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昊科详谈热流道的特点

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【摘要】:
结构热流道系统一般由热喷嘴、分流板、温控箱和附件等几部分组成。热喷嘴一般包括两种:开放式热喷嘴和针阀式热喷嘴。由于热喷嘴形式直接决定热流道系统选用和模具的制造,因而常相应的将热流道系统分成开放式热流道系统和针阀式热流道系统。分流板在一模多腔或者多点进料、单点进料但料位偏置时采用。材料通常采用P20或H13。分流板一般分为标准和非标准两大类,其结构形式主要由型腔在模具上的分布情况、喷嘴排列及浇口位置

结构

热流道系统一般由热喷嘴、分流板、温控箱和附件等几部分组成。热喷嘴一般包括两种:开放式热喷嘴和针阀式热喷嘴。由于热喷嘴形式直接决定热流道系统选用和模具的制造,因而常相应的将热流道系统分成开放式热流道系统和针阀式热流道系统。分流板在一模多腔或者多点进料、单点进料但料位偏置时采用。材料通常采用P20或H13。分流板一般分为标准和非标准两大类,其结构形式主要由型腔在模具上的分布情况、喷嘴排列及浇口位置来决定。温控箱包括主机、电缆、连接器和接线公母插座等。热流道附件通常包括:加热器和热电偶、流道密封圈、接插件及接线盒等。

 

系统分类

一般说来,热流道系统分为单头热流道系统、多头热流道系统以及阀浇口热流道系统。单头热流道系统主要由单个喷嘴、喷嘴头、喷嘴连接板、温控系统等组成。

单头热流道系统塑料模具结构较简单。将熔融状态塑料由注塑机注入喷嘴连接板,经喷嘴到达喷嘴头后,注入型腔。需要控制尺寸d、D、L和通过调整喷嘴连接板的厚度尺寸,使定模固定板压紧喷嘴连接板的端面,控制喷嘴的轴向位移,或者直接利用注塑机喷嘴顶住喷嘴连接板的端面,也可达到同样目的。在定模固定板的合适位置设置一条引线槽,让电源线从模具内引出与安装在模具上的接线座连接。

多头热流道系统塑料模具结构较复杂。熔融状塑料由注塑机注入喷嘴连接板,经热流道板流向喷嘴后到达喷嘴头,然后注入型腔。热流道系统的喷嘴与定模板有径向尺寸D1配合要求和轴向尺寸限位要求。喷嘴头与定模镶块有径向尺寸d配合要求,保证熔融状态的塑料不溢流到非型腔部位,并要求定模镶块的硬度淬硬50HRC左右。分型面到热喷嘴轴向定位面之间的距离L必须严格控制,该尺寸应根据常温状态下喷嘴的实际距离L'加上模具正常工作温度下喷嘴的实际延伸量ΔL确定。为了保证喷嘴与热流道板贴合可靠,不使热流道板产生变形,在喷嘴的顶部上方设有调整垫,该调整垫与喷嘴自身的轴向定位面一起限制了喷嘴在轴向的移动,且有效地控制了热流道板可能产生的变形。在常温状态下,调整垫与热流道板和定模固定板之间控制0.025mm 间隙以便模具受热后,在工作温度状态时调整垫恰好压紧。热流道系统的定位座和定位销一起控制了热流道板在模具中的位置。定位座与定模板有径向尺寸D2配合要求,而且深度h必须控制准确,定位座的轴向起着支承热流道板的作用,直接承受注射机的注射压力。定位销与热流道板固定板有配合要求。热流道板与模板之间必须留有足够的空隙,以便包裹隔热材料。热流道板和固定板必须设有足够的布线槽,让电源线从模具内引出与安装在模具上的接线座连接。喷嘴连接板与定模固定板之间有径向尺寸D1配合要求,以便注塑机的注射头与模具上的喷嘴连接板配合良好。在热流道板附近,将定模板、热流道板固定板、定模固定板用螺钉连接起来,增强热流道板的刚性。

阀浇口热流道系统塑料模具结构最复杂。它与普通多头热流道系统塑料模具有相同的结构,另外还多了一套阀针传动装置控制阀针的开、闭运动。该传动装置相当于一只液压油缸,利用注射机的液压装置与模具连接,形成液压回路,实现阀针的开、闭运动,控制熔融状态塑料注入型腔。

 

设计程序

第一,根据塑件结构和使用要求,确定进料口位置。只要塑件结构允许,在定模镶块内喷嘴和喷嘴头不与成型结构干涉,热流道系统的进料口可放置在塑件的任何位置上。常规塑件注射成形的进料口位置通常根据经验选择。对于大而复杂的异型塑件,注射成形的进料口位置可运用计算机辅助分析(CAE)模拟熔融状塑料在型腔内的流动情况,分析模具各部位的冷却效果,确定比较理想的进料口位置。

