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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。熱流道系統一般由熱噴嘴、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。

1簡介

很多朋友可能都會對「熱流道系統」這個詞有些陌生,但行內人都無一不
熱流道系統
曉。熱流道在生產成型上面起著非常大的作用。熱流道系統是一個組合體。不是指單個產品。它其中包括了熱咀,流道板,溫控器,分流板等。這些一起就組成了熱流道系統。作為注塑模具系統的一個常用部件,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。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,或者稱為無流道模塑

2分類

開放式
開放式結構簡單、對材料的局限性較高,易出現拉絲和泄露,表面質量差,在國外的高精密模具中應用較少,同一副模具可和不同廠家的針閥式混用。很多公司能自己製造。
針閥式
針閥式熱流道節省材料,塑件表面美觀,同時內部質量緊密、強度高
熱流道系統
。世界上有兩大類針閥式熱流道(根據注射原理):氣缸式和彈簧式。氣缸式依*控制器和時序控制器控制氣缸推動針閥的關閉,結構較複雜,但本身設計簡單。主要有DME(美國)、INCOE(美國)、MOLD-MASTER(加拿大---熱流道的老大)、HUSKY(加拿大)、信好HOTSYS(韓國)、YUDO(韓國)、JTM(金特瑪)、hotflow塑勒。氣缸式因為其結構的特點決定模具精度要高,同時調試和維護都比較雜,其中MOLD-MASTER堪稱熱流道中的勞斯萊斯----加熱部分在噴嘴上。他們中的很大成本在調試和維護上,客戶基本不能自己維護。彈簧式就一家--FISA(日本),最大特點,依靠彈簧和注射壓力 的平衡控制針閥開關,裝配調試和維護簡單,模具精度不高,日本國內客戶基本自己有維護能力,廣泛應用在家電、汽車飾件、精密多腔模具中。彈簧式與氣缸的差別在於不能時序控制,不能很好解決熔接痕的問題。塑美熱流道研發了小直徑耐磨噴嘴;彈簧針閥及內加熱噴嘴
價位上基本上這樣(中國市場價),MOLD-MASTER、INCOE、DME、HUSKY、SM
國外流行的疊模非熱流道莫屬,其實熱流道模具減少了設計上的很多要求,對設計人員開發更多的模具結構提供了很大的方便。

