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罗百辉:热流道模具技术应用与发展趋势分析

日期:2011-06-17   来源:国际模协   浏览:9322  放大字体  缩小字体
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文/罗百辉 国际模协秘书长、深圳市模具技术学会专家委员  编者按:在欧美国家,塑料模具厂生产的模具50%以上采用热流道技术,有的甚


 

文/罗百辉 国际模协秘书长、深圳市模具技术学会专家委员

   编者按:在欧美国家,塑料模具厂生产的模具50%以上采用热流道技术,有的甚至达 80%以上,效果十分明显。近年来,国产模具向欧美公司的快速出口使热流道技术在中国的逐渐推广,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所占比重将逐步提升。目前热流道在国内已用于生产,但总体不足10%,这个差距相当巨大,但也意味着这个行业在国内有着相当大的发展空间。

  一、热流道模具概述

  1、什么是热流道

  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。所谓热流道成型是指从注射机喷嘴送往浇口的塑料始终保持熔融状态,在每次开模时不需要固化作为废料取出,滞留在浇注系统中的熔料可在再一次注射时被注入型腔。

  理想的注塑系统应形成密度一致的部件,不受所有的流道、飞边和浇口水口的影响。相对冷流道来讲,热流道要做到这一点,就必须维持材料在热流道内的熔融状态,不会随成形件送出。热流道工艺有时称为热集流管系统,或者称为无流道模塑。

  基本来讲,可以把热集流管视为机筒和注塑机喷嘴的延伸部分。热流道系统的作用就是把材料送到模内的每一浇口。

  2、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D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。 塑料模具网

  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。

  3、组合式热流道及其优势

  热流道系统的结构

   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:  热流道分流板 (MANIFOLD)、热喷嘴 (NOZZLE)、温度控制器(温控箱)、辅助附件。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。

  在组合式热流道系统中,喷嘴、分流板形成了一个简单的单元。熔体从分流板直接流进喷嘴,因而不会产生偏差以及流动*角。通过螺纹喷嘴被嵌入到分流板中,消除了喷嘴与分流板之间的泄漏现象。传统的衬套系统设计会产生热膨胀,而这种组合式系统在消除此类泄漏上特别有效。

  组合式热流道系统位于模具的中心位置且与模具的联接很少,其制造材料不要求具有很高的热传导性,也不要求设置箝位以及对模具片预加张力。这种最低限度的连接提供了高精度和稳定的温度曲线,因此能量的消耗比传统的热流道系统要低得多。

  组合式热流道系统能够直接预装配独立于模具的液压线路。液压设备直接驱动的阀门口也可以直接安装在系统上,这样就省略了传统机器上的控制阀,使注塑成型更加灵活。另外,电器以及液压线路也可以按照客户的要求进行配置。由于系统在交付前会经历电气、温度、液压或气压的检测,因此客户会得到预安装系统的说明,从而可以很容易地在模具内进行安装并马上投入生产。

  当模具或系统需要常规的维护时,组合式热流道系统可以同样采用简单的步骤从模具上拆卸下来,从而可以独立于模具进行修理和检测。

  通常,组合式热流道系统降低了维修成本。完整的热流道系统基于组合式的预配设计和安装,装配过程中加热器或热电偶的导线被去掉。连接加热器和配电箱的导线被安放在一个特别设计的导管中,这对模具或者热流道系统的拆卸都是很有利的。同时,综合的热流道系统能够进行免拆卸日常维护,从而节约了时间并减少了装配错误发生的几率。

  热流道模具与普通流道模具相比,具有注塑效率高、成型塑件质量好和节约原料等优点,随着聚合物工业的发展,热流道技术正不断地发展完善,其应用范围也越来越广泛。

  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。

  热流道注射成型法于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。

  热流道系统的优势

  节约原料、降低制品成本是热流道模具最显著的特点。普通浇注系统中要产生大量的料柄,在生产小制品时,浇注系统凝料的重量可能超过制品重量。由于塑料在热流道模具内一直处于熔融状态,制品不需修剪浇口,基本上是无废料加工,因此可节约大量原材料。由于不需废料的回收、挑选、粉碎、染色等工序,故省工、省时、节能降耗。

  注射料中因不再掺入经过反复加工的浇口料,故产品质量可以得到显著地提高,同时由于浇注系统塑料保持熔融,流动时压力损失小,因而容易实现多浇口、多型腔模具及大型制品的低压注射。热浇口利于压力传递,在一定程度上能克服塑件由于补料不足而形成的凹陷、缩孔、变形等缺陷。

  适用树脂范围广,成型条件设定方便。由于热流道温控系统技术的完善及发展,现在热流道不仅可以用于熔融温度较宽的聚乙烯、聚丙烯,也能用于加工温度范围窄的热敏性塑料,如聚氯乙烯、聚甲醛(POM)等。对易产生流涎的聚酰胺(PA),通过选用阀式热喷嘴也能实现热流道成型。

