具內引出與安裝在模具上的接線座連線。噴嘴連線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線板配合良好。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線起來，增強熱流道板的剛性。

閥澆口熱流道系統塑膠模具結構最複雜。它與普通多頭熱流道系統塑膠模具有相同的結構，另外還多了一套閥針傳動裝置控制閥針的開、閉運動。該傳動裝置相當於一隻液壓油缸，利用注射機的液壓裝置與模具連線，形成液壓迴路，實現閥針的開、閉運動，控制熔融狀態塑膠注入型腔。

優點

縮短周期

製件成型周期縮短，因沒有澆道系統冷卻時間的限制，製件成型固化後便可及時頂出。許多用熱流道模具生產的薄壁零件成型周期可在5秒鐘以下。

節省塑膠

在純熱流道模具中因沒有冷澆道，所以無生產費料。這對於塑膠價格貴的套用項目意義尤其重大。事實上，國際上主要的熱流道生產廠商均在世界上石油及塑膠原料價格昂貴的年代得到了迅猛的發展。因為熱流道技術是減少費料降低材料費的有效途徑。

減少廢品

減少廢品，提高產品質量。在熱流道模具成型過程中，塑膠熔體溫度在流道系統里得到準確地控制。塑膠可以更為均勻一致的狀態流入各模腔，其結果是品質一致的零件。熱流道成型的零件澆口質量好，脫模後殘餘應力低，零件變形小。所以市場上很多高質量的產品均由熱流道模具生產。如人們熟悉的MOTOROLA手機，HP印表機，DELL筆記本電腦里的許多塑膠零件均用熱流道模具製作。

生產自動化

消除後續工序，有利於生產自動化。製件經熱流道模具成型後即為成品，無需修剪澆口及回收加工冷澆道等工序。有利於生產自動化。國外很多產品生產廠家均將熱流道與自動化結合起來以大幅度地提高生產效率。　許多先進的塑膠成型工藝是在熱流道技術基礎上發展起來的。如PET預成型製作，在模具中多色共注，多種材料共注工藝，STACK MOLD等。

缺點

儘管與冷流道模具相比，熱流道模具有許多顯著的優點，但模具用戶亦需要了解熱流道模具的缺點。概括起來有以下幾點。

成本上升

熱流道元件價格比較貴，熱流道模具成本可能會大幅度增高。如果零件產量小，模具工具成本比例高，經濟上不划算。對許多開發中國家的模具用戶，熱流道系統價格貴是影響熱流道模具廣泛使用的主要問題之一。

設備要求高

製作工藝設備要求高，熱流道模具需要精密加工機械作保證。熱流道系統與模具的集成與配合要求極為嚴格，否則模具在生產過程中會出現很多嚴重問題。 如塑膠密封不好導致塑膠溢出損壞熱流道元件中斷生產，噴嘴鑲件與澆口相對位置不好導致製品質量嚴重下降等。

操作維修複雜

與冷流道模具相比，熱流道模具操作維修複雜。如使用操作不當極易損壞熱流道零件，使生產無法進行，造成巨大經濟損失。對於熱流道模具的新用戶，需要較長時間來積累使用經驗。

設計程式

首先，根據塑件結構和使用要求，確定進料口位置。只要塑件結構允許，在定模鑲塊內噴嘴和噴嘴頭不與成型結構干涉，熱流道系統的進料口可放置在塑件的任何位置上。常規塑件注射成形的進料口位置通常根據經驗選擇。對於大而複雜的異型塑件，注射成形的進料口位置可運用計算機輔助分析(CAE)模擬熔融狀塑膠在型腔內的流動情況，分析模具各部位的冷卻效果，確定比較理想的進料口位置。

然後，確定熱流道系統的噴嘴頭形式。塑件材料和產品的使用特性是選擇噴嘴頭形式的關鍵因素，塑件的生產批量和模具的製造成本也是選擇噴嘴頭形式的重要因素。

第三，根據塑件的生產批量和注射設備的噸位大小，確定每模的腔數。

第四，由已確定的進料口位置和每模的腔數確定噴嘴的個數。如果成形某一產品，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；如果成形某一產品，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，但對有橫流道的模具結構除外。

