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塑料模具 |
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为医疗制品注塑选择最佳的热流道 |
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作者：赫斯基注塑系统有限公司 Bill Gunn 来源：PT现代塑料 |
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虽然制造最终医疗产品的OEM公司通常不直接参与热流道的选择，但是在模具项目中，让热流道系统供应商在项目开发初期就参与可以带来许多好处，如加快产品部件的验证流程、提高产品质量以及降低产品成本。因此，医疗产品注塑加工商需要正确选择热流道技术和供应商。
热流道
热流道是指多腔注塑模具中的熔体分流系统。4-32模腔的模具在医疗产品注塑中最为常见。热流道由分流板、注口、热流道板和温控器组成。
分流板
分流板是分流熔融物料的部件，可将来自注塑机的熔融塑料传输至模具的模腔内。其作用是将熔融原料传输至注口，并且在受到摩擦及剪切力和加热的情况下，尽可能不改变熔融料流的状态。大多数供应商通过在已经初加工好轮廓的钢板上钻孔来加工流道制造出分流板，然後在钢板面上或是钢板内装上加热器。在大多数应用中，分流板设计有若干个由温控器单独控制的加热区。
为了获取最佳效果，分流板设计流程中应该包括详细的注塑产品应用分析，如产品质量、原料类型与工艺期望值。分流板设计会影响注塑产品的质量和功能。在不合格的分流板设计中，如熔料在分流板内到各个注口流动长度不同，会导致模腔之间的不平衡，进而造成各产品的尺寸不同。如果得不到适当的处理，分流板中的热量和剪切过程会导致聚合物降解，造成产品性能缺陷和褪色。
热流道重要组件：注口、分流板（左上、下）及温控器（右）。
更为复杂的分流板设计，可以实现诸如多组份/多色模具、叠模注塑和配对产品注塑之类的特殊应用。多组份注塑可以生产由多种材料组成的单一产品。例如，具有软触感特徵的把手组件。叠模注塑可将现有机器的产量提高一倍。小型机器的叠模系统也可实现与大型设备上单面模具相同的产量。叠模热流道支持两层或四层叠模，使每个周期的产量翻一番或两番。配对模具可使每次注射生成某个组合产品的两个或更多个组件。对热流道供应商而言，需要深入的分析以实现配对模具的模腔平衡，分流板需要采用机械平衡方法设计。
注口
热流道注口连接分流板和模腔，典型的形状象一根导管，在整个导管长度范围内进行精确的温度控制。注口的设计和选择对产品美观、注料填充和最佳周期时间非常重要。注口的终点是“浇口”—塑料熔料进入模腔的孔洞。不同结构的热流道注口的尺寸、设计和技术有着很大的差别。
开放式的热浇口热流道在每个注塑周期中依靠熔融物料注射-注口冷却凝固-开模-注射（下一周期）的热循环原理工作。在将熔料注入模腔後，塑料在浇口区域冷却并硬化。之後，注塑产品从模腔内顶出，在产品上留下较小的浇口痕迹。许多热浇口的注口设计采用多种类型的钢材，以便应付注塑工艺的热动力学。
阀针式浇口的注口在医疗设备模具中最为常用，利用阀针的机械运动来打开和关闭浇口。阀针通常由气动活塞和气缸驱动。浇口的打开和关闭是受控的机械操作，因此阀针式浇口系统具有更佳的平衡性和可重复性。
浇口痕，即产品上的浇口处残存的材料，也是为医疗应用选择阀针式浇口时通常要考虑的事项。开放式的热浇口设计有可能在产品上粘连浇口形成较大的浇口痕迹。机械式开关的阀针式注口在阀针与产品表面接合处所产生的痕迹很小，不易被发现。
热流道板