  另外,操作简化、缩短成型周期也是热流道模具的一个重要特点。与普通流道相比,缩短了开合模行程,不仅制件的脱模和成型周期缩短,而且有利于实现自动化生产。据统计,与普通流道相比,改用热流道后的成型周期一般可以缩短30%。 

  二、热流道塑料模具设计程序

  1、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。 

  2、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

  3、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。

  4、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。

  5、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。

  6、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。

  7、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。

  8、完成热流道系统塑料模具的设计图绘制。

  三、常规的热浇道设计

  热浇道系统源于热流道系统。通常,喷嘴不一定总是安装在分流板上,也可以虚连在喷嘴法兰上,但是这类系统需要固定板以保持系统的一体性。对于大多数塑料加工过程来说,由于模具的温度接近200℃,所以在热流道与模具之间存在着温度差异。如果系统被连接在模具板上,将会升高温度并增加热量的损失,并且在分流板和喷嘴之间也可能产生流动*角。

  当热流道需要维修时,热浇道必须完全从模具上拆除。由于喷嘴没有连接到分流板上,电气和液压线路必须完全拆开,并在检修结束后再进行连接。

  设计准备

  1. 必需的图纸、金型仕样书的内容等的确认: 

  在正式的金型设计之前,下列图纸或文件通常要具备: ① 部品图;②金型设计制作仕样书;③设计制作契约书;④其他

  并且要对上述资料完全理解,不明确处要得到客户的确认。

  2. 把握图面的概要

  部品图决定了金型设计的最终目的,必须透彻地理解。日本客户提供的部品图是按照JIS制图规定采用三角法绘制的,通常由以下部分构成: 正面图、平面图、侧面图、断面图、详细图、参考图、注记、公差一览、仕上记号一览、标题栏、其他

  在视图过程中要注意以下方面: ① 公差要求较严格处;②对金型构造有影响的部位; ③ 现有图面无法理解的部分;④注记中特别突出的事项 ⑤特殊的材料和热处理要求;⑥部品壁厚较薄处(t<0.6mm) ⑦部品壁厚较厚处;⑧外观上有无特别仕样要求 ⑨三维曲面部分;⑩设计者、日期、纳期、价格等

  3. 部品立体形状的理解

  部品图是二维绘制的,要通过视图转换成设计者头脑中的三维形状,而手绘立体图对此很有帮助。

  准备好纸和铅笔。

  首先绘制出制品的大致外形轮廓,然后再根据自己对部品图的理解,绘制出部品各部位的断面图。

  上述这些对将来分型面的确定、入子的分割非常重要。如果条件允许,使用粘土等辅助物来帮助理解会更好。

  4.标题栏的检讨

  部品图的标题栏一般注明了图面中的公差、部品的材料等一些内容,必须要认真研读。

  ①部品名;②图名;③图番;④材质(包括收缩率);⑤仕样,指材质的详细仕样,如生产厂家、商品名、

  5.注记部分的检讨

  ⑴浇口种类、位置、数量

  如无特殊要求,则金型设计者在自行决定后需征得客户的同意。

  ⑵入子分割线的要求

  由于入子分隔线会在制品表面形成接痕,影响外观,尤其对折叠部位有害,所以设计者应遵守部品图的规定。

  ⑶成型品表面划伤等缺陷的规定

  金型设计者应避免可能发生上述缺陷的金型结构设计。

  ⑷未注公差的要求。

  ⑸成型品形状及尺寸上的变更需征得客户的同意,作为金型设计者来说,不可自行决断。

  ⑹主视图的检讨

  主视图是图面中尺寸较集中的地方,确认两侧公差及片侧公差,并标记其中较严格者。

  ⑺其他各视图的检讨。方法同上

  ⑻必要型缔力的检讨

  熔融树脂在注射时,会在金型分型面上产生一个相当大的注射压力。如注射机最大型缔力小于注射压力,则模板之间就会产生缝隙,发生溢边现象。必要型缔力的计算如下: 

  F=P×A F:必要型缔力(Kg)

  P:注射压力(Kg/cm2),取300~500,视成型条件而定

  A:制品在注射方向上的投影面积cm2

  ⑽必要射出体积的检讨

  在选择注射机时,要进行射出体积的检讨。

  包括聊吧、制品在内的体积总和要小于注射机最大注射量的1/2~2/3

  ⑾其他事项

  如客户提供的资料不全,需跟客户联系,取得全部资料。 

  使用彩笔标记出自己认为较重要的,以利于下一步的设计。 

  

  成型品基本图的设计

  金型设计工作的大致流程:

  初期检讨→成型品基本图设计→金型构造设计→部品图设计→检图→出图

  塑料注射金型的设计从成型品基本图的设计入手,其正确与否决定了成型制品的好坏。

  下面就成型品基本图的设计手法进行讲解:

  1. 了解成型材料的特性

  最关键的是流动性能的好坏和收缩率的大小

  2. 可充填性的检讨

  应全面考虑以下几个方面:

  ① 型腔可否完全填充;②溶接痕的位置;③气泡的发生;

  ③ 成型品的变形;⑤点浇口的切断痕;⑥其他

  在设计工作中,根据工作条件,采用下述方法来分析验证:

  ① 类似金型的比较;②流动比(L/T)的计算;③CAD、CAE

  3. 浇口位置的确定

  4. 浇口形状的确定

  5. 分型面的确定

  应参照下述原则:

  ① 尽量采用平面;②易于加工;③无离型不良发生;④外观上分割线无影响处.

