热流道技术在塑胶注塑模具中的应用

王 旭　朱传林　侯景杰　张海珍

摘 要：模具工业素有“工业之母”之称，不断快速推广各项世界级的新技术。其中，热流道技术的应用与普及尤为突出，成为该领域的一种关键技术。本文阐述了热流道技术的原理和应用知识，分析了热流道模具的设计重点（涵盖导热与冷却、热量排布、强度控制、进胶平衡等），并介绍了热流道选型方法，以便将热流道技术更好地应用于模具设计中。

关键词：导热与冷却;热量排布;强度控制;进胶平衡

中图分类号：TQ320.5 文献标识码：A 文章编号：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胶注塑模具中，为实现塑胶熔融体在型腔中持续流动，对主流道、分流道、浇口进行恰当的温度控制，使得塑胶能够一直保持在熔融状态[1]，从而实现连续注塑的效果。热流道系统通常由热流道板、温度控制器、喷嘴和辅助零件等几部分构成[2]。热流道系统自身相当于注塑机的一个延伸胶道，使得进胶无水口料产生。

1 导热与冷却

1.1 导热

热流道系统的功能是衔接注塑机到产品型腔之间的延伸胶道。热流道系统的设计理念是在需要导热的部位进行导热处理，如塑胶熔体的流道，在需要隔热的部位进行隔热处理。例如，在需要使用气缸来实现模具开模动作时，为避免气缸受热继而热膨胀导致卡死情况，人们需要在模架上对气缸进行隔热处理。热流道供应商依据塑胶物性表，在热流道温度设定上寻找一个临界平衡点。那么，如何实现直接有效的温度控制呢？导热系数越大，越有利于传热，相反，导热系数越小，越不利于传热。不同的金属材质存在显著的导热系数差异，例如，铜的导热系数为401W/（m·K），铁的导热系数为80W/（m·K），45号钢材的导热系数为50W/（m·K），钛合金的导热系数为7～8W/（m·k）。因此，使用导热系数大的材质导热，使用导热系数小的材质作为隔热介质进行隔热，能够实现有效的温度控制。另外，在对流道和浇口这些关键部位进行温度控制时，可以借助热管技术实现温度控制精度的进一步提高[3]。控制好导热，还可以减少能量消耗。

1.2 冷却

热流道所在模胚需要设计运水，以便实现隔热的同时更好地控制模具温度。热咀尖端部分的运水冷却更是重中之重，如果这部分冷却不佳甚至压根没有，则会引起热量集中，注塑残留压力将压着浇口部分冷却不到位的熔融料流出，造成流延、滴料等严重后果。因此，为避免出现上述现象，应提前在模具设计阶段做好该区域的冷却设计。

在具体的模具设计中，考虑到产品所需要的模温和冷却热咀所需要的温度不一致，模具设计时要单独控制热咀温度，否则一旦出现问题，很难再进行修改。比较理想的运水方式是在热咀周圈单独设计独立的热流道冷却水路，推荐运水方式有两种。一是做冷却水套，水路做一圈，呈一进一出环形，如图1所示;二是运用金属3D打印技术制造热咀的热流道运水套，如图2所示。

图1 冷却水套

图2 热流道运水套

2 热量排布与强度控制

模具采用热流道实现进胶时，既要注意热量的排布，保证其热量不易散失，又要保证模架能够承载住热流道的巨大膨胀力和注塑张力，因为一旦承载不了，热流道借助热嘴与热流板接触部分封闭实现封胶这一平衡就会被打破。控制热量方面，可以通过分流板自身的隔热介质与模板的避空位（减少接触面积）来实现，封闭状态下的空气，其导热系数为0.023W/（m·K），可作为不良导热体，借助避空位之间的空气能达到既保留住热流道系统热量，同时保证模架不至于因过度受热而膨胀的优越效果;模具强度方面，可以在模板内部设置加工支撑位，最佳设计方案是保证热量排布的同时在分流板周围设置适当数量的支撑位与螺丝来固定。

3 进胶平衡，流动顺畅

塑胶流体在热流道系统中要确保每个型腔达到完全平衡[4]，能够控制产品的各个型腔同步填充，否则就会出现冲压不同，无法保证产品的一致性。

进胶平衡方面，通常采用自然平衡式分流道[5]，即保证各个分流道长度、尺寸和断面形状完全一致。发展到近期，其逐渐演变为流道分层方式。这样可以避免角度不同而造成进胶不平衡，特别是针对多型腔产品进胶平衡能提供完美的方案。

流道顺畅方面，要保证流道转角处得到光滑处理，这样可以减小压力损失，避免出现熔融料因滞留流道内而热分解的情况[2]。当前，拐角处理方式日趋多样化，例如，MOLD-MASTER（加拿大）热流道采用已获得专利认证的双片焊接式分流板技术（见图3），流道经过专业研磨和拋光，圆滑顺畅无死角，可充分满足快速和精确换色的需求，能够实现进胶最佳平衡效果。根据塑料熔融料流动特点，EWIKON（德国）热流道采用经特殊工艺处理的流线型定向镶件（见图4），消除尖角和死角，保证任何状态都是过盈不松动状态，胶料流道顺畅无死角，同时也有利于实现注塑过程中快速换色，这种方式需要在流道拐角处下足功夫进行处理。