热流道板为模具提供支撑，在注塑期间承受锁模力。内部支撑不合理或平面度不够的热流道板将导致模具寿命缩短并降低产品质量。若热流道板在锁模力负载下发生形变，则模具锁模的关键接触面可能发生磨损，出现飞边和产品尺寸问题。
热流道供应商应当在热流道板内设计支柱。这些支柱穿过分流板的空隙处连接在热流道板上，承受循环往复的锁模力负载。这样在热流道板的中央及外部边缘均能为模具提供支撑。结构有限元分析技术的运用可确保实现坚固耐用的模板设计。此外，整合在热流道板中的冷却水管可防止发生不规则的热膨胀，可以避免模具表面的压力分布不均匀。
温控器
热流道的运作离不开温控器，利用温控器可以控制系统的加热。热流道温控器必须能够控制不同类型和型号的加热器。在一组热流道系统中，各处的热损耗互不相同，这使温度控制变得更加困难复杂。高档温控器能够调节算法，使之与每个加热器相匹配。这些温控器可以使分流板和注口的温差低於1℃。目前，许多温控器都是基於PC的平台，可以在控制温度的同时执行其它功能，例如控制伺服马达和生产管理软件等。
试验模和工艺研发
热流道的设计对注塑模具的性能有着至关重要的影响。虽然热流道可用於大多数注塑产品应用场合，但热流道供应商早期就参与到项目中可节省大量时间和资源。
计算机辅助工程工具用於执行熔体流动分析、热分布和结构分析。分析的目标是了解聚合物熔体在流经分流板时所发生的情况，从而设计出最佳的热流道系统解决方案。
医疗设备制造商经常使用试验模来确定产品性能和开发注塑工艺。在考虑整体系统性能时，许多成型试验模具未能将热流道的影响考虑在内。在单腔试验模中工作良好的成型工艺可能并不适用於32腔热流道模具，同样的工艺生产出的产品也不尽相同。在项目的成型试验阶段，热流道供应商可以使用预测工具和经验来确定热流道在高腔模具中的适用性，使设计更为合理并加快生产模的认证速度。初期就对注塑产品应用的状况进行审核可以使得注塑工艺优化和後期的注塑生产更为可靠。
未来的技术
医疗设备模塑公司的需求促使热流道技术不断向前发展。越来越小的产品和不断变薄的壁厚将促使热流道的研究者寻找新的制造技术和材料。当产品变得更小、更薄时，注料所需的注射压力会大大增加，需要更小的热流道熔道和注口。目前，注塑机能产生5万磅/平方英寸（3,000巴）以上的注塑压力，可以满足薄壁产品的生产需要。只有经过优化的热流道系统才能在成千上万次循环中承受住这些压力的考验，而不发生故障。
注塑工艺流程需要复杂而精确的加热与冷却控制，先进的温控技术同样必不可少。优化热量控制，减少对冷却的需要，提高效率和品质；加热和材料方面的新技术将使热量分布得到优化；开发新的温控器算法以便对整个系统的加热冷却与温度变化进行更高效的管理及更严格的控制。
案例分析
一家医疗产品注塑公司向赫斯基寻求一个热流道解决方案：同时满足产品尺寸小、使用工程塑料、叠模和多模腔。
根据树脂的属性，赫斯基推荐使用四腔试验模和热流道来评估整个工艺流程。通过审核发现，由於塑料原料在热流道分流板中的滞留时间较长，因此不推荐在此案例中使用叠模方案。叠模设计将导致熔融塑料在到达模腔之前，滞留在分流板中的时间接近八分钟。赫斯基对塑料原料的测试表明，只要滞留时间超过四分钟以上，这种原料就会褪色。
客户最後决定用高模腔单面模具来代替叠模。凭借试验模的测试数据，赫斯基能够运用已经得到实际验证的模流分析结果来进行精确分析，优化高模腔系统的分流板设计。产品尺寸和收缩值直接与模具制造公司沟通，以减少模具修改次数。最终生产用模具系统很快就通过了合格认证。
以上正是一个OEM制品生产商、模具制造商和热流道供应商通过密切配合最终促成成功的典型例子。(end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(11/16/2009) |
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