  6. 金型制作寸法的决定

  由于塑料冷却以后的收缩性,故金型制作寸法要考虑“成型收缩率”,方法如下:(以收缩率0.2%为例)

  ①两侧公差: L=25±0.05 →L0=1.02×25=25.5

  ②片侧公差: L=3-0.2 →L0=[(3+2.8)/2]×1.02=2.96

  经过上述方法计算出的寸法,要经过以下两方面的补正:

  ① 金型制作上可修改性的补正。

  ② 奇数寸法的偶数化。

  7. 拔模斜度的决定(固定侧)

  为防止离型不良,有必要在固定侧型芯处设置拔模斜度,但要在成型品公差范围内,一般以30’~3°为宜。

  8. 拔模斜度的决定(可动侧)

  如有必要,可动侧也可加拔模斜度,但一般可不加。如有顶出不良,可通过加装顶杆的方法来解决。

  9. 顶杆的配置

  按照以下原则:

  ① 顶出面积尽可能大,因细小的顶杆孔难以加工。

  ② 尽量采用圆顶杆,因方顶出孔难以加工(但利用镶件指钕咦龀龅慕霞虻ィ??br> ③ 顶杆要配置在型芯附近。

  ④ 顶杆孔周围最小1mm壁厚保证。

  10. 生产数的记入

  金型构造设计

  成型品基本图完成以后,即可开展最重要的工作-金型构造图面的设计。这部分工作占金型设计全部研讨工作的80%。下面就是具体的设计流程:

  1. 成型机金型取付仕样的确认:

  ① 滑杆间距的确认

  金型大小不可超过滑杆间距,通常要留20mm以上的安全距离。

  ② 最小型厚的确认

  金型的型厚要大于注射机的最小型厚

  ③ 最大开模行程的确认

  ④ 最大锁模力的确认

  ⑤ 理论射出容量的确认

  ⑥ 定位圈直径的确认(以选择定位圈型号)

  ⑦ 注射机喷嘴先端形状的确认(以选择浇口套型号)

  ⑧ 最大型厚的计算

  T=最小型厚+最大开模距离-S1-S2-S

  2. 型腔配置方法的检讨

  对于多型腔模具而言,要妥善安排型腔位置,使之投影中心完全位于模架中心上,并使流道最短地达到均衡进料。

  3. 型腔壁厚度的确定

  

  4. 模架的选择

  对于塑料注射模具而言,模架均已标准化。我公司均采用日本FUTABA(双叶)的模架。在选择模架时,除了大小规格外,应确认以下方面:

  ① 导柱导套的位置,有的导柱在固定侧,而有的在可动侧。根据需要来选择。

  ② 对于各模板的厚度,应结合成型品基本图来确认。一般来说,要使镶件非成形部分的长度在30mm左右为宜。

  ③ 目前我们有FUTABA的标准模架CAD库,可使用它来快速生成模架图。

  5. 分型动作的决定

  在模板厚度确定后,进行分型动作的检讨。

  ① 固定侧型板与流道板之间的开模距离S1

  S1=点浇口套长度+浇口套长度+10~20

  ② 流道板与固定侧座板之间的开模距离S2

  S2=拉料勾勾头长度+3mm安全距离

  ③ 止动螺栓长度决定

  L=固定侧型板厚+S1

  ④ 止动螺栓头部长度决定

  ⑤ 支撑导柱长度决定

  L=固定侧型板厚+S1+流道板厚+S2+固定侧座板厚

  ⑥ 拉料勾长度决定

  ⑦ 流道顶出装置决定

  ⑧ 浇口套周边机构决定

  ⑨ 要做到使成形品顶出后自然落下的模具布局

  6. 浇口套采用PUNCH市贩品

  7. 开模次序的确定,并采用相应机构来确保这种开模次序的实现.

  8. 流道从流道板顺利脱出的方法:

  采用RUNNER EJECTING SET(MISUMI市贩品)

  9. 支撑柱配置的检讨

  在注射时,注射机会在可动侧型板的底部产生一个瞬间的注射压力,引起型板变形.为防止此种现象发生,可在模架中设置支撑柱,以不妨碍顶杆和力征安排在每个型腔附近为原则.