第五，根據塑件重量和噴嘴個數，確定噴嘴徑向尺寸的大小。相同形式的噴嘴有多個尺寸系列，分別滿足不同重量範圍內的塑件成形要求。

第六，根據塑件結構確定模具結構尺寸，再根據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，最後修整定模板的厚度尺寸及其他與熱流道系統相關的尺寸。

第七，根據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，並在熱流道板、噴嘴、噴嘴頭附近設計足夠的冷卻水環路。

第八，完成熱流道系統塑膠模具的設計圖繪製。

套用範圍

材料種類

熱流道模具已被成功地用於加工各種塑膠材料。如PP，PE，PS，ABS，PBT，PA，PSU，PC，POM，LCP，PVC，PET，PMMA，PEI，ABS/PC等。 任何可以用冷流道模具加工的塑膠材料都可以用熱流道模具加工。

尺寸與重量

用熱流道模具製造的零件最小的在0.1克以上。最大的在30公斤以下。套用極為廣泛靈活。

工業領域

熱流道模具在電子，汽車，醫療，日用品，玩具，包裝，建築，辦公設備等各工業部門都得到廣泛套用。

流道模具與普通流道模具相比，具有注塑效率高、成型塑件質量好和節約原料等優點，隨著聚合物工業的發展，熱流道技術正不斷地發展完善，其套用範圍也越來越廣泛。

熱流道是通過加熱的辦法來保證流道和澆口的塑膠保持熔融狀態。由於在流道附近或中心設有加熱棒和加熱圈，從注塑機噴嘴出口到澆口的整個流道都處於高溫狀態，使流道中的塑膠保持熔融，停機後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。

熱流道注射成型法於20世紀50年代問世，經歷了一段較長時間地推廣以後，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的15%~17% ，歐洲為12%~15% ，日本約為10% 。但到了90年代，美國生產的塑膠注射模具中熱流道模具已占40%以上，在大型製品的注射模具中則占90%以上。

用途

節約原料、降低製品成本是熱流道模具最顯著的特點。普通澆注系統中要產生大量的料柄，在生產小製品時，澆注系統凝料的重量可能超過製品重量。由於塑膠在熱流道模具內一直處於熔融狀態，製品不需修剪澆口，基本上是無廢料加工，因此可節約大量原材料。由於不需廢料的回收、挑選、粉碎、染色等工序，故省工、省時、節能降耗。

注射料中因不再摻入經過反覆加工的澆口料，故產品質量可以得到顯著地提高，同時由於澆注系統塑膠保持熔融，流動時壓力損失小，因而容易實現多澆口、多型腔模具及大型製品的低壓注射。熱澆口利於壓力傳遞，在一定程度上能克服塑件由於補料不足而形成的凹陷、縮孔、變形等缺陷。

適用樹脂範圍廣，成型條件設定方便。由於熱流道溫控系統技術的完善及發展，熱流道不僅可以用於熔融溫度較寬的聚乙烯、聚丙烯，也能用於加工溫度範圍窄的熱敏性塑膠，如聚氯乙烯、聚甲醛(POM)等。對易產生流涎的聚醯胺(PA)，通過選用閥式熱噴嘴也能實現熱流道成型。

另外，操作簡化、縮短成型周期也是熱流道模具的一個重要特點。與普通流道相比，縮短了開合模行程，不僅製件的脫模和成型周期縮短，而且有利於實現自動化生產。據統計，與普通流道相比，改用熱流道後的成型周期一般可以縮短30%。

發展方向

發展趨勢

熱流道系統存在一些缺陷，如模具結構複雜、加熱器組件易損壞、製造費用高、需要較精密的溫度控制裝置、成型樹脂必須清潔無雜物、樹脂更換及換色較困難、維修保養較複雜等，不過這些缺陷正在逐漸被克服。當前，國內外熱流道模具的主要發展趨勢可歸納為以下幾個方面。

