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熱流道基礎知識

核心提示:熱流道模具與普通流道模具相比,具有注塑效率高、成型塑件質量好和節約原料等優點,隨著聚合物工業的發展,熱流道技術正不斷地發展完善,其應用范圍也越來越廣泛。 熱流道是通過加熱的辦法來保證流道和澆口的塑料保持熔融狀態。由于在流道附近或中心設有加熱棒和加熱圈
 熱流道模具與普通流道模具相比,具有注塑效率高、成型塑件質量好和節約原料等優點,隨著聚合物工業的發展,熱流道技術正不斷地發展完善,其應用范圍也越來越廣泛。 

熱流道是通過加熱的辦法來保證流道和澆口的塑料保持熔融狀態。由于在流道附近或中心設有加熱棒和加熱圈,從注塑機噴嘴出口到澆口的整個流道都處于高溫狀態,使流道中的塑料保持熔融,?;笠話悴恍枰蚩韉廊〕瞿?,再開機時只需加熱流道到所需溫度即可。 

熱流道注射成型法于20世紀50年代問世,經歷了一段較長時間地推廣以后,其市場占有率逐年上升,80年代中期,美國的熱流道模具占注射模具總數的15%~17% ,歐洲為12%~15% ,日本約為10% 。但到了90年代,美國生產的塑料注射模具中熱流道模具已占40%以上,在大型制品的注射模具中則占90%以上。 

熱流道系統的優勢 

節約原料、降低制品成本是熱流道模具最顯著的特點。普通澆注系統中要產生大量的料柄,在生產小制品時,澆注系統凝料的重量可能超過制品重量。由于塑料在熱流道模具內一直處于熔融狀態,制品不需修剪澆口,基本上是無廢料加工,因此可節約大量原材料。由于不需廢料的回收、挑選、粉碎、染色等工序,故省工、省時、節能降耗。 

注射料中因不再摻入經過反復加工的澆口料,故產品質量可以得到顯著地提高,同時由于澆注系統塑料保持熔融,流動時壓力損失小,因而容易實現多澆口、多型腔模具及大型制品的低壓注射。熱澆口利于壓力傳遞,在一定程度上能克服塑件由于補料不足而形成的凹陷、縮孔、變形等缺陷。 

適用樹脂范圍廣,成型條件設定方便。由于熱流道溫控系統技術的完善及發展,現在熱流道不僅可以用于熔融溫度較寬的聚乙烯、聚丙烯,也能用于加工溫度范圍窄的熱敏性塑料,如聚氯乙烯、聚甲醛(POM)等。對易產生流涎的聚酰胺(PA),通過選用閥式熱噴嘴也能實現熱流道成型。 

另外,操作簡化、縮短成型周期也是熱流道模具的一個重要特點。與普通流道相比,縮短了開合模行程,不僅制件的脫模和成型周期縮短,而且有利于實現自動化生產。據統計,與普通流道相比,改用熱流道后的成型周期一般可以縮短30%。 

熱流道系統的結構 

熱流道系統一般由熱噴嘴、分流板、溫控箱和附件等幾部分組成。熱噴嘴一般包括兩種:開放式熱噴嘴和針閥式熱噴嘴。由于熱噴嘴形式直接決定熱流道系統選用和模具的制造,因而常相應的將熱流道系統分成開放式熱流道系統和針閥式熱流道系統。分流板在一模多腔或者多點進料、單點進料但料位偏置時采用。材料通常采用P20或H13。分流板一般分為標準和非標準兩大類,其結構形式主要由型腔在模具上的分布情況、噴嘴排列及澆口位置來決定。溫控箱包括主機、電纜、連接器和接線公母插座等。熱流道附件通常包括:加熱器和熱電偶、流道密封圈、接插件及接線盒等。 