  10. 冷却水孔的决定

  为了恒定模具温度,必须开设冷却水孔,通以冷却用水。

  冷却水孔的大小与冷却效率关系不大,中等大小的模具一般采用ф8.5的水孔即可,接口处采用PT1/8的管螺纹。

  冷却水孔的位置与数量与冷却效果有密切关系,在确定时,应尽可能地近型腔和尽可能地多,但不要发生干涉。

  11. 顶出部分的配置

  结合成形品基本图,合理配置顶杆位置,注意不要与冷却水孔及支撑柱等部件发生干涉。

  12. 浇口套的配置

  一般公司目前均采用PUNCH公司的标准部品。

  浇口套头部SR寸法要比注射机喷嘴的SR寸法大1mm左右。

  浇口套开口处ф寸法要比注射机喷嘴的ф寸法大0.5mm左右。

  对于锥度来说,采用片侧1°比较好。

  13. 定位圈的配置

  结合成形机仕样,采用PUNCH市贩品。

  14. 排气道的配置

  为了使型腔内空气顺利排出,有时需设排气道。不过一般设计中不予考虑,生产中如发现有排气不良,再予以解决。

  15. 顶出导柱与顶出导套的设计

  为了提高顶出部件运动的精度,从而延长顶杆、型芯寿命,防止顶杆拉伤,可设计顶出导柱与顶出导套。

  16. 部品番号的确定

  本公司制定有金型用部品番号的命名规则,按此规则进行确定。

  17. 其他

  至此,金型的构造设计基本完成。

  部品图设计

  在进行构造设计完成以后,根据成形品基本图和金型构造图进行金型部品图设计,包括下述内容:

  ⑴设计需加工的部品图面。

  ⑵外构件追加工部品图面。

  ⑶购入部品仕样书。

  1. 型腔部分的设计:

  ⑴从金型构造图中把型腔部分的外形提取出来。X-Y方向与模板嵌合,注意公差与配合。Z方向采用螺钉或挂钩或键固定均可。

  ⑵成形部分形状与寸法

  根据成形品基本图来决定,并考虑以下方面:

  ① 成形品寸法公差。

  ② 与别的部品之间的关系(配合)等。

  ③ 便于金型的修正。

  ④ 机械加工方法所能达到的加工能力。

  ⑤ 加工费用。

  ⑥ 其他。

  ⑶型芯均采用挂钩的形式与型腔件配合,X-Y方向用公差来严格控制。

  ⑷浇口设计

  ⑸固定方法

  ⑹材质、硬度的决定

  考虑以下方面:

  ① 成形品的形状、寸法精度维持机能。

  ② 成形品表面品质决定机能。

  ③ 耐冲击,刚性、强度要足够。

  ④ 耐腐蚀性。

  ⑤ 耐磨性。

  ⑥ 机加工性。

  ⑦ 镜面特性。

  ⑧ 热传导性。

  ⑨ 热处理性。

  ⑩ 材料价格。

  2. 固定侧型芯的设计

  形状与寸法根据成形品基本图确定。

  材质的选择参考上面的内容。

  可动侧型芯、型腔设计大致与固定侧相同,但多出顶出部分的设计内容。

  至此,金型部品图中与成形有关的部分已完成,下面进行金型构造部分的部品设计。

  检图

  部品图设计完了以后要进行检图,这与设计工作同等重要。在投入生产前发现错误,要比在生产中或完成后才发现要节省大量的金钱与精力。

  检图工作,可由设计者自身承担,也可由第三者担任。在检图中应把握如下原则:

  ⑴详细设计、重要设计检查时,最好在精力充沛时进行。

  ⑵连续工作1~2小时,应休息10~15分钟,保持头脑清醒。

  ⑶不要惧怕失败,在失败中取得成长的经验。

  ⑷不要从详细设计着手,应从总体方案开始,这样容易发现大的原则性的错误。

  ⑸可调查类似金型在使用过程中发生的问题,并与自己的设计工作相对照。

  检图工作主要内容如下:

  1. 重要的原则性的项目

  ⑴根据型芯、型腔明细表,有无遗漏设计的部分。

  ⑵金型取数是否合适。

  ⑶分型面的设置是否正确?是否满足金型仕样书的要求?

  ⑷型腔可否完全填充?

  ⑸制作费用是否在预算范围内?

  ⑹成形品生产成本是否在预算范围内?

  ⑺金型纳期可否完成?

  ⑻为保证纳期,是否采取了合理的措施?

  ⑼成形品型腔可否顺利脱出?

  ⑽成形品型芯可否顺利脱出?

  ⑾浇口、流道的配置有无不当?

  ⑿冷却水道有无干涉处?

  ⒀支撑柱、顶杆、定出导向柱有无干涉?

  ⒁成形收缩率计算是否正确?

  ⒂镶件分割方式是否正确?

  ⒃两侧相互配合的部件设计是否正确?

  ⒄成形机取付仕样是否满足要求?

  ⒅其他特殊要求是否满足?

  2. 金型构造方面的检讨

  ⑴目前的设计正确与否,有无可以改进之处?

