王 旭　朱傳林　侯景杰　張海珍

摘 要：模具工業(yè)素有“工業(yè)之母”之稱，不斷快速推廣各項世界級的新技術(shù)。其中，熱流道技術(shù)的應(yīng)用與普及尤為突出，成為該領(lǐng)域的一種關(guān)鍵技術(shù)。本文闡述了熱流道技術(shù)的原理和應(yīng)用知識，分析了熱流道模具的設(shè)計重點（涵蓋導(dǎo)熱與冷卻、熱量排布、強度控制、進膠平衡等），并介紹了熱流道選型方法，以便將熱流道技術(shù)更好地應(yīng)用于模具設(shè)計中。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)熱與冷卻;熱量排布;強度控制;進膠平衡

中圖分類號：TQ320.5 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）35-0065-03

Application of Hot Runner Technology in Plastic Injection Mold

WANG Xu ZHU Chuanlin HOU Jingjie ZHANG Haizhen

（Henan Key Laboratory of Medical Polymer Materials Technology and Application， Henan Tuoren Research Institute of Medical Devices Co.， Ltd.， Changyuan Henan 453400）

Abstract： The mold industry is known as the "mother of industry"， and it continues to rapidly promote various world-class new technologies. Among them， the application and popularization of hot runner technology is particularly prominent and has become a key technology in this field. This paper explained the principle and application knowledge of hot runner technology， analyzed the design focus of hot runner molds （covering heat conduction and cooling， heat distribution， strength control， glue feeding balance， etc.）， and introduced hot runner selection methods in order to better apply hot runner technology to mold design.

Keywords： heat conduction and cooling;heat distribution;strength control;glue feeding balance

熱流道的基本原理是在塑膠注塑模具中，為實現(xiàn)塑膠熔融體在型腔中持續(xù)流動，對主流道、分流道、澆口進行恰當(dāng)?shù)臏囟瓤刂?，使得塑膠能夠一直保持在熔融狀態(tài)[1]，從而實現(xiàn)連續(xù)注塑的效果。熱流道系統(tǒng)通常由熱流道板、溫度控制器、噴嘴和輔助零件等幾部分構(gòu)成[2]。熱流道系統(tǒng)自身相當(dāng)于注塑機的一個延伸膠道，使得進膠無水口料產(chǎn)生。

1 導(dǎo)熱與冷卻

1.1 導(dǎo)熱

熱流道系統(tǒng)的功能是銜接注塑機到產(chǎn)品型腔之間的延伸膠道。熱流道系統(tǒng)的設(shè)計理念是在需要導(dǎo)熱的部位進行導(dǎo)熱處理，如塑膠熔體的流道，在需要隔熱的部位進行隔熱處理。例如，在需要使用氣缸來實現(xiàn)模具開模動作時，為避免氣缸受熱繼而熱膨脹導(dǎo)致卡死情況，人們需要在模架上對氣缸進行隔熱處理。熱流道供應(yīng)商依據(jù)塑膠物性表，在熱流道溫度設(shè)定上尋找一個臨界平衡點。那么，如何實現(xiàn)直接有效的溫度控制呢？導(dǎo)熱系數(shù)越大，越有利于傳熱，相反，導(dǎo)熱系數(shù)越小，越不利于傳熱。不同的金屬材質(zhì)存在顯著的導(dǎo)熱系數(shù)差異，例如，銅的導(dǎo)熱系數(shù)為401W/（m·K），鐵的導(dǎo)熱系數(shù)為80W/（m·K），45號鋼材的導(dǎo)熱系數(shù)為50W/（m·K），鈦合金的導(dǎo)熱系數(shù)為7～8W/（m·k）。因此，使用導(dǎo)熱系數(shù)大的材質(zhì)導(dǎo)熱，使用導(dǎo)熱系數(shù)小的材質(zhì)作為隔熱介質(zhì)進行隔熱，能夠?qū)崿F(xiàn)有效的溫度控制。另外，在對流道和澆口這些關(guān)鍵部位進行溫度控制時，可以借助熱管技術(shù)實現(xiàn)溫度控制精度的進一步提高[3]。控制好導(dǎo)熱，還可以減少能量消耗。

