整体式热流道技术

作者：上海占瑞模具设备有限公司 王利军 徐佩弦

欢迎访问e展厅 展厅 1 塑料模具展厅 注塑模具, 吹塑模具, 挤出模具, 吸塑模具, 瓶胚模具, ... 随着热流道技术在塑料注射模具中广泛应用，传统的流道板与喷嘴在压力下的联接方式逐步被整体式的热流道系统替代。近年来，大中型注塑件在采用针阀式多喷嘴注射时，也采用喷嘴与流道板的螺纹联接。 早年就有整体式热流道 整体式的热流道系统许多年前就有了。一模多腔的小制件采用顶针式喷嘴，小喷嘴轴线之间的间距是10～20mm时，喷嘴用螺纹联接流道板，致使热流道系统结构紧凑。图1所示是直线分布的四喷嘴的螺纹联接，流道板为矩形柱体。 此种螺纹联接的多喷嘴安装在小体积的流道板上。细长的喷嘴有较好的柔性。工作状态下有弯曲变形，以补偿流道板的横向热膨胀。喷嘴依靠流道板传热，不设置加热线圈。联接螺牙应有足够强度和较高精度，要能拆卸。喷嘴端面与流道板孔座底面间的封胶，必须可靠。大尺寸流道板的热补偿很难实现。直径10mm以上喷嘴，缺乏弯曲变形下的柔度，长期以来无法采用此种整体式结构。 整体式热流道发展的需求 近年来，平板电脑和游戏机、手机等消费电子产品多，产量又很大。如图2所示注塑薄板，大都采用热流道与冷流道组合的浇注系统。图2中红色的四个热流道喷嘴，将塑料熔体输送到黄色的冷流道，经矩形侧浇口注入型腔。现今，针阀式喷嘴比开放式喷嘴的应用比例越来越高，如果塑料熔体在针阀式喷嘴的浇口直接射入注塑件的表面，浇口痕迹凸现在薄板的工作表面上。浇口在热流道喷嘴与定模型腔间的热屏障上，温度变化大。塑料熔体充模的剪切速率高，流动不稳定，注塑件上浇口附近区域经常会有流动痕等缺陷。现今，针阀式喷嘴的驱动气缸或油缸的时间顺序控制，可在试模过程中调整熔合缝的位置。整体式热流道的多喷嘴的注射点是在冷流道上，对定模板上注射点的位置尺寸精度要求不高，适合整体式热流道的应用。 压力装配的热流道 图3所示为气动针阀式喷嘴，流道板11与喷嘴体14间是靠两者之间的压力联接。 ※图3上B面为流道板与喷嘴在压力下的联接面。它受到二个方向的热膨胀的相互干扰，即流道板横向的热膨胀和喷嘴轴线方向的热膨胀，又受到加工和装配误差的影响，B面上经常会发生熔胶的泄漏。 ※图3上A面是喷嘴凸肩与定模板上孔座的承压面。在装有众多喷嘴的定模板上，各孔座底必须在同一平面上。它们距流道板的底面B，距定模固定板的C面，必须有较高的尺寸公差。A面是喷嘴轴线方向热膨胀量计算的基准面。轴线方向喷嘴凸肩、流道板和承压圈9的制造误差，会影响流道板11与喷嘴体14两者之间的压力。当压力不足，或多个喷嘴轴向压力有差异，都会使熔胶造成在B面的泄漏。另一方面，在喷嘴凸肩A面，热量直接传导到定模板上，损耗热流道的能量。 ※图3上C面是承压圈9和定模固定板2之间的装配面。它们之间应留有0.03～0.05mm的间隙量。否则喷嘴轴线上各零件的膨胀，所产生的热压应力会压溃定模固定板。多个喷嘴轴向压力有差异，会引起流道板的弯曲变形，也会造成B面上熔胶的泄漏。 整体式热流道热补偿 如图4所示针阀式喷嘴，锥头阀针用油缸活塞驱动。 驱动油缸3安装在流道板上。喷嘴壳体18上无凸肩，只有浇口套21固定在定模板上。喷嘴轴线方向产生的热膨胀，不受定模固定板的约束，没有对喷嘴的反压力。不过，座落在流道板上的油缸需要钛合金绝热，并用水循环冷却。但是，流道板的横向热膨胀，自中央定位销20向外热延伸，如图5所示。 需计算预测流道板的横向膨胀量。见图5上，在室温下流道板上流道出口位置的尺寸为Lp，工作温度下流道板上流道出口位置的尺寸为Lq，有 式中Lp—室温下流道板上流道出口位置尺寸,mm； Li—室温下喷嘴注射点的位置尺寸, mm； Lq—工作温度下流道板上流道出口位置的尺寸,mm； Tm—模具的温度，℃； Tr —室温，20℃； Tf —塑料熔料的注射温度。 如图4所示的热流道板全长740mm，宽174mm。最远的注射点距离中心376mm，设计图纸上Li=376mm。流道板用4Cr13钢，有aFe=11.5×10-6/℃。定模板用P20(美)，有aFe=12.8×10-6/℃。温度Tf=240℃，Tm=45℃，Tr=20℃。求室温下流道板上流道出口的位置尺寸Lp。 