  ⑵树脂流动的预想是否正确?

  ⑶型芯、型腔离型对策正确与否?

  ⑷滑块与滑动型芯的设计是否正确?

  ⑸配合处公差是否正确?

  ⑹排气道是否合适?

  ⑺配合间隙是否合适?

  ⑻装配时是否困难?

  ⑼拆卸是否方便?

  ⑽对白化现象有无预防?

  ⑾两侧各部件之间有无干涉?

  3. 进行详细检讨的部分:

  ⑴有无尺寸相互不一致处?

  ⑵断面形状正确与否?

  ⑶部品个数是否正确?

  ⑷部品材质是否正确?

  ⑸型板刚性是否满足要求?

  ⑹型腔刚性、强度是否满足要求?

  ⑺浇口形状是否合适?

  ⑻加工方法是否经过妥善考虑?

  ⑼电极设计是否正确?

  ⑽标准部品发注书是否有误?

  ⑾客户仕样变更部分是否已全部变更?

  ⑿废旧图面是否已被替换?

  ⒀寸法公差、表面粗糙度有无过于严格处?

  ⒁机械加工性是否适当?

  四、热流道技术应用

  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所占比重将逐步提升。在国外,许多塑料模具厂生产的模具50%以上采用热流道技术,有的甚至达 80%以上,效果十分明显。热流道在国内也已用于生产,但目前总体不足10%,这个差距相当巨大,但也意味着这个行业在国内有着相当大的发展空间。

  热流道应用主要技术关键

    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FAMILYMOLD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。

  影响热流道系统购买的因素分析

  热流道技术,凭借其节约成本、缩短成型周期等独特的技术优势,成为塑料注塑成型工艺发展的一个重要方向。在欧美国家,注塑生产大部分都依赖于热流道技术,但是在中国,采用这一先进技术的企业却少之又少。随着我国模具工业的进一步发展,这一技术将逐步推广并得到广泛应用,模具专家罗百辉指出,选择与购买热流道系统时要注意以下事项。

  1、热流道供应商的选择 

  模具制造公司在设计制做热流道模具时,不是简单地到热流道供应商买一个热流道系统装到模具上就完了。 其实在模具制造公司和热流道供应商之间,从热流道模具的概念设计阶段,至模具的实际制做过程,到最后模具的使用,都存在着很多细致密切的在技术与商业方面上的协调与合作。 所以模具制造公司和模具用户应选择好热流道供应商。在选择一个热流道供应商时,要重点考察两个基本方面,一是该热流道供应商生产的热流道元件的品种数量与质量, 二是该热流道供应商在模具用户所在地区的技术支持与售后服务。

  其实在每种类型中又可细分为很多产品系列。如热尖式喷嘴(NOZZLE)中的浇道截面直径可经常由4毫米到12毫米不等,喷嘴也随之做成大小不同的产品系列。喷嘴浇口镶件也有很多变体,以满足不同的应用要求。所以欲选的热流道供应商的产品系列越丰富越好。 这样用户可以有更大的热流道元件的选择性,用热流道生产的塑件种类,尺寸重量与应用范围也就更广,更有利于优化注塑生产过程,提高产品质量。在注塑成型加工塑料制品时,热流道系统与热流道模具是处在高温和高压动负荷状态下工作的。导致热流道系统元件失效的因素很多。 并且注塑成型加工主要应用于大批量塑件生产。一但有任何停产现象,经济损失非常严重。 所以热流道系统的质量和可靠性非常重要。客户应深入了结考察热流道供应商生产的热流道元件的质量和应用历史。一些比较优秀的热流道生产商已获国际组织ISO质量标准认证。 

   罗百辉认为,在使用热流道模具时,除了首先要选用可靠的热流道系统外,用户也要考虑万一热流道出现任何问题,能否得到及时有效的技术支持与售后服务这一重要因素。许多热流道供应商在自己公司总部所在国家和地区有强大有力的技术支持与服务网,并配备可随时访问客户进行排故的专职服务人员。但这些厂商在远离自己公司总部的其它国家和地区,则常常是只设一些侧重热流道产品销售的办事机构。技术支持就相对来说逊色许多。 用户应注意这一因素。

  用户在选择与购买热流道系统时会涉及很多具体技术环节。 如果用户具备良好的与热流道相关的技术知识,就容易选择与购买好最合适的热流道系统,保证后面注塑生产过程顺利和提高产品质量。

  2、 热流道产品系列的正确选择

  热流道供应商常常按照加工塑件尺寸重量大小的不同,将其热流道元件制成产品系列。 如大的塑件使用大尺寸的喷嘴加工,小的塑件用小尺寸的喷嘴加工。 所以用户在正确地选择热流道类型(既是选用热尖式还是及阀式系统)以后,就是热流道产品系列的选择。并由此决定模具的结构尺寸与设计制造。如果热流道产品系列选择的不正确,到了模具加工后期或在塑件生产时才发现,其错误是非常严重并很难挽救的。为帮助正确地选择热流道产品系列,每个热流道供应商都有一些指导性的技术文件供使用参考。用户应与热流道供应商密切合作,选择好热流道产品系列。

