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积极推广热流道技术

发布:2006-12-22 10:38:38  来源:模具网  编辑:佚名

    我国模具行业近年来发展很快,到2005年,我国的模具产品水平将达到国际20世纪90年代中期水平,汽车模具等生产也将进入自主开发时代,但是对于热流道系统,我国目前却还停留在初期阶段。
    热流道技术是应用于塑料注塑模浇注流道系统的一种先进技术,是塑料注塑成型工艺发展的一个热点方向。它于20世纪50年代问世,经历了一段较长时间地推广以后,其市场占有率逐年上升。80年代中期,美国的热流道模具占注射模具总数的15%~17% ,欧洲为12%~15% ,日本约为10% 。但到了90年代,美国生产的塑料注射模具中热流道模具已占40%以上,在大型制品的注射模具中则占90%以上。
什么是热流道?
    热流道是通过加热的办法来保证流道和浇口的塑料保持熔融状态。由于在流道附近或中心设有加热棒和加热圈,从注塑机喷嘴出口到浇口的整个流道都处于高温状态,使流道中的塑料保持熔融,停机后一般不需要打开流道取出凝料,再开机时只需加热流道到所需温度即可。因此,热流道工艺有时称为热集流管系统,或者称为无流道模塑。
热流道技术的优、缺点
    热流道技术与常规的冷流道相比有以下的好处:
    1、节约原材料,降低成。
    2、缩短成型周期,提高机器效率
    3、改善制品表面质量和力学性能。
    4、不必用三板式模具即可以使用点浇口。
    5、可经济地以侧浇口成型单个制品。
    6、提高自动化程度。
    7、可用针阀式浇口控制浇口封冻。
    8、多模腔模具的注塑件质量一致。
    9、提高注塑制品表面美观度。
    但是,每一项技术都会有自身的缺点存在,热流道技术也不例外:
    1、模具结构复杂,造价高,维护费用高。
    2、开机需要一段时间工艺才会稳定,造成开价废品较多。
    3、出现熔体泄露、加热元件故障时,对产品质量和生产进度影响较大。
    上面第三项缺点,通过采购质量上等的加热元件、热流道板以及喷嘴并且使用时精心维护,可以减少这些不利情况的出现。
热流道系统的结构
    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。
热流道系统的分类
    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。
热流道塑料模具设计程序
    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。目前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。
热流道系统的发展方向
    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。
    热流道元件的标准化、系列化。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,现在国外只需4 周即可交付模具。
    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。
    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。
热流道技术在中国
    作为一项先进的注塑加工技术,热流道技术在欧美国家的普及使用可以追溯到上个世纪的中期甚至更早,早在1940年12月,E.R.Knowles就取得了热流道技术的专利权。而在中国,这一技术的真正推广应用不过是近几年发生的事情。
    随着热流道技术的日渐推广应用,热流道模具在塑料模具中的比重将逐步提高。由于上面讲到的采用热流道技术模具的诸多优点,因此,热流道技术的应用在国外发展较快,许多塑料模具厂所生产的模具50%以上采用的热流道技术,甚至80%以上,效果十分明显。热流道在国内也已用于生产,但总体不足10%,这个差距相当巨大,这意味着这个行业有着相当大的市场空间存在。
    近年来,热流道技术在中国的逐渐推广,这在很大程度上是由于我国模具向欧美公司的出口量快速发展带来的。在欧美国家,注塑生产已经相当的依赖于热流道技术。可以这样说,基本上没有使用热流道技术的模具现在已经很难出口,这也造成了很多模具厂家对于热流道技术的意识上的转变。但是由于很多外国进口的热流道系统价格比较贵,国内很大一部分厂家接受不了,所以就出现了一些国产的商品化的热流道系统元件。这对于热流道技术在中国的推广有很大的好处。不过虽然热流道技术已经开始推广,有的厂采用率达20%以上,一般采用内热式或外热式热流道装置,少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道装置,但总体上热流道的采用率达不到10%,与国外的50~80%相比,还是远远不够的。
    最近几年里, 世界著名的热流道技术供应商们接二连三以各种形式进驻中国市场,或建立生产基地,或寻找代理,或设立办事处,或建立子公司,应该说,这个潮流对中国的模具行业技术的快速提升起到了巨大的作用。这一潮流中,无疑是近水楼台的韩国企业动手最早,韩国的Yudo(柳道)、SINO(R)(先锐)等品牌在我国均具备了相当的影响力;另有总部位于荷兰的Synventive(圣万提)和加拿大的Mold Masters(马斯特)分别在苏州和昆山建立的工厂今年也将先后投产;北美注塑工业巨人Husky(赫斯基)多年来始终致力于热流道技术在我国的普及推广工作,其独资建立的亚洲运营中心——赫斯基上海技术中心也拥有强大的热流道提供能力;中德合资建立的变色(Anole)热流道科技服务有限公司位于浙江黄岩的生产基地也将于今年中期建成,其产品的加热元件将全部采用技术领先的德国Anole公司产品;与此同时,我国大量的新兴民营企业也认识到这一领域的无限商机,纷纷建立热流道生产企业,这对于降低热流道技术的使用成本和其推广应用都具有十分重要的意义,但总体来说,我国本土企业目前能够提供的技术大多仍较为初级,选择空间小、质量不稳定、维护周期短的问题的出现往往会影响到下游企业的对其产品的信任度。
    热流道技术广泛应用是塑料模具的一大变革。在注塑成型方面,其拥有相当多的无可比拟的优势,可以这样说,随着其技术的进一步发展成熟和制造成本的的降低,热流道技术将越来越显现其巨大的优势。制订热流道元器件的国家标准,积极生产价廉高质量的元器件,做好热流道技术的宣传推广,是发展热流道模具的关键。

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