在高温工作状态下，流道板上喷嘴轴线应与定模板的喷嘴轴线重合，式(1)和式(2)相等，Lq = Lq。得到下式后，计算室温下流道板上注射口轴线，距离模具中央Lp。计算有 在室温下加工定模板时，喷嘴轴线距模距中央距离应为Li=376mm。而室温下加工流道板，流道板上注射出口轴线距模具中央距离Lp=375.17mm。在高温下注射成型时这两条轴线重合，Lq=376.12mm。 流道板上喷嘴安装的横向位置尺寸，最大膨胀量有0.95mm。在工作温度下，喷嘴浇口套固装在45℃的定模板上，喷嘴的螺纹联接段有240℃工作温度。室温下的流道板的注射点经热补偿，在注射工作温度下，流道板上流道轴线能与定模板的喷嘴轴线重合。 整体式热流道喷嘴的强度和柔度 喷嘴壳体的壁厚受到熔胶压力的周期性作用，存在开裂的疲劳强度问题，受到内压作用的喷嘴，有最小壁厚的限制。 在室温下将多个喷嘴压入定模板的浇口孔中，在热流道系统升温的过程中，螺纹联接的喷嘴还会产生轴线方向的弯曲变形，如图6所示。流道板从中央起始，有横向的热膨胀变形△L，而喷嘴的浇口段固定在定模板中，浇口段的固定截面上有最大弯曲应力作用。在喷嘴与流道板螺纹联接有附加弯矩下，需要有较大的壁厚，才有强度安全。 流道板的横向热膨胀的热伸长，随着尺寸参数增大愈加严重。大流道喷嘴的外径较粗大，刚性好但轴向柔度差。为实现喷嘴既有强度又要有弯曲柔性， 如图4所示，在喷嘴螺纹联接段外，割挖周向凹槽，提高轴线方向的弯曲柔度。此凹槽截面由圆弧和斜面组成，防止应力集中，开槽位置在喷嘴壳体非危险截面，喷嘴筒体的最小壁厚应仍有足够的强度。为了便于整体式热流道的安装，将热流道和喷嘴加热到120℃，插装到定模板中。 整体式热流道的螺纹联接 如图4所示针阀式喷嘴，喷嘴头的螺纹M20×1，有六角头并紧。六角头端面与流道板之间有足够间隙，让封胶端面有足够的压紧力，还要有防止螺纹联接松动的措施。联接螺牙应有足够强度和较高精度，要能拆卸。螺牙表面经过氮化处理。 大型整体式热流道介绍 见图7注射汽车散热器装饰条的浇注系统。ABS装饰条有45克，长约700mm，壁厚3mm，共有五个注射点。上游是热流道系统，五个针阀式喷嘴用时间顺序器控制开闭。喷嘴的浇口是锥头阀针下的直浇口，冷流道从直浇口开始，熔料由流道输送到潜伏式浇口注塑装饰条。 时间顺序控制器串接在注塑机的顺序控制系统里，由注射过程的信号触发后，可调整五个针阀式喷嘴的开启和关闭的时间。在加工现场试射时，调整时间顺序控制器上各喷嘴启闭的时间设置。中央喷嘴注射的熔料被推进至左右相邻浇口位置时，才开启这两个喷嘴的阀针，可消除装饰长度方向上的熔合缝。 如图8所示，整体式热流道的针阀式喷嘴由油缸驱动，输入压力油的油压3MPa，作用在35mm直径的活塞上，有效面积为735mm2，可产生闭合力有2205N。阀针直径5mm，阀针在闭合时能推挤112.3MPa(1150kgf/cm2) 的高压熔料。油缸体用冷却水循环致冷，二进二出回路，一路串接三个油缸，另一路串接二个油缸。油缸体保持在40～45℃温度，保证油缸上密封圈正常工作，还用15mm厚的钛合金承压圈，阻隔流道板上热量的传导。在定模板框内的加热导线、测温热电偶引线、油管线和水冷管线都包裹有隔热外套层，并有可靠夹固。喷嘴长206mm，外径24mm，壳体壁厚6.5mm，喷嘴前端直浇口的小端口径2.5mm。浇口套的外径12mm，配合长度14mm，压入定模的孔中，有足够强度，又能得到有效冷却。 整体式热流道的优势 整体式热流道系统有五方面的优势，必将成为一种常用热流道结构。 1. 相比压力联接，喷嘴与流道板螺纹联接减少了50%的熔胶泄漏可能性。 2. 喷嘴取消了大直径的凸肩段，没有多个喷嘴凸肩在定模板孔座中的轴向定位一致性问题。避免了定模板的加工误差对安装精度的影响。 3. 避免喷嘴凸肩对定模板孔座的热传导，使定模型腔板的冷却更有效，热流道系统的温度分布趋于合理。 4. 直筒式的喷嘴壳体的切削加工方便，省工省料。 5. 整体式热流道系统在注射模具的安装和调整，比压力联接式热流道简捷得多。

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