图3 双片焊接式分流板

图4 流线型定向镶件

4 热流道的应用注意事项

4.1 塑料对热流道系统设计的影响

能够采用热流道系统进行注塑成型的塑料材质种类是多样的，如PP、PMMA、SAN、ABS、PCTA、PE、PS、PA、TPI等。热流道在生产使用过程中的折旧消耗与塑料材质自身的剪切性与磨损性直接相关，如果PP材质基本上没有磨损，POM与尼龙材质剪切有风险，在出热流道方案时需要注明塑料种类及型号，以便在热流道设计时依据塑料物性表来分类对待、处理和选择（如决定采用阀针式系统还是非针阀系统）。

当模具的热流道系统加工完毕并完成在模具上的安装时，生产阶段不能随意更换注塑材料，原因有二。一是热流道温度不一样会导致热流道热膨胀尺寸不一样，会导致模板凹陷、压力碟碎裂、分流板漏胶的后果;二是因不同塑料的流动性不一样，热流道的设计参数也不一样，热流道是针对特定塑胶材质的物性表而设计的。

当模具的热流道系统加工完毕并完成在模具上的安装时，也不能随意更换塑料颜色，除非出热流道方案已明确提出换色需求。为了实现快速精准的换色效果，热流道厂家需要提前在结构上做特殊处理，如不提前说明，后续可能会影响模具的正常使用。

此外，热流道设计之前，需要确认模具设计参数，如产品厚度、产品重量、型腔数、注塑机类型、浇口开在产品还是流道上等事项，一经确定不再变更。

4.2 针对不同模具特征要求的热流道选型

一是普通开放式。如果产品结构受限，模具开模动作较多，进胶口不能够直接点到产品上，就可以选择开放式热流道，从而减少水口料和降低注塑压力。在采用开放式热流道时，通常选用单个热咀，用于微型半热流道。二是针阀式。在模具结构不受限制且产品外观要求高时，可以采用针阀式热流道直接进胶点到产品上，但是针阀式热流成本相对较高。三是点浇口。当产品外观面要求不高且可以直接进胶到产品时，可以采用点浇口热流道。点浇口热流道成本相对较低。四是侧浇口。在产品上、下表面都找不到合适的进浇口位置时，可以通过侧浇口方式在产品侧面实现进胶。

4.3 热流道在注塑模具生产中使用的注意事项

塑胶原料要保证干净无杂质，防止铁屑等异物进入系统而堵塞浇口;要保持冷却水路运作正常，确保模板无漏水现象;要随时观测温控器功率变化，正常功率波动不超过2%;生产中如果需要临时停机，要将热流道温度调整到保温状态;如果在生产中需要关闭某一点，不能直接关闭，需要将温度降低到120℃左右，以防止温度过低、膨胀不足，造成漏料。

5 结语

热流道技术现如今在中国乃至全球已经应用极为广泛，随着开发进度的快速提升，该技术逐步辐射到其他方向（如双色/多色共注塑）[6-9]，因此有必要深入研究热流道技术。本文论述了热流道系统的工作原理和导热与冷却、热量排布、强度控制、进胶平衡等方面的应用知识。当前，塑胶注塑模具设计者可以采用热流道选型方法，对导热、冷却、热量排布与强度控制、进胶平衡等进行合理安排和设计，最终达到完美的产品设计效果。

参考文献：

[1]田梦婕，郭妍，郭永环.热流道技术在注塑模具中的应用与发展[J].塑料科技，2017（1）：94-98.

[2]张朝阁，宓大云，张亚.热流道塑料模具技术的研究与发展前景[J].塑料工业，2013（7）：5-9.

[3]崔玲.热流道塑料模具技术的研究与发展前景[J].橡胶技术与装备，2016（14）：10-11.

[4]塑料模具技术手册编委会.塑料模具技术手册[M].北京：机械工业出版社，1999.

[5]刘保臣，杨晓东，申长雨.热流板设计与制造[J].模具工业，2007，（10）：52-55.

[6]陈剑玲，李昌雪.透明壳盖侧抽模热流道系统的设计[J].中国塑料，2014（5）：115-118.

[7]郑子军，肖国华，尤建国，等.带深沟拉手位冰箱抽屉转动式侧抽芯机构热流道模具设计[J].工程塑料应用，2015（3）：80-84.

[8]刘保臣，陈静波，申长雨.双脱模模具结构设计[J].工程塑料应用，2007（4）：65-67.

[9]肖国华.手机结构壳潜伏浇口转侧浇口浇注及模具结构设计[J].模具技术，2014（1）：10-13.