第二,确定热流道系统的喷嘴头形式。塑件材料和产品的使用特性是选择喷嘴头形式的关键因素,塑件的生产批量和模具的制造成本也是选择喷嘴头形式的重要因素。

第三,根据塑件的生产批量和注射设备的吨位大小,确定每模的腔数。

第四,由已确定的进料口位置和每模的腔数确定喷嘴的个数。如果成形某一产品,选择一模一件一个进料口,则只要一个喷嘴,即选用单头热流道系统;如果成形某一产品,选择一模多腔或一模一腔二个以上进料口,则就要多个喷嘴,即选用多头热流道系统,但对有横流道的模具结构除外。

第五,根据塑件重量和喷嘴个数,确定喷嘴径向尺寸的大小。相同形式的喷嘴有多个尺寸系列,分别满足不同重量范围内的塑件成形要求。

第六,根据塑件结构确定模具结构尺寸,再根据定模镶块和定模板的厚度尺寸选择喷嘴标准长度系列尺寸,最后修整定模板的厚度尺寸及其他与热流道系统相关的尺寸。

第七,根据热流道板的形状确定热流道固定板的形状,在其板上布置电源线引线槽,并在热流道板、喷嘴、喷嘴头附近设计足够的冷却水环路。

第八,完成热流道系统塑料模具的设计图绘制。

第九,成熟的热流道系统,必须考虑到热流道系统与塑料模具的配合程度,即热半模的设计。热半模是指专业化热流道厂家为客户加工的精密热流道系统,具有维修简单方便,配合精度高,加工快捷等特点.. 降低注塑压力和锁模力。

 

设计概念

热流道一个重要的步骤是热流道的设计概念。一个详细的设计概念,包括歧管和压板,它们将成为模具审核中的一个重要部分。

歧管用于保证让熔液通道能够以最有效的方式进行布置。在理想的情况下,熔液通道采用对称方式设计,所有下行流道的流动长度与转弯数量都是一致的。在采用多型腔模具或非对称式模具的情况下,熔液通道可能包括人造长度和转弯点,以便能够适当地平衡这个系统。这种概念对设计人员和热流道设计人员均有所帮助,可以保证最佳的岐管设计。

在一个需要3个注入口的零件上,为了控制零件上的接缝线,就要解决塑料流量平衡的问题。通过一个详细的岐管设计,可以评价流量的平衡和岐管的布置,保证下行流道能够满足客户模具基座的需要。最后的结果是将单一的直接注入口和单型腔模具上两个从热到冷的注入口组合在一起(图3)。

此外,还要采用压板技术,保证能够设计出客户要求的闭合高度和关键特点。由于在喷嘴中包括热流道喷嘴,模具设计人员还要确认注入口的接近处和冷却是否能满足热流道制造商的要求。

对热流道评价的主要因素包括:流量平衡和岐管热分布的情况;通道尺寸;高压应用领域中的岐管材料强度;注入口的尺寸;冷却和注入口的接近;能够承受研磨性和腐蚀性树脂的成分。

热流道是一种复杂而具有一定优越性的模具零件。在模具生产项目中,CAE计算机辅助工程分析、树脂试验和设计概念等,都可以由热流道供货商来完成。在一个项目的初期,如果让热流道供货商共同参与工作,那么的设计人员就能够进一步优化最终产品。

 

发展方向

当前,国内外热流道模具的主要发展趋势可归纳为以下几个方面。

元件的小型化,以实现小型制品的一模多腔和大型制品多浇口充模。通过缩小喷嘴空间,可在模具上配置更多型腔,提高制品的产量和注射机的利用率。在90年代,Master公司开发的喷嘴最小可至15.875mm;Husky公司开发的多浇口喷嘴,每个喷嘴有4个浇口,浇口距可近至9.067mm;Osco公司开发的组合复式喷嘴,每个喷嘴有12个浇口探针,可用于48腔模具的成型。MoldMaters公司针对小型制件的空间限制,在2001年开发了用于小制件的喷嘴,含整体加热器、针尖和熔体通道,体积直径小于9mm,浇口距仅为10mm,可成型重量为1~30g 的制品;协力热流道公司开发的迷你型热流道系统,浇口距可近到8.00mm,尤其适用于电子类较小的产品。

当前,用户要求模具设计和制造周期越来越短,将热流道元件标准化不仅有利于减少设计工作的重复和降低模具的造价,并且十分便于对易损零部件的更换和维修。据报道,Polyshot公司已开发出快换热流道模具系统,尤其适于注射压力为70kN的小型注射机。Husky、Presto 和Moldmasters等公司的喷嘴、阀杆和分流板都作为标准型便于快速更换和交付模具,国外只需4 周即可交付模具,在国内制作模具最快2周即可交付热流道模具。

热流道模具设计整体可靠性提高。如今国内外各大模具公司对热流道板的设计和热喷嘴相连接部分的压力分布、温度分布、密封等问题的研究开发极为重视。叠层热流道注射模的开发和利用也是一个热点。叠式模具可有效增加型腔数量,而对注射机合模力的要求只需增加10%~15%。叠式热流道模具在国外一些发达国家已用于工业化.叠式热流道模具在国内的注塑行业已得到广泛应用,如一次性餐具,瓶盖,瓶盖防盗扣及提手等小件大批量产品.如国内的协力热流道公司在叠式热流道的设计制作及使用方面积累了丰富的经验.