1.2 冷卻

熱流道所在模胚需要設(shè)計運水，以便實現(xiàn)隔熱的同時更好地控制模具溫度。熱咀尖端部分的運水冷卻更是重中之重，如果這部分冷卻不佳甚至壓根沒有，則會引起熱量集中，注塑殘留壓力將壓著澆口部分冷卻不到位的熔融料流出，造成流延、滴料等嚴(yán)重后果。因此，為避免出現(xiàn)上述現(xiàn)象，應(yīng)提前在模具設(shè)計階段做好該區(qū)域的冷卻設(shè)計。

在具體的模具設(shè)計中，考慮到產(chǎn)品所需要的模溫和冷卻熱咀所需要的溫度不一致，模具設(shè)計時要單獨控制熱咀溫度，否則一旦出現(xiàn)問題，很難再進行修改。比較理想的運水方式是在熱咀周圈單獨設(shè)計獨立的熱流道冷卻水路，推薦運水方式有兩種。一是做冷卻水套，水路做一圈，呈一進一出環(huán)形，如圖1所示;二是運用金屬3D打印技術(shù)制造熱咀的熱流道運水套，如圖2所示。

圖1 冷卻水套

圖2 熱流道運水套

2 熱量排布與強度控制

模具采用熱流道實現(xiàn)進膠時，既要注意熱量的排布，保證其熱量不易散失，又要保證模架能夠承載住熱流道的巨大膨脹力和注塑張力，因為一旦承載不了，熱流道借助熱嘴與熱流板接觸部分封閉實現(xiàn)封膠這一平衡就會被打破。控制熱量方面，可以通過分流板自身的隔熱介質(zhì)與模板的避空位（減少接觸面積）來實現(xiàn)，封閉狀態(tài)下的空氣，其導(dǎo)熱系數(shù)為0.023W/（m·K），可作為不良導(dǎo)熱體，借助避空位之間的空氣能達到既保留住熱流道系統(tǒng)熱量，同時保證模架不至于因過度受熱而膨脹的優(yōu)越效果;模具強度方面，可以在模板內(nèi)部設(shè)置加工支撐位，最佳設(shè)計方案是保證熱量排布的同時在分流板周圍設(shè)置適當(dāng)數(shù)量的支撐位與螺絲來固定。

3 進膠平衡，流動順暢

塑膠流體在熱流道系統(tǒng)中要確保每個型腔達到完全平衡[4]，能夠控制產(chǎn)品的各個型腔同步填充，否則就會出現(xiàn)沖壓不同，無法保證產(chǎn)品的一致性。

進膠平衡方面，通常采用自然平衡式分流道[5]，即保證各個分流道長度、尺寸和斷面形狀完全一致。發(fā)展到近期，其逐漸演變?yōu)榱鞯婪謱臃绞?。這樣可以避免角度不同而造成進膠不平衡，特別是針對多型腔產(chǎn)品進膠平衡能提供完美的方案。

流道順暢方面，要保證流道轉(zhuǎn)角處得到光滑處理，這樣可以減小壓力損失，避免出現(xiàn)熔融料因滯留流道內(nèi)而熱分解的情況[2]。當(dāng)前，拐角處理方式日趨多樣化，例如，MOLD-MASTER（加拿大）熱流道采用已獲得專利認(rèn)證的雙片焊接式分流板技術(shù)（見圖3），流道經(jīng)過專業(yè)研磨和拋光，圓滑順暢無死角，可充分滿足快速和精確換色的需求，能夠?qū)崿F(xiàn)進膠最佳平衡效果。根據(jù)塑料熔融料流動特點，EWIKON（德國）熱流道采用經(jīng)特殊工藝處理的流線型定向鑲件（見圖4），消除尖角和死角，保證任何狀態(tài)都是過盈不松動狀態(tài)，膠料流道順暢無死角，同時也有利于實現(xiàn)注塑過程中快速換色，這種方式需要在流道拐角處下足功夫進行處理。

