評(píng)估熱流道系統(tǒng)的六個(gè)關(guān)鍵因素

文/美國(guó)注塑成型（AIM）研究所 David Hoffman Beaumont科技公司 John Blundy

在選擇和整合一個(gè)熱流道系統(tǒng)時(shí)，細(xì)節(jié)很重要。本指南通過(guò)全面覆蓋這些細(xì)節(jié)使這一過(guò)程更加容易。

在熱流道系統(tǒng)方面，模具制造商和注塑成型商有著不同的要求。模具制造商經(jīng)常關(guān)心價(jià)格、交貨和質(zhì)量，而注塑成型商關(guān)注的是操作、性能和易于維護(hù)。然而，在考慮熱流道系統(tǒng)和供應(yīng)商時(shí)，模具制造商和注塑成型商必須參與決策過(guò)程，以確保從現(xiàn)有的系統(tǒng)中進(jìn)行最佳的選擇，并優(yōu)化熱流道系統(tǒng)在模具中的整合。

在評(píng)估熱流道系統(tǒng)時(shí)，需要考慮以下六個(gè)重要因素：

1.歧管加熱器

對(duì)于安裝熱流道，大多數(shù)的成型商使用一臺(tái)壓入式加熱器（如圖1所示）。如果加熱器與歧管接觸不均勻，則加熱器元件中會(huì)產(chǎn)生過(guò)熱點(diǎn)，從而導(dǎo)致歧管本身過(guò)早失效和加熱不均勻。而且，工藝性能會(huì)受到一些工程材料的影響，因?yàn)樗鼈兊酿ざ瓤赡鼙韧ㄓ脴?shù)脂如聚丙烯和聚乙烯等更具溫度敏感性。

圖1 這種四點(diǎn)熱流道系統(tǒng)具有壓入式管狀加熱器（圖片來(lái)自Incoe公司）

2.注嘴加熱器

測(cè)量每個(gè)注嘴加熱器的歐姆電阻，可以在排除熱流道系統(tǒng)故障時(shí)提供良好的信息。太大的差異可能會(huì)阻止溫度的均勻分布，并且過(guò)程變化的可能性會(huì)增加。另外，由于工作負(fù)擔(dān)要求增加，因而降低了低效率加熱器的壽命。

圖1a 該圖顯示了額外熱膨脹后的位置。注意這里的有效流道較少（圖片來(lái)自Beaumont科技公司和AIM研究所）

3.注嘴梢部孔

Hagen Poiseuille方程：ΔP=（8Qln）/（πr4）中定義了塑料注塑成型中的壓力差，其中Q是流量，l是流道長(zhǎng)度，n是材料黏度，r是流道的半徑。

圖1b 熱嘴的自然位置和預(yù)期的熱膨脹（圖片來(lái)自Beaumont科技公司和AIM研究所）

該公式表明，“r”值中的任何微小差異（包括熱流道注嘴和澆口尖端中的孔口）都會(huì)受到四次冪的影響。這意味著半徑上的小變化將導(dǎo)致澆口尖端之間的壓力降會(huì)有相當(dāng)大的不同。普遍的看法是，如果澆口尖端都在公差范圍內(nèi)，那就沒(méi)有問(wèn)題。然而，雖然詢(xún)問(wèn)可接受的公差與澆口尖端的尺寸十分重要，但它們?cè)诠罘秶鷥?nèi)并不意味著壓力降不會(huì)有差異。

例 如， 在 0.300 in（ 約7.62 mm）澆口直徑上的公差±0.002 in（約0.05 mm）可能是太大的公差范圍，不能實(shí)現(xiàn)前后一致的成型。當(dāng)然，成型商可以單獨(dú)調(diào)整尖端溫度，試著克服這些變化。重要的是要理解通過(guò)這樣做，成型商正在改變部件成型的材料條件。如果成型商運(yùn)行半結(jié)晶材料，那么 可能會(huì)在澆口附近產(chǎn)生比部件其他區(qū)域更多的結(jié)晶度差異問(wèn)題。

圖2 檢查橫跨整個(gè)注嘴梢部的疊層高度的均勻性，對(duì)于避免這里所示的公差疊加問(wèn)題非常重要（圖片來(lái)自Beaumont科技公司和AIM研究所）

另外，由于不同的溫度設(shè)置而造成的注嘴和歧管鋼的熱膨脹差異，最終可能導(dǎo)致其他的充模變化、泄漏或破損問(wèn)題。例如，如果一個(gè)型腔是在其他型腔后面充模，則成型商可能提高為該型腔供料的注嘴的溫度。然而，因?yàn)轭~外的熱膨脹，溫度升高可能會(huì)使?jié)部诩舛诉M(jìn)一步進(jìn)入澆口孔。這減小了有效半徑（r），最終限制了流量并抵消了溫度的升高（如圖1a、圖1b所示）。

