热流道技术的出现推进注塑模具的发展和应用

苑起祥

摘要：热流道技术的出现推进注塑模具的发展和应用，越来越多的注塑模具选择热流道系统因为其高效的自动化，经济化，以及高质量化。随着科技的发展热流道在注塑模具中需要完成各种各样的功能，因此在热流道的缸体上开始使用各种功能元件，完成与注塑模具，注塑机的互动

关键词：热流道，缸体，功能件

1热流道技术简介

在20世纪30年代热流道技术开始在注塑模具上应用，它是注塑模具的一部分使塑料熔体一直处于熔融态，所以通常有热流道参与的注塑成型也被称为“无流道成型”，使用热流道的注塑成型通常会有以下特点

1. 注塑成型的自动化比较高，从注塑开始到注塑结束完全实现自动化生产
2. 注塑成型更加经济化，成型产品批量化减少浪费，同时减少注塑成型周期
3. 注塑产品表面要求高，可实现一次成型
4. 模具设计自由化比较高，实现模具的多样化设计
5. 扩展成型参数，对模具和注塑机的要求相应的降低

随着热流道在注塑模具上发展，已经形成一个独立的分支，在此技术上发展出各自品牌，如有DME（美国）、INCOE（美国）、MOLD-MASTER（加拿大）、HUSKY（加拿大）、SYNVENTIVE（美国）, YUDO（韩国）、MANNER(德国)等等国际品牌，同时随着中国经济的发展，各大品牌相继进入中国市场，促使中国自主品牌热流道的崛起，如麦士德，占瑞等品牌，热流道的出现促进了注塑模具和注塑成型的发展，目前越来越多的注塑模具使用热流道进行注塑成型。

2热流道分类

根据各种功能，热流道有不同分类：

1. 根据加热类型：外加热，内加热，间接加热
2. 根据浇口类型：鱼雷浇口，大水口和针阀浇口（圆锥和圆柱）
3. 根据浇口闭合类型： 热应力闭合和机械式闭合
4. 浇口分离方式：剪断分离和拉断分离
5. 注塑点位：单点喷嘴和多点热流道系统
6. 浇口位置：浇口在模具上和浇口在热流道上

大多数热流道厂商都是根据浇口类型进行分类，此文章重点介绍驱动针阀系统的缸体所附带的功能元件，如下缸体所附带的部分功能元件：限位开关

热流道系统{1. 圆锥针阀浇口; 2. 喷嘴加热器; 3. 热流道喷嘴; 4. 分流板加热器; 5. 分流板; 6. 阀针; 7. 阀针套; 8. 驱动阀针缸体（a. 活塞; b. 缸筒; c. 冷却水路; d. 缸盖; e. 信号开关）}

3热流道缸体上的各功能结构

3.1杠杆结构

在热流道简介中有缸体带动阀针动作，进而使浇口进行开启和关闭，也就是说在一个注塑周期内阀针完成一次关闭和开启往复运动，同时缸体也完成一次上下的往复运动，此运动正好符合杠杆结构的工作原理，杠杆运动和阀针开启关闭的关系如下图：

带有杠杆功能的缸体（1. 缸筒; 2. 活塞; 3. 杠杆结构; 4. 阀针; 5. 阀针套; 6. 分流板; 7. 杠杆中心固定底座）

从上图中可以发现，缸体活塞向上运动，通过杠杆结构带动阀针向下运动达到关闭浇口的效果，同样的原理缸体活塞向下运动带动阀针向上浇口打开。由于缸体在分流板侧面可大大的减少热流道系统的高度即减少模具的高度，在叠模设计中大多数使用此设计因为可以减少模具的厚度，增加注塑机的使用效率，各大热流道厂商陆陆续续的推出自己的杠杆结构的缸体，其中Runipsys对此结构有深入的研究，如杠杆的运动，部件的材质以及为增加杠杆的磨损使用渗氮渗碳的热处理工艺。

Runipsys带有杠杆功能的热流道系统

3.2阻尼减震结构

  在针阀式热流道系统的设计中有一类使用的是圆锥针阀结构，同时封胶在模具表面，这种设计通常为外观面比较高或者模具结构比较复杂无法通过冷流道进行进胶，如汽车尾灯面罩即使用此热流道结构，具体如下图：

圆锥针阀封胶在模具面上（1. 模具; 2. 浇口; 3. 阀针; 4. 咀芯）

上图中热流道缸体产生的力直接作用在阀针上，阀针上的一部分力作用在模具浇口上，在阀针打开和关闭的循环动作上此力会往复的作用在浇口上，随着注塑模数的增加，浇口收到循环的作用力必然会导致浇口变形，更有甚者注塑模具模仁开裂。同时有的模具厂商操作失误将缸体气压或者油压增大，导致模仁无法达到预期规定的额定模数就报废增加模具开发成，针对此解决此问题，各大热流道厂商开始在缸体结构上进行改进，阻尼减震缸体的出现有利的解决此问题，同时既能保护浇口又能达到浇口的封胶。具体设计如下图：