改善热流道元件材料的目的在于提高喷嘴和热流道的耐磨性和用于敏感材料成型。如使用钼钛等韧性合金材料制造喷嘴,以金属粉末注射成型经烧结制成热流道元件已成为可能。

开发精确的温控系统。在热流道模具模塑中,开发更精密的温控装置,控制热流道板和浇口中的熔融树脂的温度是防止树脂过热降解和产品性能降低的有效措施。

将热流道用于共注。通过支管和热喷嘴元件的有效组合设计可使共注成型与热流道技术相结合,由此成型3层、5层甚至更多层的复合塑料制品。例如Kortec公司开发出了熔体输送系统和共注喷嘴;Incoe 公司的多出口、多模腔共注支管生产线能用于多材料多组分共注射。

 

组成

尽管世界上有许多热流道生产厂商和多种热流道产品系列,但一个典型的热流道系统均由如下几大部分组成:

1.主分流板(MANIFOLD)

2. 喷嘴 (NOZZLE)

3. 温度控制器

4. 辅助零件

将在以后系列文章深入讨论这些零件的种类与应用。

 

技术关键

一个成功的热流道模具应用项目需要多个环节予以保障。其中最重要的有两个技术因素。一是塑料温度的控制,二是塑料流动的控制。

1.塑料温度的控制

在热流道模具应用中塑料温度的控制极为重要。许多生产过程中出现的加工及产品质量

问题直接来源于热流道系统温度控制的不好。如使用热针式浇口方法注塑成型时产品浇口质量差问题,阀式浇口方法成型时阀针关闭困难问题,多型腔模具中的零件填充时间及质量不一致问题等。如果可能应尽量选择具备多区域分别控温的热流道系统,以增加使用的灵活性及应变能力。

2.塑料流动的控制

塑料在热流道系统中要流动平衡。浇口要同时打开使塑料同步填充各型腔。对于零件重量相差悬殊的FAMILY MOLD要进行浇道尺寸设计平衡。否则就会出现有的零件充模保压不够,有的零件却充模保压过度,飞边过大质量差等问题。热流道浇道尺寸设计要合理。尺寸太小充模压力损失过大。尺寸太大则热流道体积过大,塑料在热流道系统中停留时间过长, 损坏材料性能而导致零件成型后不能满足使用要求。世界上已经有专门帮助用户进行最佳流道设计的CAE软件如MOLDCAE。

 

应用范围

1.塑料材料种类

热流道模具已被成功地用于加工各种塑料材料。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热流道模具加工。

2.零件尺寸与重量

用热流道模具制造的零件最小的在0.1克以下。最大的在30公斤以上。应用极为广泛灵活。

3.工业领域

热流道模具在电子,汽车,医疗,日用品,玩具,包装,建筑,办公设备等各工业部门都得到广泛应用。

 

生产简况

在世界上工业较为发达的国家和地区热流道模具生产极为活跃。热流道模具比例不断提高。许多10人以下的小模具厂都进行热流道模具的生产。从总体上讲北美,欧洲使用热流道技术时间较久,经验较多水平较高。在亚洲,除日本外,新加坡,南韩,台湾,香港处于领先地位。北美,欧洲虽然模具制造水平较高,但价格较高交货期较长。相比之下,亚洲的热流道模具制造商在价格与交货期上更具竞争性。而中国的热流道模具尚处于起步阶段,但是正在快速增长,比例不断提高。

漏料处理编辑

部分的漏料情况,并不是因为系统设计不良,而是由于未按照设计参数操作。漏料通常发生在热嘴和分流板间的密封处。根据一般热流道的设计规范,热咀处都有一个钢性边缘,确保热嘴组件的高度小于热流道板上的实际槽深。设计这个尺寸差(通常称为冷间隙)的目的,在于当系统处于操作温度时,避免热膨胀导致部件损坏。

1、热嘴背部固定在分流板上;将热嘴固定在分流板上的高温螺栓,可以防止冷却条件下的泄漏。这种系统仍然需要冷间隙,因为钢性边缘在常温下需要一定的膨胀空间。尽管这种方法可以主动防止热嘴到分流板的泄漏,但却无法防止过热条件下部件的热膨胀。

2、通过螺栓固定在分流板上的热嘴与分流板一起运动。这种设计对热嘴有最小长度要求,对模腔间距也有限制。是既经济又有效的防止热嘴与分流板间泄漏的方式,适用于模腔数较少的系统。

3、热嘴边缘采用弹性而非钢性设计,弹性边缘在冷却条件下提供预载,并防止系统损坏。如果意外加热过度,它还可以吸收热膨胀,使操作范围扩大到±110℃。