評估熱流道系統的六個關鍵因素

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

在選擇和整合一個熱流道系統時，細節很重要。本指南通過全面覆蓋這些細節使這一過程更加容易。

在熱流道系統方面，模具制造商和注塑成型商有著不同的要求。模具制造商經常關心價格、交貨和質量，而注塑成型商關注的是操作、性能和易于維護。然而，在考慮熱流道系統和供應商時，模具制造商和注塑成型商必須參與決策過程，以確保從現有的系統中進行最佳的選擇，并優化熱流道系統在模具中的整合。

在評估熱流道系統時，需要考慮以下六個重要因素：

1.歧管加熱器

對于安裝熱流道，大多數的成型商使用一臺壓入式加熱器（如圖1所示）。如果加熱器與歧管接觸不均勻，則加熱器元件中會產生過熱點，從而導致歧管本身過早失效和加熱不均勻。而且，工藝性能會受到一些工程材料的影響，因為它們的黏度可能比通用樹脂如聚丙烯和聚乙烯等更具溫度敏感性。

圖1 這種四點熱流道系統具有壓入式管狀加熱器（圖片來自Incoe公司）

2.注嘴加熱器

測量每個注嘴加熱器的歐姆電阻，可以在排除熱流道系統故障時提供良好的信息。太大的差異可能會阻止溫度的均勻分布，并且過程變化的可能性會增加。另外，由于工作負擔要求增加，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期的熱膨脹（圖片來自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）都會受到四次冪的影響。這意味著半徑上的小變化將導致澆口尖端之間的壓力降會有相當大的不同。普遍的看法是，如果澆口尖端都在公差范圍內，那就沒有問題。然而，雖然詢問可接受的公差與澆口尖端的尺寸十分重要，但它們在公差范圍內并不意味著壓力降不會有差異。

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，不能實現前后一致的成型。當然，成型商可以單獨調整尖端溫度，試著克服這些變化。重要的是要理解通過這樣做，成型商正在改變部件成型的材料條件。如果成型商運行半結晶材料，那么 可能會在澆口附近產生比部件其他區域更多的結晶度差異問題。

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

另外，由于不同的溫度設置而造成的注嘴和歧管鋼的熱膨脹差異，最終可能導致其他的充模變化、泄漏或破損問題。例如，如果一個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，因為額外的熱膨脹，溫度升高可能會使澆口尖端進一步進入澆口孔。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導致周期時間的增加，因為該區域的材料和模具會在更長的時間內保持較熱。

4.疊層高度

檢查橫跨整個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影響加工能力，這是因為流道的形狀出現差異。為此，索要檢查報告并咨詢歧管供應商以獲得可接受的公差。同時重新檢查壓力降公式，看看供應商提供的公差對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每英寸行程有0.001 in（約0.025 mm）的變化。核實一下他們是否可以確認對流道的交叉鉆孔不會在交叉鉆孔的熱流道交叉處留下一個臺階。再次參考前面的公式，核實一下槍鉆制造商是否仔細研究和完善了流道。流道的變化可能會在歧管區域的壓力降上產生差異。同樣，這涉及包含半徑（r）的公式部分，它被提升到四次冪。

流道中的臺階處會產生死斑，在清洗時不能很好地沖洗掉，會引起顏色變化和材料降解的問題。而且，這些臺階有可能使材料長時間置于歧管中，增加了聚合物熱降解的可能性。

關于作者

David Hoffman是美國注塑成型（AIM）研究所塑料教育和培訓的高級講師兼開發經理。John Blundy是Beaumont科技公司業務發展副總裁。

聚合物在流道交叉處周圍的自然流徑也會產生這些死斑。即使流道交叉處完全對齊，也會發生這種情況（如圖3所示）。

圖3 聚合物通過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色表示（圖片來自Beaumont科技公司和AIM研究所）

6.系統成本

系統成本經常是要考慮的最重要的事情之一，但僅僅依靠各個供應商的報價并不是解決這個問題的最佳方法。熟悉每家熱流道供應商提供的各種選項是有幫助的。例如，某些供應商能夠提供當模具仍在注塑機中時可將歧管與模具分離的能力，這樣就減少了維護和停機時間。另一個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清洗方法基礎上的額外清除步驟。

人們經常說細節決定成敗，這當然也適用于熱流道系統的評估和性能。出現問題后，重要的是要知道一些常見的挑戰和潛在的變化來源，包括裝配點的高壓、冷模和壓板的共存、澆口問題（冷卻、堵塞、滴料、拉絲）、成型商的技術水平、注射量、滯留時間、泄漏（如圖4所示）、閥針座、剪切流動不平衡、功耗和熱電偶放置和接觸。

圖4 這個泄漏的歧管導致塑料包住熱流道布線（圖片來自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的設計、制造工藝和可用選項，同時還需要對故障排除和模具的合格標準有深入的了解。了解以上所介紹的六個因素將有助于減少停機時間、提高零部件的質量并降低總成本。