  2、热流道系统中的注塑压力损失

  热流道系统中的注塑压力损失不容忽视。许多热流道模具用户有一种误解,既认为冷流道相比,热流道的注塑压力损失要小很多。原因是位于热流道里的塑料溶体在整个注塑过程中始终是热的。其实很多时候情况正好相反。在热流道模具中由于热流道结构设计的需要,会使溶体在热流道系统里的流动距离大大增加。 因此热流道系统中的注塑压力损失也往往较大。在实际应用中,由于热流道系统中注塑压力损失过大,造成注塑成型困难的情况是很多的。所以对加工流动性差的塑料(如PC,POM等),溶体在热流道系统里的流动距离大的,或制件重量大等情况,都应采用CAE软件进行流道分析计算。侧重于流道分析计算的CAE软件有MoldCAE等。

  3、标准与非标准热流道系统

  各个热流道厂家都提供标准与非准标两种热流道系统。如有可能,用户应尽量选择准标热流道系统。既尽量选择准标长度与尺寸的喷嘴,热流道板,浇口镶件等。其好处是准标热流道系统比非准标热流道系统价格低,交货期要短很多。而且零件有互换性,有利于将来的使用与维护。一旦某个零件坏了,再买另一个准标零件装上就行了。常见的标准热流道板的形状有2腔一列,4腔一列,8腔一列,4腔X形状,8腔XX形状等。

  4、模具上型腔数与布局的选择

  用户在设计热流道模具选择型腔数时,除了尽量多放型腔提高生产效率外,还应考虑热流道的设计问题。 模具上型腔数与布局的选择应有利于塑料溶体在热流道系统里的流动平衡。举例来说,若将几个形状相同的型腔布置成一列,则最好把型腔数选为2个或4个,而不要选为3个。因为对2型腔或4型腔成一列的模具,可将其热流道设计成完全自然平衡的系统。相反的,3型腔的模具则需对热流道分流板进行人为流动平衡。既在热流道分流板上对不同的流动路经采用不同的浇道尺寸,以力图达到流动平衡的目的。流动平衡的好坏就取决于具体的热流道设计人员工作质量了。所以用户应尽量选择有利于流动平衡的型腔数(如选16型腔而不选15型腔等),以消除人为设计流动平衡所带来的任何失误。

  5、最小型腔距离的限制

  在设计生产微小零件的模具时,人们一般希望将型腔距离安排的尽量近一些,这样模具可紧凑些并可能放上更多的型腔。 但最小型腔距离会受到热流道元件如喷嘴之间最小距离尺寸的限制。所以用户在设计型腔距离很近的模具时,要注意检查最小允许喷嘴距离。以避免模具设计返工。

  6、加工塑料的种类 

  在选择热流道系统时,加工塑料的种类是一个非常重要的考虑因素。若加工玻璃增强的塑料(如玻璃增强尼龙材料等)就应选用耐磨性好的浇口镶件。 若加工容易热分解的塑料(如PVC)就应选用浇道通畅,没有流动死角的热流道系统。若加工流动性差的塑料(如PC)就应考虑选用较大的喷嘴系列,及在热流道板中使用较大的浇道截面尺寸等。 

  7、热流道产品的成熟性 

  每种热流道产品的成熟性与应用历史长短是不一样的。一个新面世的热流道产品是需要较长的时间来逐步完善的。热流道厂商在不断引进新产品的同时,也会淘汰经实践证明不合适的热流道产品。所以用户应尽量选择成熟性好,比较流行,应用历史长的热流道产品。对于这类产品无论是热流道厂商,还是别的热流道用户,都有较多的经验和成功案例可以供经验不多的新用户借鉴。 

  8、热流道系统发货前的状态 

  有的热流道供应商在将其热流道系统发货给用户之前,会对系统进行一定的测试。对非常重要的应用项目甚至会进行实际注塑成型实验。 但每个热流道供应商在热流道系统发货前的测试范围是不一样的。用户应予以了解,做到心中有数。 

  9、 热流道的多区域温度控制 

  用户若需要购买大尺寸复杂的热流道系统,或加工对温度敏感,加工参数范围狭窄的塑料,则应选择具有多区域分别控温的热流道设计方案。 这样用户可根据需要对温度分布进行局部调整和控制。一个理想的热流道系统应该有均匀一致的温度分布。但实际上会有多种原因导致热流道各处温度的不同。如热流道加热元件的质量原因,热流道系统与模具结合配合处热量的过度丧失,塑料溶体在热流道里各处剪切热的不同等。热流道系统尺寸越大越复杂,就越应该选择具多区域温度控制的热流道系统。 