元件的小型化，以實現小型製品的一模多腔和大型製品多澆口充模。通過縮小噴嘴空間，可在模具上配置更多型腔，提高製品的產量和注射機的利用率。在90年代，Master公司開發的噴嘴最小可至15.875mm；Husky公司開發的多澆口噴嘴，每個噴嘴有4個澆口，澆口距可近至9.067mm；Osco公司開發的組合複式噴嘴，每個噴嘴有12個澆口探針，可用於48腔模具的成型。MoldMaters公司針對小型製件的空間限制，在2001年開發了用於小製件的噴嘴，含整體加熱器、針尖和熔體通道，體積直徑小於9mm，澆口距僅為10mm,可成型重量為1~30g 的製品。 塑美熱流道技術人員在成功總結了幾千套熱流道系統經驗的基礎上又成功開發了：小直徑耐磨噴嘴；彈簧針閥及內加熱噴嘴

熱流道元件的標準化、系列化。當前，用戶要求模具設計和製造周期越來越短，將熱流道元件標準化不僅有利於減少設計工作的重複和降低模具的造價，並且十分便於對易損零部件的更換和維修。據報導，Polyshot公司已開發出快換熱流道模具系統，尤其適於注射壓力為70kN的小型注射機。在疊層模方面，塑美的一模十六件薄壁產品的熱流道系統；一模六十四件的PVC製品的疊層全熱流道系統都達到了國際最先進水平，而一模三十二腔簡易式瓶蓋模熱流道系統的大量推廣更使包裝行業的熱流道成本降低，雙層雙色模具使用的熱流道的系統也已開發完畢處於調試階段……SM、Husky、Presto 和Moldmasters等公司的噴嘴、閥桿和分流板都作為標準型便於快速更換和交付模具，國外只需4 周即可交付模具。

熱流道模具設計整體可靠性提高。如今國內外各大模具公司對熱流道板的設計和熱噴嘴相連線部分的壓力分布、溫度分布、密封等問題的研究開發極為重視。疊層熱流道注射模的開發和利用也是一個熱點。疊式模具可有效增加型腔數量，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已開發國家已用於工業化。

改善熱流道元件材料的目的在於提高噴嘴和熱流道的耐磨性和用於敏感材料成型。如使用鉬鈦等韌性合金材料製造噴嘴，以金屬粉末注射成型經燒結製成熱流道元件已成為可能。

開發精確的溫控系統。在熱流道模具模塑中，開發更精密的溫控裝置，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品性能降低的有效措施。

將熱流道用於共注。通過支管和熱噴嘴元件的有效組合設計可使共注成型與熱流道技術相結合，由此成型3層、5層甚至更多層的複合塑膠製品。例如Kortec公司開發出了熔體輸送系統和共注噴嘴；Incoe 公司的多出口、多模腔共注支管生產線能用於多材料多組分共注射;SM公司開發出內加熱噴嘴。

試模

大多數成型產品的缺陷是在塑化和注塑階段造成的，但有時也與模具設計不當有關，可能的影響因素包括：模腔數，冷/熱流道系統的設計，射入口的類型、位置和尺寸，以及產品本身的結構等。因此，為了避免由於模具設計而造成的產品缺陷，我們需要在製作模具的時候，對模具的設計和工藝參數進行分析。

在獲得試模結果後，操作者通常需要對模具的具體情況進行評估，以免在對模具進行修改的過程中增加不必要的成本和時間。多數情況下，這種評估還包括對機器工藝參數的設定。也就是說，為了彌補模具設計中的不足，操作者可能會在不知情的情況下進行了不正確的設定。在這種情況下，設備的生產運作過程是不正常的，因為生產合格產品所需的參數設定範圍非常小，一旦參數設定出現任何微小的偏差，可能會導致最終產品的質量遠遠超出所允許的誤差範圍，而由此產生的實際生產成本往往比事先進行模具最佳化所產生的費用高得多。

試模的目的就是要找出最佳化的工藝參數和模具設計。這樣，即便是材料、機器設定或者環境等因素髮生了變化，依然能夠確保穩定和不間斷的批量生產環境，而不僅僅是為了獲得一個好的樣品。這一點非常重要。

