（机械制造及其自动化专业论文）平板电视机前壳热流道技术研究.pdf

c i a s s i f i e dl n d e x ： 工q 垒2 q u d c ： 一 i f i f j | 川i f j f | f i i 舢 y 18 0 2 9 5 2 d i s s e r l a l i o nf o rt h em a s t e rd e g r e ei ne n g i n e e r n g st u d yo nt h eh o tr u n n e r t e c h n o l o g ya bo u t t h ef o r m e rs h e l lo f f l a tp a n e lt v c a n d i d a t e ： s u p e r v i s o r ： a c a d e m i cd e g r e ea p p l i e di 0 r ： s p e c i a l t y ： d a t eo fo r a le x a m i n a t i o n ： u n i v e r s i t y ： d 1j m y e p r o fc h uz h o n g m a s t e ro fe n g i n e e r i n g m e c h a n i c a lm a n u f 缸t u r ea n da u t o m a t i o n j u n e2 0 1 0 q i n g d a ot e c h n 0 1 0 9 i c a lu n i v e r s i t y 青岛 理工大 学 工 学 硕士论文 硕士学位论文 平板电视机前壳热流道技术研究 学位论文答辩日期： 指导教师签字： 答辩委员会成员签字： 獭瘴 旦瑚 青岛理工大学工学硕士论文 目录 摘要i a b s t r a c t 第l 章绪论1 1 1 课题背景- 1 1 2 热流道技术的发展及应用概况1 1 3 热流道顺序阀控制技术的研究现状和意义3 1 3 1 热流道顺序阀控制技术的现状3 1 3 2 热流道顺序阀控制技术的研究意义4 1 4 课题的主要研究内容5 第2 章热流道顺序阀式技术7 2 1 热流道技术：7 2 1 1 热流道系统的结构8 2 1 2 热流道系统的种类及应用1 3 2 2 热流道顺序阀技术1 6 2 2 1热流道顺序阀浇口的结构1 6 2 2 2 热流道顺序阀控制机理1 7 2 2 2 阀式浇注优化控制的关键技术1 8 2 2 4 热流道顺序阀的优点1 9 2 3本章小结2 0 第3 章注塑模流分析软件及基本原理2 1 3 1m o l d n o w 介绍2 l 3 1 1m o l d n o w 软件及其功能2 1 3 1 2m p l 分析应用2 2 3 1 3m o l d n o w 分析流程2 3 3 2c a e 的分析的基本原理2 5 3 2 1 熔体充模的物理过程2 5 3 2 2 塑料熔体的粘度模型2 6 3 2 3 粘性流体力学的基本方程2 7 3 2 3塑料熔体充模流动的基本假设2 8 3 2 4 塑料熔体充模流动的控制方程2 9 3 2 5 熔体流动前沿位置的确定3 1 3 2 6 保压分析3 2 3 2 7 数值方法和实施3 3 3 3 基于实体表面模型的分析3 7 青岛理工大学工学硕士论文 3 4 第4 章 4 1 4 2 4 3 4 4 4 5 4 6 第5 章 5 1 5 2 本章小结4 0 电视机前壳实例分析4 1 产品结构与成型工艺分析4 l 模型前处理4 2 4 2 1 模型简化并导入4 2 4 2 2网格划分4 5 4 2 3 选取材料4 7 4 2 4 设置注塑成型工艺参数4 8 浇注系统的建立4 8 分析过程及结果分析4 9 4 4 1 冷流道系统4 9 4 4 2 热流道系统：5 3 4 4 3 热流道顺序阀浇口技术：5 7 实际结果验证6 2 本章小结6 3 熔接痕深度评估6 4 熔接痕影响因素分析6 4 5 1 1 熔接痕的含义与分类“ 5 1 2 熔接痕的形成原因及控制措施6 5 基于m 0 1 d n o w 平台对熔接痕的深度评估6 8 5 2 1开发工具6 8 5 2 2 程序实现6 9 5 3 实际结果验证7 1 5 4 本章小结7 3 第六章结论与展望7 4 参考文献7 5 攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作7 7 致谢7 8 u 青 岛 理工大 学 工 学 硕士 论 文 摘要 汽车、家电产品的塑料制件中，热流道技术得到推广应用，它解决了传统的 冷流道技术难以解决的注塑成型问题。由于热流道技术控制过程复杂，该技术的 研究与应用成为国内外的研究热点。 本文介绍了热流道技术的发展现状，阐述了热流道顺序阀控制技术的研究意 义和热流道顺序阀浇注技术的控制机理及关键技术。依据注塑充填过程塑料熔体 的流动机理，研究了注塑过程中聚合物熔体在型腔内的充填过程，确定了数值计 算模拟流程。 利用m o l d n o w 对薄壁制件平板电视机前壳的三种工艺方案：冷流道、热流 道和热流道顺序阀的充填过程进行了模拟分析，经过分析比较模拟结果得出如下 结论：热流道工艺方案明显地优于冷流道方案，而采用热流道顺序阀技术有效地 降低了电视机前壳的剪切速率，进一步改善了熔接痕太明显的缺陷。最大的剪切 速率由最初方案的4 0 1 2 8l s 降低为2 6 8 3 81 s ；熔接痕移到不明显的位置；最大入 口压力由最初方案的6 9 0 5 m p a 降低为6 3 3 4m p a ，最大锁模力由1 0 2 1 t 降低为 6 8 6 5t 。 