  10、熔道尺寸、换色要求等 

   为了保证最佳的系统性能,需要对塑料件和加工条件进行分析,因此,不仅要考虑产品的重量,而且要计算合适的熔道尺寸,包括熔流指数、注射时间、注塑周期以及熔体温度等。  合适的熔道尺寸对热流道的性能至关重要,不合适的熔道尺寸会导致塑料降解,或者造成注塑件的不均匀或者充填不完整,以及换色缓慢等。为了确定最佳的熔道尺寸,需要考虑压力降、停留时间、温升、剪切速度、换色频率等因素。有的用户用同一个模具生产具有不同颜色的同一品种的塑件,这就是有换色要求的应用项目。在订购热流道时,应尽量选择浇道体积小的热流道系统以加速换色过程和减少废料。 同时热流道系统中的任何流道转弯处都必须圆整光滑,没有流动死角。若用阀式热流道系统生产有换色要求塑件,在阀针的后面常常会有流动死角(DEAD SPOT),须给予格外注意。 

  11、一模异型多腔模具 

  在设计一模异型多腔考虑模具时,必须考虑流动的平衡问题。如果零件尺寸重量差别过大,各型腔的注塑压力差别在200-300BAR以上的话,靠改变热流道系统里的浇道尺寸是难以达到流动平衡的。如果在一模异型多腔模具中流动不平衡,就会出现有的零件充模保压不够,别的零件却充模过度,飞边大残余应力高等问题。这时应考虑使用阀式热流道系统,或改变模具的整体设计方案。阀式系统允许用户在适当的时刻关闭早期充满的型腔浇口,以避免这些型腔的充模过度问题。 

  12、型腔与热浇道体积的比例关系 

  与型腔体积相比,热流道系统的浇道体积不可过大。否则塑料溶体在热流道系统里停留时间过长,会产生热分解。无法生产合格塑件。如果塑料制件重量实在太小,就应采用冷热浇道并用的方案。因使用冷浇道后注射量增大,有助于改进型腔与热浇道体积的比例关系,缩短塑料溶体在热流道系统里停留时间。 

  13、采用试用模具 

  热流道模具比较贵重,尤其是高型腔数的热流道模具(如96,128型腔等),价格就更高。如果是要开辟一个新的应用领域,经验不足,或是试图采用较新的热流道元件(如喷嘴或新的浇口)等,就应考虑先制做一个简单的,单型腔的试用模具,来进行方案的可行性研究验证。取得足够经验后,再制做价格贵重正式的工作模具。 

  14、模具图上热流道元件的绘制 

  热流道供应商一般都会将其热流道元件制成电子图库,供用户使用。模具设计人员在设计绘制模具图时,可以从热流道元件电子图库中选取需要的喷嘴等元件图,放到合适的模具位置上。因热流道供应商会经常更新换代其热流道产品,所以用户应注意从热流道厂家不断的索取最新的图库。虽然人们已开始用3D方法设计模具,但目前各热流道供应商的热流道元件电子图库绝大多数仍是2D的。一些厂商已开始着手建立3D热流道元件图库,以适应3D模具设计发展的。 

  15、质量保修期限 

  热流道供应商都会提供一些对其热流道产品的保修期限。保修期限从一年至五年不等,取决于热流道厂商和用户具体购买的热流道产品项目。在保修期内,若热流道产品在用户正常的操作使用下发生问题,热流道供应商会给予免费更换。显然保修期限越长,对用户越有利。为保证质量保修期有效,用户应尊重热流道的使用与保养规定,不可未经热流道供应商同意,修改变动任何热流道元器件。

    16、注塑压力

    热流道系统中的注塑压力损失不容忽视。许多热流道模具用户有一种误解:位于热流道里的塑料溶体始终是热的,所以热流道的注塑压力损失比冷流道要小很多。其实不然,为适应热流道结构设计的需要,溶体在热流道系统里的流动距离会大大增加,因此热流道系统中的注塑压力损失也不可小窥。在实际应用中,由于热流道系统中注塑压力损失过大,造成注塑成型困难的情况是很多的,所以对加工流动性差的塑料(如PC,POM等)、溶体在热流道系统里的流动距离大的、制件重量大等情况,都应采用CAE软件进行流道分析计算。

    17加热方式

    热流道系统之间的一个主要区别是熔料的加热方式。内部加热系统是把加热器直接安装在熔道中,从内部加热原料。外部加热系统是在外部加热原料,使原料在无障碍的情况下流过流道。外部加热系统解决了熔料通道中的死点问题,并使熔道内的剪切曲线更加合理。 浇口类型

    浇口有多种类型供选择。要考虑的因素包括:允许的浇口痕迹、浇口位置和注塑的原料类型。无论是非结晶、结晶还是热塑性弹性体,不同的浇口类型都对特定原料有所限制。了解浇口使用的最合适的原料可以帮助选择最佳的浇口。