圖3 雙片焊接式分流板

圖4 流線型定向鑲件

4 熱流道的應(yīng)用注意事項

4.1 塑料對熱流道系統(tǒng)設(shè)計的影響

能夠采用熱流道系統(tǒng)進行注塑成型的塑料材質(zhì)種類是多樣的，如PP、PMMA、SAN、ABS、PCTA、PE、PS、PA、TPI等。熱流道在生產(chǎn)使用過程中的折舊消耗與塑料材質(zhì)自身的剪切性與磨損性直接相關(guān)，如果PP材質(zhì)基本上沒有磨損，POM與尼龍材質(zhì)剪切有風(fēng)險，在出熱流道方案時需要注明塑料種類及型號，以便在熱流道設(shè)計時依據(jù)塑料物性表來分類對待、處理和選擇（如決定采用閥針式系統(tǒng)還是非針閥系統(tǒng)）。

當(dāng)模具的熱流道系統(tǒng)加工完畢并完成在模具上的安裝時，生產(chǎn)階段不能隨意更換注塑材料，原因有二。一是熱流道溫度不一樣會導(dǎo)致熱流道熱膨脹尺寸不一樣，會導(dǎo)致模板凹陷、壓力碟碎裂、分流板漏膠的后果;二是因不同塑料的流動性不一樣，熱流道的設(shè)計參數(shù)也不一樣，熱流道是針對特定塑膠材質(zhì)的物性表而設(shè)計的。

當(dāng)模具的熱流道系統(tǒng)加工完畢并完成在模具上的安裝時，也不能隨意更換塑料顏色，除非出熱流道方案已明確提出換色需求。為了實現(xiàn)快速精準(zhǔn)的換色效果，熱流道廠家需要提前在結(jié)構(gòu)上做特殊處理，如不提前說明，后續(xù)可能會影響模具的正常使用。

此外，熱流道設(shè)計之前，需要確認(rèn)模具設(shè)計參數(shù)，如產(chǎn)品厚度、產(chǎn)品重量、型腔數(shù)、注塑機類型、澆口開在產(chǎn)品還是流道上等事項，一經(jīng)確定不再變更。

4.2 針對不同模具特征要求的熱流道選型

一是普通開放式。如果產(chǎn)品結(jié)構(gòu)受限，模具開模動作較多，進膠口不能夠直接點到產(chǎn)品上，就可以選擇開放式熱流道，從而減少水口料和降低注塑壓力。在采用開放式熱流道時，通常選用單個熱咀，用于微型半熱流道。二是針閥式。在模具結(jié)構(gòu)不受限制且產(chǎn)品外觀要求高時，可以采用針閥式熱流道直接進膠點到產(chǎn)品上，但是針閥式熱流成本相對較高。三是點澆口。當(dāng)產(chǎn)品外觀面要求不高且可以直接進膠到產(chǎn)品時，可以采用點澆口熱流道。點澆口熱流道成本相對較低。四是側(cè)澆口。在產(chǎn)品上、下表面都找不到合適的進澆口位置時，可以通過側(cè)澆口方式在產(chǎn)品側(cè)面實現(xiàn)進膠。

4.3 熱流道在注塑模具生產(chǎn)中使用的注意事項

塑膠原料要保證干凈無雜質(zhì)，防止鐵屑等異物進入系統(tǒng)而堵塞澆口;要保持冷卻水路運作正常，確保模板無漏水現(xiàn)象;要隨時觀測溫控器功率變化，正常功率波動不超過2%;生產(chǎn)中如果需要臨時停機，要將熱流道溫度調(diào)整到保溫狀態(tài);如果在生產(chǎn)中需要關(guān)閉某一點，不能直接關(guān)閉，需要將溫度降低到120℃左右，以防止溫度過低、膨脹不足，造成漏料。

5 結(jié)語

熱流道技術(shù)現(xiàn)如今在中國乃至全球已經(jīng)應(yīng)用極為廣泛，隨著開發(fā)進度的快速提升，該技術(shù)逐步輻射到其他方向（如雙色/多色共注塑）[6-9]，因此有必要深入研究熱流道技術(shù)。本文論述了熱流道系統(tǒng)的工作原理和導(dǎo)熱與冷卻、熱量排布、強度控制、進膠平衡等方面的應(yīng)用知識。當(dāng)前，塑膠注塑模具設(shè)計者可以采用熱流道選型方法，對導(dǎo)熱、冷卻、熱量排布與強度控制、進膠平衡等進行合理安排和設(shè)計，最終達到完美的產(chǎn)品設(shè)計效果。

參考文獻：

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