熱流道系統的分類 

一般說來,熱流道系統分為單頭熱流道系統、多頭熱流道系統以及閥澆口熱流道系統。單頭熱流道系統主要由單個噴嘴、噴嘴頭、噴嘴連接板、溫控系統等組成。單頭熱流道系統塑料模具結構較簡單。將熔融狀態塑料由注塑機注入噴嘴連接板,經噴嘴到達噴嘴頭后,注入型腔。需要控制尺寸d、D、L和通過調整噴嘴連接板的厚度尺寸,使定模固定板壓緊噴嘴連接板的端面,控制噴嘴的軸向位移,或者直接利用注塑機噴嘴頂住噴嘴連接板的端面,也可達到同樣目的。在定模固定板的合適位置設置一條引線槽,讓電源線從模具內引出與安裝在模具上的接線座連接。

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多頭熱流道系統塑料模具結構較復雜。熔融狀塑料由注塑機注入噴嘴連接板,經熱流道板流向噴嘴后到達噴嘴頭,然后注入型腔。熱流道系統的噴嘴與定模板有徑向尺寸D配合要求和軸向尺寸限位要求。噴嘴頭與定模鑲塊有徑向尺寸d配合要求,保證熔融狀態的塑料不溢流到非型腔部位,并要求定模鑲塊的硬度淬硬50HRC左右。分型面到熱噴嘴軸向定位面之間的距離L必須嚴格控制,該尺寸應根據常溫狀態下噴嘴的實際距離L′加上模具正常工作溫度下噴嘴的實際延伸量ΔL確定。為了保證噴嘴與熱流道板貼合可靠,不使熱流道板產生變形,在噴嘴的頂部上方設有調整墊,該調整墊與噴嘴自身的軸向定位面一起限制了噴嘴在軸向的移動,且有效地控制了熱流道板可能產生的變形。在常溫狀態下,調整墊與熱流道板和定模固定板之間控制0.025mm 間隙以便模具受熱后,在工作溫度狀態時調整墊恰好壓緊。熱流道系統的定位座和定位銷一起控制了熱流道板在模具中的位置。定位座與定模板有徑向尺寸D2配合要求,而且深度h必須控制準確,定位座的軸向起著支承熱流道板的作用,直接承受注射機的注射壓力。定位銷與熱流道板固定板有配合要求。熱流道板與模板之間必須留有足夠的空隙,以便包裹隔熱材料。熱流道板和固定板必須設有足夠的布線槽,讓電源線從模具內引出與安裝在模具上的接線座連接。噴嘴連接板與定模固定板之間有徑向尺寸D1配合要求,以便注塑機的注射頭與模具上的噴嘴連接板配合良好。在熱流道板附近,將定模板、熱流道板固定板、定模固定板用螺釘連接起來,增強熱流道板的剛性。 

閥澆口熱流道系統塑料模具結構最復雜。它與普通多頭熱流道系統塑料模具有相同的結構,另外還多了一套閥針傳動裝置控制閥針的開、閉運動。該傳動裝置相當于一只液壓油缸,利用注射機的液壓裝置與模具連接,形成液壓回路,實現閥針的開、閉運動,控制熔融狀態塑料注入型腔。

熱流道塑料模具設計程序 

首先,根據塑件結構和使用要求,確定進料口位置。只要塑件結構允許,在定模鑲塊內噴嘴和噴嘴頭不與成型結構干涉,熱流道系統的進料口可放置在塑件的任何位置上。常規塑件注射成形的進料口位置通常根據經驗選擇。對于大而復雜的異型塑件,注射成形的進料口位置可運用計算機輔助分析(CAE)模擬熔融狀塑料在型腔內的流動情況,分析模具各部位的冷卻效果,確定比較理想的進料口位置。 

然后,確定熱流道系統的噴嘴頭形式。塑件材料和產品的使用特性是選擇噴嘴頭形式的關鍵因素,塑件的生產批量和模具的制造成本也是選擇噴嘴頭形式的重要因素。 #p#分頁標題#e#

