热流道技术的应用
【摘要】：热流道技术对塑件的质量和生产效率有着重要的影响，由于热流道模具有缩短制件成型周期、节省原料、提高产品质量等优点，使得热流道技术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。本文介绍了热流道的结构分类、特点，热流道模具的优缺点、热流道技术应用具备的条件、新型热流道技术的应用以及热流道技术应用的关键。为从事模具工作的人员更全面的了解热流道技术提供借鉴。
【关键词】：热流道系统；热喷嘴；分流板；温控箱；注射模。
【Abstract】：The hot runner technology on the quality of plastic parts and production efficiency has important implications, because there are shorter workpieces molding hot runner mold cycle, saving raw materials, improve product quality, it makes hot runner technology in all industrial countries and the world regions are very broad application. This article describes the structure of hot runner types, characteristics, advantages and disadvantages of hot runner molds, hot runner technology with the conditions, the new hot runner hot runner technology and key technology. Staff engaged in mold a more comprehensive understanding of hot runner technology reference.
【Keywords】：hot runner system; heat nozzle; manifold; temperature control box; injection mold.
目 录
摘要 ……………………………………………………… 1
引言 ……………………………………………………… 3
一、绪论……………………………………………………… 3
二、热流道的分类 …………………………………………… 3
三、热流道系统
3.1 热流道系统的结构分类 ……………………………………… 3
3.2 热流道系统的优点………………………………………………4
3.3 热流道系统的发展方向 ……………………………………… 5
四、热流道模具
4.1 热流道塑料模具设计程序 …………………………………… 6
4.2 热流道模具的优点及缺点 ……………………………………7
五、热流道技术应用具备条件及新型的热流道技术简介
………………………………………………………………… 9
优、热流道技术应用的关键 ………………………………… 9
总结 ………………………………………………………10
结束语 ……………………………………………………10
参考文献 …………………………………………………10
致谢 ………………………………………………………11
【引言】：
一般的塑料注射模具都有主流道、分流道，这是为了得到制品而必须增加的部分。由主流道、分流道构成的浇注系统，在注射成形时会消耗注射压力，使形腔内的压力较低。而且，浇注系统凝料，在一次注射成形的熔料中占有很大的比例，这些凝料在回收利用时，其性能下降，不能生产高品质的制品，造成了很大的浪费。为了解决这一问题，人们创造了热流道技术。
【正文】：
一、绪 论
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。
二、热流道的分类
热流道有绝热流道、冷流道、热流道之分。热流道还可分类为开放式和针阀式。
开放式结构简单，对材料的局限性较高，易出现拉丝和泄露，表面质量差，在国外的高精度模具中应用较少，同一副模具可和不同厂家的针阀式混用。很多公司能自己制造；针阀式热流道节省材料，塑件表面美观，同时内部质量紧密、强度高。现在世界上有两大类针阀式热流道（根据注射原理）：气缸式和弹簧式。气缸式依靠控制器和时序控制器控制气缸推动针阀的关闭，结构较复杂，但本身设计简单。现在国外流行的碟模具非热流道莫属。其实热流道模具减少了设计上的很多要求，对设计人员开发更多的模具结构提供了很大的方便。
热浇道之原理：热浇道模具式将传统式模具或三板式模具的浇道与流道经常加热，于每一成形时即不需要取出流道和浇道的一种崭新构造。
三、热流道系统
3.1 热流道系统的结构及类
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。
3.2热流道系统的优点
（1）由于热流道内的熔体温度与注射机喷嘴温度基本相同，因而流道内的压力损耗小，在使用相同的注射压力下，型腔内的压力较一般为高熔体的流动性好，密度容易均匀，因此成形塑件的变形程度大为减小。
（2）浇注系统中无凝料，实现了无废料加工，提高了材料的有效利用率。同时，省去了去除浇口的工序，可节省人力、物力，降低了生产成本。
（3）热流道均为自动切断浇口，可以提高自动化程度，提高生产效率。热流道元件多为标准件，可以直接选用，减少了模具加工制造周期。
但是热流道系统也存在一些问题，如热流道使定模部分温度偏高；热流道板受热膨胀，产生热应力等，在模具设计时必须加以注意。
3.3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;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文修。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,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。
四、热流道模具
4.1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。
第优，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。
4.2 热流道模具的优点及缺点
热流道注射模节省原料，生产效率高，时注射成形模具的发展趋势，被越来越广泛的用于生产实际中，例如：套管热流道注射模、塑料杯热流道注射模、端盖热流道注射模、电池壳热流道注射模、洗衣机盖板热流道注射模、周转箱热流道注射模等。
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，所以无生产废料。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商均在世界石油及塑料价格昂贵的年代得到了迅猛的发展，因为热流道技术时减少废料降低材料费的有效途径。