    18、标准与否

    一般情况下,热流道系统供应商提供标准与非准标两种热流道系统。那么,用户应尽量选择标准热流道系统,包括标准长度与标准尺寸的喷嘴、热流道板、浇口镶件等。这不仅是因为标准热流道系统价格低,交货期短,而且零件有互换性,利于将来的使用与维护。一旦某个零件坏了,再买另一个准标零件装上即可。

  五、热流道技术发展特点与趋势分析

    热流道模具在当今世界各工业发达国家和地区均得到极为广泛的应用。这主要因为热流道模具拥有如下显著特点:

    1、缩短制件成型周期

    因没有浇道系统冷却时间的限制,制件成型固化后便可及时顶出。许多用热流道模具生产的薄壁零件成型周期可在5秒钟以下。

    2、节省塑料原料

    在纯热流道模具中因没有冷浇道,所以无生产费料。这对于塑料价格贵的应用项目意义尤其重大。事实上,国际上主要的热流道生产厂商均在世界上石油及塑料原料价格昂贵的年代得到了迅猛的发展。因为热流道技术是减少费料降低材料费的有效途径。

    3、减少费品,提高产品质量

    在热流道模具成型过程中,塑料熔体温度在流道系统里得到准确地控制。塑料可以更为均匀一致的状态流入各模腔,其结果是品质一致的零件。热流道成型的零件浇口质量好,脱模后残余应力低,零件变形小。所以市场上很多高质量的产品均由热流道模具生产。 如人们熟悉的MOTOROLA手机,HP打印机,DELL笔记本电脑里的许多塑料零件均用热流道模具制作。

    4、消除后续工序,有利于生产自动化。

    制件经热流道模具成型后即为成品,无需修剪浇口及回收加工冷浇道等工序。有利于生产自动化。国外很多产品生产厂家均将热流道与自动化结合起来以大幅度地提高生产效率。

    5、扩大注塑成型工艺应用笵围

    许多先进的塑料成型工艺是在热流道技术基础上发展起来的。如PET预成型制作,在模具中多色共注,多种材料共注工艺,STACK MOLD等。

  尽管与冷流道模具相比,热流道模具有许多显著的优点,但模具用户亦需要了解热流道模具的缺点。概括起来有以下几点。

    1、模具成本上升

    热流道元件价格比较贵,热流道模具成本可能会大幅度增高。如果零件产量小,模具工具成本比例高,经济上不花算。对许多发展中国家的模具用户,热流道系统价格贵是影响热流道模具广泛使用的主要问题之一。

    2、热流道模具制作工艺设备要求高

    热流道模具需要精密加工机械作保证。热流道系统与模具的集成与配合要求极为严格,否则模具在生产过程中会出现很多严重问题。 如塑料密封不好导致塑料溢出损坏热流道元件中断生产,喷嘴镶件与浇口相对位置不好导致制品质量严重下降等。

    3、操作维修复杂

    与冷流道模具相比,热流道模具操作维修复杂。如使用操作不当极易损坏热流道零件,使生产无法进行,造成巨大经济损失。对于热流道模具的新用户,需要较长时间来积累使用经验。

   热流道模具的应用范围

    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。

   国际上热流道模具生产情况

    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。

  热流道技术在我国渐行渐热的同时,其元件呈现出几个主要发展趋势。

  1、是元件小型化。元件小型化,可以实现小型制品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,提高制品产量和注射机利用率,这对于`时间即是金钱`的现代塑料加工业来说非常重要。国际知名模具企业MoldMaters公司针对小型制件开发出的喷嘴,含整体加热器、针尖和熔体通道,体积直径小于9毫米,浇口距仅10毫米,可成型质量为1~30克的制品。

  2、是元件标准化。目前,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造价,并且便于对易损零部件更换和维修。Husky、Presto和MoldMaters等公司的喷嘴、阀杆和分流板都是标准型,便于快速更换和交付模具。现在国外只需四周即可交付模具。

  3、是设计可靠化。如今国内外各大模具公司对热流道板的设计和热喷嘴联接部分的压力分布、温度分布、密封等问题的研发极为重视。叠层热流道注射模的开发和利用也是热点。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实现工业化。

  4、是温控系统精确化。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。

  罗百辉认为,热流道技术的广泛应用是塑料模具的一大变革。在注塑成型方面,其拥有相当多无可比拟的优势。随着技术进一步成熟和制造成本降低,热流道技术将越来越显现巨大的优势。最近几年,世界著名热流道技术供应商接二连三以各种方式进驻中国市场,可见中国热流道模具市场巨大的发展潜力。同时,这个潮流对中国模具行业技术快速提升也正在起到巨大的推动作用。国内大量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,加速推广应用,都具有十分重要的意义。但总体看,我国本土企业目前能够提供的技术大多仍较初级,选择空间小,质量不稳定,维护周期短,往往影响到下游企业对其产品的信任。因此,制定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,是发展国产热流道模具的关键。 

   关键词:模具行业 模具装备 热流道模具 模具制造 模具技术
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