3優勢

較難成形之物件
例如:高黏度、低黏性、高成形溫度……、熱澆道系統可解決諸此問題。
具體的實例:金屬粉末射出、陶瓷粉末射出、塑膠磁鐵之射出、塑膠軸承之射出、熱可塑性橡膠(TPE)……等等。
可配合三板模之設計,減少料頭取出所需
以熱澆道應用在三板模時有以下之優點:
(1)料頭容易取出,並且可減少料頭取出之行程。
(2)射料時之料流動較平均,又可分別控制各射出點的操作條件,射出較容易。
(3)節省材料費用。
高速射出成形時
高速射出成形不只提高成形效率,如杯子、容器……等肉厚薄之成形所不可缺乏的。
於使用層模(stack mold)時
對於一些淺薄的、數量大的產品,例如:CD外殼、小顆粒產品,只需增加15%的鎖模力,以相同的射出時間,即可增加80%的產量。
可塑化
即玻璃狀態、高彈性狀態(橡膠態)、粘流態(可塑化狀態)、分解狀態,如圖示:
玻璃狀態:0~T1,分子在凍結狀態,硬且脆,遇壓力則易破裂。
粘流態(可塑化狀態):T2~T3,可隨意加工成形。
分解狀態:T3,塑膠開始裂解,出現氣體分解物,甚至達燒焦狀態。
流動性
因此在這種非牛頓流動中,壓力增大則流動抵抗減小。因此射出成形時,雖然澆口相當狹小,但卻很容易填充於模穴內,至於牛頓流體,再加分類有兩種,如圖:
射出成形是將塑膠溶液採用高速度使其產生變形的一種加工法,因塑膠溶液有壓縮性,在高速的流動下,容易引起彈性的壓力變動。這個現象,當流動阻力有急速變化時,即可看出這種彈性的壓力變動變生后,流體前端的擴散方向極為混亂不安定。但是採用高速填充時,塑膠溶液又像是非壓縮性的現象。這種彈性的壓力變動(不安定的脈動)是因何而起的?以下分析如圖所示:
【當塑膠溶液之流動類似層流狀態時,即模穴在正常且安定的狀態下填充】
在圖中,富有壓縮性的塑膠溶液以螺旋狀的彈簧表示,敘想在彈簧施加壓力,使往管子中央移動時,當用一樣的速度使彈簧由左往右移動的活動,這是理想的層流狀態,由於射出壓力與阻力在平衡狀態時,彈簧的移動很平滑。【如C】
可是在某些情況,必需以急速填充時,射出壓力及速度也就異常的增高。因此富有彈性的塑膠溶液(彈簧),頭一瞬間時承受過程的壓縮,第二瞬間時引起強大的阻力,其原因是壓力的起伏變動和流動體前端的亂流所發生的,這種流動狀況稱為彈性亂流。
結晶性塑膠與非結晶性塑膠
從分子的結構觀察,結晶性塑膠─線狀高分子,依樣其化學構造,有些分子的一部份,乃以有規則地集合,將其稱為結晶性塑膠。不是所有的分子都變成此狀態,依據冷卻條件在重量比有40~80%程度變成結晶狀態。此程度稱為「結晶度」。結晶之內都是稱為Lamella的分子鏈彎曲、摺疊,而未進入產生單位結晶之結晶部分的分子鏈存在於Lamella或球晶之間,產生非結晶部分。非結晶性塑膠……與結晶性塑膠不同,分子無法有規則地集合。這是由於形成高分子鏈之原子團太大、架橋妨礙結晶。
從容積變化的觀察結果,亦可將熱可塑性塑膠分為兩大類,一種是非結晶性塑膠,另一種是結晶性塑膠。對於結晶性與非結晶性之分類,在表中有關各種塑膠的習性已有註明。對於其容積與溫度間之變化,我們可由以下例子來做更進一步的了解。例如:PS(非結晶性塑膠之代表)從20℃加熱到200℃時約膨脹8.3%,以密度而言,從0.97 cm/g增大到1.012 cm/g(結晶性塑膠之代表)在同條件下有下列的變化:
20℃容積:1.03 cm/g
200℃的容積:1.33 cm/g
容積增加率:29%
已溶融的非晶性聚合物,採用所使用的射出成形機,可做大幅度的壓縮。因條件而異,過剩的溶融體也可強制填充於模穴內,在這種條件下做出的成形品,殘留著很大的內應力而固化。對成形品的性能有很大的影響。它會在脫模的瞬間被破壞,稍受到外力或因化學藥品的作用也很容易受破壞。
結晶性塑膠,因加熱使結晶完全融解,溶融體成了非晶狀態,其動作與非結晶性聚合物一樣。值得注意的是壓力變高時,從結晶質到非結晶質的轉移溫度也會提高。結晶性塑膠成形時,在成形品的品質上有一點很重要,即聚合物在非結晶狀態時必需要完成成形的動作。這件事,特別是對保壓期間而言,保壓中的變形即是因流動而引起的。
結晶性塑膠的溶融體急速冷卻后,成形品的某些部份,其再結晶化受到妨礙,再結晶化的現象無法瞬間完成,而隨時繼續進行,密度和結晶化程度之間有直接的關係,結晶化程度高,則密度提高。相反地,結晶化程度低,則密度降低,因急激的冷卻,而使再結晶化受到妨礙的部份,因溫度、時間因素的差異下,或多或少繼續進行后結晶化。后結晶化繼續進行,直到回復原本此部份的密度為止。因此可以了解后結晶化與后收縮是相關連的,后結晶化和后收縮也是造成成形品彎曲變形和尺寸變化(成形品變小)的原因。
模穴表面溫度高的話,成形收縮起初很大,熱處理時卻少有變化。因此,在很高的模具表面溫度下做出的成形品,雖然在高溫下使用,但其尺寸安定性卻很好。因此,決定結晶性塑膠的模穴尺寸時,必需要考慮后結晶、后收縮的關係,而重要的是,模穴表面溫度從成形開始就要正確地掌握。當然,要使模穴的表面溫度完全無溫度差是不可能的,但可使用有效的溫度控制系統,盡量減少溫度差。