阻尼减震缸体：（活塞; 2. 碟形弹片; 3. 缸筒; 4.阀针; 5.预紧螺母）左图为浇口打开活塞向上运动的状态；右图为浇口关闭活塞向下运动的状态

模具浇口在打开的状态下，碟形弹片在预紧螺母的作用下受到压缩而处于弹性变形储存一定的弹性势能，碟形弹片的弹性力受到缸体的反作用力后此时对阀针没有任何的作用，而浇口关闭时由于阀针作用浇口上的力反作用在碟形弹片上，使得碟形弹片进一步变形压缩，直到变形压缩量达到预期设计好的位置时，此时停止压缩碟形弹片会产生定值弹性力作用在阀针上达到浇口封胶的效果，碟形弹片所产生的力是随着压缩量的增加而缓慢增加的，起到缓冲阻尼的作用，可有利的保护浇口变形，同时无论外界气压或者油压多大此弹性力都不会变化，因为碟形弹片产生的力只受碟形弹片压缩量的影响，下图为碟形弹片的机械工作原理和弹性力与压缩量的关系

碟形弹片：左图为碟形弹片机械工作原理；右图为弹性力与压缩变形量的关系

下图是在浇口打开关闭的一个周期内浇口承受的力的变化，红色曲线普通缸体与蓝色曲线阻尼缸体，浇口所承受封胶力的对比图，如下：

浇口关闭和打开的过程中力的变化情况

红色曲线：为普通缸体浇口关闭和打开的过程中力的变化情况；1为浇口关闭瞬间，2为持续关闭过程，3为浇口打开瞬间

蓝色曲线：为阻尼减震结构浇口关闭和打开过程中力的变化情况；a为浇口关闭瞬间，b为持续关闭过程，c为浇口打开瞬间

3.3信号开关结构

在注塑生产中自动化的安全性要求越来越高，为保证热流道系统阀针动作信号与注塑机的注塑信号相关联而设计新的缸体结构，以达到两个信号的相互互动，如注塑机给出注塑信号，热流道系统控制阀针打开浇口当浇口完全打开后给出信号告知注塑机可以注塑，同样注塑信号结束完成注塑给出同样的信号，这样往复完成自动化生产，只要某一个信号中断就停止注塑进行报警，通知生产人员进行检查，具体如下图：

信号联动过程：1. 注塑机模具；2. 开关信号; 3. 注塑机安全装置; 4. 注塑机控制PLC

热流道信号是通过缸体上安装常开或者常闭开关进行信号传递，此开关常用的欧姆龙和高诺斯，具体如下图：

欧姆龙信号开关

使用此缸体结构可完成以下功能：

1. 注塑机信号与热流道信号相互关联，如果缸体出现问题可以第一时间发现此问题
2. 注塑信号只有接受到缸体的信号后，才进行注塑可以降低注塑压力

信号开关在缸体上的位置通常由两种结构：顶部结构和侧面结构

1．顶部单向开关结构，设计如下

信号缸体：1. 缸体；2. 双向活塞; 3. 缸盖; 4. 单向信号开关

双向活塞向上运动碰触信号开关后给出信号，证明浇口打开，开始注塑成型产品，注塑结束活塞向下运动关闭浇口

2．顶部双向开关结构，设计如下：

信号缸体：1. 缸体；2. 双向活塞;3. 连杆; 4. 信号开关（双向活塞向上运动碰触开关后给出信号）

双向活塞向上运动处于b状态：连杆3向上凸起部位接触信号开关c触点，证明浇口打开，开始注塑成型产品，注塑结束后，双向活塞向下运动向a状态运动：连杆3向下运动与c触点分离，当处于a状态后连杆3凸起部位接触信号开关d触点，证明浇口关闭，注塑信号结束，如此完成一个周期的信号联动，保证注塑的安全和自动化

4结束语

上述结构大多运用在传统液压和气压缸体上，通过各种功能结构件完成缸体的各种功能，随着注塑行业与工业4.0相接轨，热流道行业也开始重点研究伺服电机在热流道上的应用，使用伺服电机代替传统意义上的油压和气压缸体，运用电驱动进行阀针的控制，不仅可以实现阀针的实时监控同时可以优化注塑成型以及减少不必要的环境污染，越来越多的机械结构，电磁结构，液压结构运用在热流道缸体上，如伺服电机运用齿轮和涡轮进行减速调速，运用滚珠丝杆，链条结构完成运动方向的转变，运用电磁感应结构控制缸体的行程，运用液压调速功能控制阀针的运动速度，等等。越来愈多的结构开始在热流道系统上应用，同时也越来越智能化精密化，满足热流道各种功能在注塑模具上的应用。

参考文献：

[1] 刘斌,李栋.热流道技术在注塑模具中的应用与发展[J].《内燃机与配件》，2018年第9期，34-35.

[2] 黄获.模具热流道技术发展综述[J].《机械工程师》,2010年第3期5-13.

[3] 郭仁生.《机械设计基础》,清华大学出版社出版,2006版

2022-04-22                                                                                1 | Page