試模步驟

步驟1.設定料桶的溫度

這裡需要注意的是，初始的料桶溫度設定必須依據材料供應商的推薦。這是因為，不同廠家、不同牌號的相同材料可能具有相當大的差異，而材料供應商往往對自己的材料有著相當深入的研究和了解。用戶可根據他們的推薦進行基本的設定，然後再根據具體的生產情況進行適當的微調。

除此之外，還需要使用探測器測量熔體的實際溫度。因為我們所設定的料桶溫度往往由於環境、溫度感測器的型號和位置深度不同等原因，並不能保證與熔體溫度100%的一致。有時由於油污的存在或其他原因，熔體的實際溫度和料桶的設定溫度差別很大（以前，我們曾有過兩者溫差相差高達30℃的例子）。

步驟2.設定模具的溫度

同樣，初始的模具溫度設定也必須根據材料供應商提供的推薦值。

需要注意的是，我們所說的模具溫度指的是模腔表面的溫度，而不是模溫控制器上顯示的溫度。很多時候，由於環境以及模溫控制器的功率選擇不當等原因，模溫控制器上顯示的溫度與模腔表面的溫度並不一致。因此，在正式試模之前，必須對模腔表面的溫度進行測量和記錄。同時，還應當對模具型腔內的不同位置進行測量，查看各點的溫度是否平衡，並記錄相應的結果，以為後續的模具最佳化提供參考數據。

步驟3.根據經驗，初步設定塑化量、注射壓力的限定值、注射速度、冷卻時間以及螺桿轉速等參數，並對其進行適當的最佳化。

步驟4.進行填充試驗，找出轉換點。轉換點是指從注射階段到保壓階段的切換點，它可以是螺桿位置、填充時間和填充壓力等。這是注塑過程中最重要和最基本的參數之一。在實際的填充試驗中，需要遵循以下幾點：

（1）試驗時的保壓壓力和保壓時間通常設定為零；

（2）產品一般填充至90%~98%，具體情況取決於壁厚和模具的結構設計；

（3）由於注射速度會影響轉壓點的位置，因此，在每次改變注射速度的同時，必須重新確認轉壓點。

通過填充試驗，用戶可以看到材料在模腔里的流動路徑，從而判斷出模具在哪些地方容易困氣，或者哪些地方需要改善排氣等。

步驟5.找出注射壓力的限定值。在此過程中，應當注意注射壓力與注射速度的關係。對於液壓系統，壓力和速度是相互關聯的。因此，無法同時設定這兩個參數，使其同時滿足所需的條件。

在螢幕上設定的注射壓力是實際注射壓力的限定值，因此，應當將注射壓力的限定值設定為始終大於實際的注射壓力。如果注射壓力限定過低，使得實際注射壓力接近或超過注射壓力的限定值，那么，實際的注射速度就會因為受到動力限制而自動下降，從而影響注射時間和成型周期。

步驟6.找出最佳化的注射速度。這裡所指的注射速度，是同時滿足使填充時間儘量短，同時填充壓力儘量小的注射速度。在這一過程中，需要注意以下幾點：

（1）大部分產品的表面缺陷，特別是澆口附近的缺陷，都是由於注射速度引起的。

（2）多級注射只在一次注射不能滿足工藝需求的情況下才使用，特別是在試模階段。

（3）在模具完好、轉壓點設定正確，且注射速度足夠的情況下，注射速度的快慢與飛邊的產生沒有直接關係。

步驟7.最佳化保壓時間。

保壓時間也即是澆口的冷凝時間。一般，可以通過稱重的方式確定澆口的冷凝時間，從而得到不同的保壓時間，而最最佳化的保壓時間則是使產品模重達到最大時的時間。

步驟8.最佳化其他參數，如保壓壓力和鎖模力等。

最後，需要強調的是，試模的目的和重點在於最佳化模具和工藝，以滿足批量生產的要求，而不僅僅是試驗出好的產品試樣。