4優點

熱流道模具在當今世界各工業發達國家和地區均得到極為廣泛的應用。這主要因為熱流道模具擁有如下顯著特點:
節省塑料原料
在純熱流道模具中因沒有冷澆道,所以無生產費料。這對於塑料價格貴的應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料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。
利於生產自動化
製件經熱流道模具成型后即為成品,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。
模具成本上升
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。對許多發展中國家的模具用戶,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。
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。

5系統組成

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應用。

6技術關鍵

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。
塑料流動的控制
塑料在熱流道系統中要流動平衡。澆口要同時打開使塑料同步填充各型腔。對於零件重量相差懸殊的FAMILY MOLD要進行澆道尺寸設計平衡。 否則就會出現有的零件充模保壓不夠,有的零件卻充模保壓過度,飛邊過大質量差等問題。熱流道澆道尺寸設計要合理。尺寸太小充模壓力損失過大。尺寸太大則熱流道體積過大,塑料在熱流道系統中停留時間過長, 損壞材料性能而導致零件成型后不能滿足使用要求。世界上已經有專門幫助用戶進行最佳流道設計的CAE軟體如MOLDCAE。

7應用範圍

塑料材料種類
熱流道模具已被成功地用於加工各種塑料材料。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料材料都可以用熱流道模具加工。
因此對於塑料的特性,就格外重要了。例如:溶解溫度、壓力、黏度、比熱……等都必須予以重視。由於塑料之領域非常廣闊,於此無法深入其間,不過我們將針對其常識部份加以說明。
1.可塑化
塑膠之所以能夠成形加工,是由於它在溫度與壓力的作用下產生變形,依受熱的溫度不同,可分為四種狀態,
玻璃狀態:0~T1,分子在凍結狀態,硬且脆,遇壓力則易破裂。
高彈性狀態(橡膠態)、:T1~T2,因外力可變形,未達溶化狀態不易成形。
粘流態(可塑化狀態):T2~T3,可隨意加工成形。
分解狀態:T3,塑膠開始裂解,出現氣體分解物,甚至達燒焦狀態。
2.成形條件:
(注)以下為一般形塑料之成形條件
對於每一種不同塑料,其相對的成形區域或有不同,不過其過程分析皆相同。因此對於優秀的模具設計者而言,應確實了解每一種塑料之成形區域及加工特性。
3.熔化塑膠的流動性
一般的流體(例如:水、油……)其流動狀態,皆依照牛頓定義進行。而塑膠熔液看似普通的流體,其實乃是非牛頓流體。例如:在牛頓流體中,雖然剪斷應力有變化,但其粘度卻不變。而塑膠熔液,當剪斷應力發生變化時,粘度也有明顯的變化產生。例如:在牛頓流體中,壓力從1增加到了10的時候,則流出量增加了10倍。以塑膠熔液來做同樣的實驗,當壓力從1增加到10,其流出量可能增加了100倍,或500倍,甚至1000倍(依照不同的塑膠而定)。
4.塑膠材料之選擇:
設計製品之初即應選擇所用塑料,但大都未將模具併入考慮。但可能的話,所選用的材料應使模具之製造簡單才好。
成形收縮率小者(PS、ABS、PC)的尺寸精度較易達成。而成形收縮率大者(PP、PE、POM)較難做到尺寸精度(模具的公差為成形品公差之1/6)。
流動時黏度比較大者(ABS等),溶液較不易流入縫隙中,但黏度小者(如PA、POM)即使間隙很小溶液亦易於進入。
成形時之溫度較低者(PS等)較易成形且成形周期亦快,但成形溫度高者(PC)則較慢。
成形時不易變質或分解者(PS、PE、PP等),量產時不易引起品質不穩的不良品,但成形時易發生變質或分解者,若不嚴格要求成形條件(模具可以精密控制成形條件)則無法量產。此在熱澆道之情形下問題尤其嚴重。
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