第三,根據塑件的生產批量和注射設備的噸位大小,確定每模的腔數。 

第四,由已確定的進料口位置和每模的腔數確定噴嘴的個數。如果成形某一產品,選擇一模一件一個進料口,則只要一個噴嘴,即選用單頭熱流道系統;如果成形某一產品,選擇一模多腔或一模一腔二個以上進料口,則就要多個噴嘴,即選用多頭熱流道系統,但對有橫流道的模具結構除外。 

第五,根據塑件重量和噴嘴個數,確定噴嘴徑向尺寸的大小。目前相同形式的噴嘴有多個尺寸系列,分別滿足不同重量范圍內的塑件成形要求。 

第六,根據塑件結構確定模具結構尺寸,再根據定模鑲塊和定模板的厚度尺寸選擇噴嘴標準長度系列尺寸,最后修整定模板的厚度尺寸及其他與熱流道系統相關的尺寸。 

第七,根據熱流道板的形狀確定熱流道固定板的形狀,在其板上布置電源線引線槽,并在熱流道板、噴嘴、噴嘴頭附近設計足夠的冷卻水環路。 

第八,完成熱流道系統塑料模具的設計圖繪制。 

熱流道系統的發展方向 

目前,熱流道系統存在一些缺陷,如模具結構復雜、加熱器組件易損壞、制造費用高、需要較精密的溫度控制裝置、成型樹脂必須清潔無雜物、樹脂更換及換色較困難、維修保養較復雜等,不過這些缺陷正在逐漸被克服。當前,國內外熱流道模具的主要發展趨勢可歸納為以下幾個方面。 

元件的小型化,以實現小型制品的一模多腔和大型制品多澆口充模。通過縮小噴嘴空間,可在模具上配置更多型腔,提高制品的產量和注射機的利用率。在90年代,Master公司開發的噴嘴最小可至15.875mm;Husky公司開發的多澆口噴嘴,每個噴嘴有4個澆口,澆口距可近至9.067mm;Osco公司開發的組合復式噴嘴,每個噴嘴有12個澆口探針,可用于48腔模具的成型。MoldMaters公司針對小型制件的空間限制,在2001年開發了用于小制件的噴嘴,含整體加熱器、針尖和熔體通道,體積直徑小于9mm,澆口距僅為10mm,可成型重量為1~30g 的制品。 

熱流道元件的標準化、系列化。當前,用戶要求模具設計和制造周期越來越短,將熱流道元件標準化不僅有利于減少設計工作的重復和降低模具的造價,并且十分便于對易損零部件的更換和維修。據報道,Polyshot公司已開發出快換熱流道模具系統,尤其適于注射壓力為70kN的小型注射機。Husky、Presto 和Moldmasters等公司的噴嘴、閥桿和分流板都作為標準型便于快速更換和交付模具,現在國外只需4 周即可交付模具。 

熱流道模具設計整體可靠性提高。如今國內外各大模具公司對熱流道板的設計和熱噴嘴相連接部分的壓力分布、溫度分布、密封等問題的研究開發極為重視。疊層熱流道注射模的開發和利用也是一個熱點。疊式模具可有效增加型腔數量,而對注射機合模力的要求只需增加10%~15%。疊式熱流道模具在國外一些發達國家已用于工業化。 

改善熱流道元件材料的目的在于提高噴嘴和熱流道的耐磨性和用于敏感材料成型。如使用鉬鈦等韌性合金材料制造噴嘴,以金屬粉末注射成型經燒結制成熱流道元件已成為可能。 

開發精確的溫控系統。在熱流道模具模塑中,開發更精密的溫控裝置,控制熱流道板和澆口中的熔融樹脂的溫度是防止樹脂過熱降解和產品性能降低的有效措施。 

將熱流道用于共注。通過支管和熱噴嘴元件的有效組合設計可使共注成型與熱流道技術相結合,由此成型3層、5層甚至更多層的復合塑料制品。例如Kortec公司開發出了熔體輸送系統和共注噴嘴;Incoe 公司的多出口、多模腔共注支管生產線能用于多材料多組分共注射。

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