（3）减少废品，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的控制。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，脱模后残余的应力低，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。
（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产品，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范围
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。
（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。如果零件产量下，模具工具成本比例高，经济上不划算。对许多发展中国家的模具用户，热流道系统价格贵时影响热流道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的问题。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。
五、热流道技术应用具备条件及新型的热流道技术简介
热流道技术的应用范围是很丰富很广泛的，在下面的应用项目里尤其需要采用热流道技术，传统的冷流道模具是无法实现这些注塑加工成型的，具体项目有：（1）品质要求严格的塑料注塑制品；（2）浇口方向与开模方向成一定或垂直角度；（3）多种塑料、多种颜色共注工艺（CO-INJECTION）;（4）浇口开在深形零件内侧；（5）多层模具（STACKMOLD）；（6）预成型瓶胚（如PET瓶胚的制作）；（7）需对多浇口进料进行分别控制的项目；（8）要大批量自动化生产的项目。
理想的注塑系统是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，就必须文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，或者称为无流道注塑。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。热流系统的作用就是把材料送到模内的每一浇口。
隔热流道模有由模板组成的过大流道。对流道不加热，但流道的尺寸要足够大，采用在工作条件下由凝结在流涤炮的塑料提供的隔热效果，与美一射出的热力相结合，来文持熔体在流道内的畅通。优点是设计部复杂，制造成本低。缺点是有时在浇口会形成凝结；为了文持熔融状态，需要很快的工作周期；为了达到稳定的熔融温度，需要很长的准备时间。另一个主要问题是很难取得注塑的一致性，或者说无法保证。还有是因为系统内无加热，因此需要较高的注塑压力，这样经常会造成腔板的变形或弯曲。
加热流道系统有两种设计。
（1）内加热流道的特点是采用内部加热的环形流道。加热由流道内的探针和加热梭（也叫做分配器管）提供。这一系统利用熔融塑料的隔热效果来减少热的传递和在模具内其他地方的损失。尽管有分配器管内的环形加热器，在加热梭与流涤炮之间还是会有材料的凝结出现。材料必须在隔热壁与加热梭之间不停的流动，这与年流量效果加在一起，会造成系统内的压力下降，因此平衡的重要性非常关键，考虑到这一问题，内加热系统最适宜加工范围大的材料和到各浇口等距的平衡流道。这一系统不适宜于热敏感塑料的使用。内加热相对于隔热系统提供改进的热分配，但系统的成本更高，设计更复杂。这种系统需要很仔细的平衡和复杂的热控制。
（2）这种设计师外加热系统。这种设计由具有内部流道的环形加热集流管组成。集流管的设计具有与模具其他部位隔离的多种隔热构造。这一系统的优点是更好的温度控制，但成本也比较高、设备复杂。
最新的技术开发时减小了的集流管的尺寸，使安装更容易。外加热系统也可以按直径进行平衡，而不是按长度进行平衡。
优、热流道技术应用的关键
一个成功的热流道模具应用项目需要多个环节予以保障。其中最重要的两个关键技术因素。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。如用热针式浇口方法注塑成型时产品浇口质量差的问题，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。浇口要同时打开时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冲模保压不够，有的零件却冲模保压过度，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.
【总结】：
综上所述：热流道浇注系统与普通浇注系统的区别在于，在整个生产过程中浇注系统内的塑料始终处于熔融状态。并且热流道注射模节省原料，生产效率高，是注射成型模具的发展趋势。并被越来越广泛的应用于生产实际中。塑料温度的控制以及流动的控制是热流道技术中最重要的两个关键。
【结束语】：
热流道技术应用广泛，此文主要介绍热流道系统、模具设计以及热流道技术应用关键，有利于指引模具设计师合理的应用热流道技术。灵活应用热流道技术，举一反三，将能使模具结构更紧凑更合理更经济。模具制造公司在设计制作热流道模具时，不是简单地到热流道供应商毛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。
【参考文献】：
【1】 模具制造工艺与装备—北京—机械工业出版社—孙凤勤。
【2】 现代模具制造技术—北京—机械工业出版社—金涤尘 宋放之。
【3】 模具制造工艺与装备—北京—高等教育出版社—侯文芝 杨金凤。
【4】热流道技术的发展和应用概况—模具工业—陈剑玲 刘廷华
【5】热流道技术—现代塑料—无
【5】热流道技术—热流道系统的结构—无
【6】热流道技术—机床电器—严惠菊
【7】 热流道技术—塑料工业—张广兴 郭红旗
【8】美国快速凝固材料的发展和应用概况—材料导报—刘先曙
【9】塑料注塑模具热流道技术的应用—塑料工业—杜华林 闫祥安
致 谢 词
时光匆匆如流水，转眼便是大学毕业时节，春梦秋云，聚散真容易。离校日期已日趋
临近，毕业论文的的完成也随之进入了尾声。
首先要感谢我的指导老师李电敏。她严谨细致，一丝不苟和不拘一格的思路给予我无尽
的启迪。
感谢我的室友们，从遥远的家来到这个陌生的城市里，是你们和我共同文系着寝室那份
家的融洽。三年了，仿佛就是昨天。三年里，我们没有红过脸，没有吵过嘴，没有发生上大
学前所担心的任何不开心的事情。只是今后大家就难得在聚在一起吃每年元旦的那顿饭了，
不过没关系，各奔前程，大家珍重。也愿离开我们寝室的人开开心心。我们在一起的日子，
我会记一辈子的。
最后感谢我的爸爸妈妈，焉得谖草，言树之背，养育之恩，无以为报，你们让我在漫长
的人生旅途中使心灵有了虔敬的归依，而且也为我能够顺利的完成毕业论文提供了巨大的支
持与帮助。在未来的日子里，我会更加努力的学习和工作，不辜负父母对我的殷殷期望！我
一定会好好孝敬和报答他们！你们永远健康快乐是我最大的心愿。
在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从不知涤畔业论文怎么写，到开始进入课题
再到论文的完成。有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚
的谢意！