重要的是要理解提高局部注嘴或歧管溫度可能會(huì)導(dǎo)致周期時(shí)間的增加，因?yàn)樵搮^(qū)域的材料和模具會(huì)在更長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)保持較熱。

4.疊層高度

檢查橫跨整個(gè)注嘴梢部的疊層高度的均勻性很重要（如圖2所示）。如果這些尺寸變化，那么與澆口的接合也將變化，并且這些變化可能會(huì)影響加工能力，這是因?yàn)榱鞯赖男螤畛霈F(xiàn)差異。為此，索要檢查報(bào)告并咨詢(xún)歧管供應(yīng)商以獲得可接受的公差。同時(shí)重新檢查壓力降公式，看看供應(yīng)商提供的公差對(duì)于給定的工藝和部件是否可以接受。

5.流道

所有的槍鉆制造商都聲稱(chēng)每英寸行程有0.001 in（約0.025 mm）的變化。核實(shí)一下他們是否可以確認(rèn)對(duì)流道的交叉鉆孔不會(huì)在交叉鉆孔的熱流道交叉處留下一個(gè)臺(tái)階。再次參考前面的公式，核實(shí)一下槍鉆制造商是否仔細(xì)研究和完善了流道。流道的變化可能會(huì)在歧管區(qū)域的壓力降上產(chǎn)生差異。同樣，這涉及包含半徑（r）的公式部分，它被提升到四次冪。

流道中的臺(tái)階處會(huì)產(chǎn)生死斑，在清洗時(shí)不能很好地沖洗掉，會(huì)引起顏色變化和材料降解的問(wèn)題。而且，這些臺(tái)階有可能使材料長(zhǎng)時(shí)間置于歧管中，增加了聚合物熱降解的可能性。

關(guān)于作者

David Hoffman是美國(guó)注塑成型（AIM）研究所塑料教育和培訓(xùn)的高級(jí)講師兼開(kāi)發(fā)經(jīng)理。John Blundy是Beaumont科技公司業(yè)務(wù)發(fā)展副總裁。

聚合物在流道交叉處周?chē)淖匀涣鲝揭矔?huì)產(chǎn)生這些死斑。即使流道交叉處完全對(duì)齊，也會(huì)發(fā)生這種情況（如圖3所示）。

圖3 聚合物通過(guò)分支流道和拐角處的自然流徑顯示為紅色。潛在的停滯位置以藍(lán)色表示（圖片來(lái)自Beaumont科技公司和AIM研究所）

6.系統(tǒng)成本

系統(tǒng)成本經(jīng)常是要考慮的最重要的事情之一，但僅僅依靠各個(gè)供應(yīng)商的報(bào)價(jià)并不是解決這個(gè)問(wèn)題的最佳方法。熟悉每家熱流道供應(yīng)商提供的各種選項(xiàng)是有幫助的。例如，某些供應(yīng)商能夠提供當(dāng)模具仍在注塑機(jī)中時(shí)可將歧管與模具分離的能力，這樣就減少了維護(hù)和停機(jī)時(shí)間。另一個(gè)需要考慮的是如何制造流道。制造方法可能影響顏色的變化并且需要在傳統(tǒng)清洗方法基礎(chǔ)上的額外清除步驟。

人們經(jīng)常說(shuō)細(xì)節(jié)決定成敗，這當(dāng)然也適用于熱流道系統(tǒng)的評(píng)估和性能。出現(xiàn)問(wèn)題后，重要的是要知道一些常見(jiàn)的挑戰(zhàn)和潛在的變化來(lái)源，包括裝配點(diǎn)的高壓、冷模和壓板的共存、澆口問(wèn)題（冷卻、堵塞、滴料、拉絲）、成型商的技術(shù)水平、注射量、滯留時(shí)間、泄漏（如圖4所示）、閥針座、剪切流動(dòng)不平衡、功耗和熱電偶放置和接觸。

圖4 這個(gè)泄漏的歧管導(dǎo)致塑料包住熱流道布線（圖片來(lái)自Beaumont科技公司和AIM研究所）

做出更明智的決定需要全面了解熱流道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造工藝和可用選項(xiàng)，同時(shí)還需要對(duì)故障排除和模具的合格標(biāo)準(zhǔn)有深入的了解。了解以上所介紹的六個(gè)因素將有助于減少停機(jī)時(shí)間、提高零部件的質(zhì)量并降低總成本。