针对实际生产中往往以熔接线的深度值来评估其对塑件外观质量的影响，利 用s u a lb a s i c 6 o 对m o l d n o w 进行了二次开发，实现了只需输入一个深度值，就 可将可能影响塑件外观质量的熔接痕以图像形式显示出来，纠正了大部分用户认 为m o l d n o w 分析结果中显示的熔接痕就是生产中出现的熔接痕的错误认识。 关键词热流道；顺序阀；熔接痕；数值模拟；m o l d n o w 青岛理工大学工学硕士论文 a b s t r a c t w i t ht h ei i a p i dd e v e l o p m e n t0 ft h ea u t o m o b i l ea 1 1 de l e c t r i c a 】叩p l i a i l c e si n d u s t 巧， t h eh o tr u n n e r t e c l l o l o g yh a sb e e nw i d e l yu s e d ，a n d i th a ss 0 1 v e dm a i l yp r o b l e m sw h i c h t h et r a d i t i o n a lc o l dm n n e ri n j e c t i o nm o l d i n gt e c l u l o l o g yc a l ln o ts o l v e d u et ot h e c o 1 p l e x i t yo fc o n t r o lp r o c e s si nh o t1 1 l n n e rt e c l l i l o l o g y ，t h i st e c h n o l o g ya n da p p l i c a t i o n h a v eb e c o i n eai i e s e a r c hf 6 c u sa th o m ea n da _ b r o a d t l l e d e v e l o p m e n tt r e n d0 ft h eh o tm n n e rt e c l l n o l o g y ， t h et h e o r ) r ，t h ek e y t e c l u l o l o g ya j l dt h es i g n i f i c a i l c eo fh o tr u n n e rs e q u e n c ec o n n o lt e c h n o l o g yw i l lb e i n t r o d u c e di nd e t a j l a c c o r d i n gt ot h et h e o 巧o ft h ep l a s t i cm e l t sn o w i n gi nt h e e c t i o nm o l d i n gp r o c e s s ， t h em e l tp o l y m e r sf i l l i n gc h a n g e si nt h ec a v i t ya r es t u d i e d a n dm a k et h er e a s o n a b l ep r p c e s so ft h en u m e r i c a ls i m u l a t i o n b e s i d e s ，t h et h r e ep l a n so ff l o w i n gs i m u l a t i o na i l a l y s i si nt h ef b 咖e rs h e uo f t h i n w a l l e dp l a t et e l e v i s i o nw e i ec a 玎i e do u tb ym o l d n o w ， w 王l i c hi n c l u d et h ec 0 0 1 九l n n e r m eh o t1 1 l n n e ra i l dt h eh o tm n n e rs e q u e n c ec o n t r 0 1 t h r o u g ht h ec o m p a d s o no f e x p e r i m e n t a 】r e s u l t s ， t l l eh o tr u n n e rs e q u e n c ec o n t r o lt e c h i l o l o g yi sb e t t e rt h a i lt h ec o l d m n n e rs h l l ，锄di tc a i le 骶c t i v e l ys o l v et h ep r o b l e m sa b o u tl l i g hs h e a nr a t ea i l dt o o o b v i o u sw e l dl i n e s w 1 1 i l et h eh i g h e s ts h e a rr a t ew a s 陀d u c e df r o mi n i t i a lp l a n s4 012 8 1 ，st o2 6 8 3 81 sa n dt h ew e l dl i n e sw a sm o v e dt on o tc i b v i o u sl o c a t i o n ， t h em a x i m u m i n l e tp r e s s u r ew a sr e d u c e df 硒mi n i t i a lp l a n s6 9 0 5 m p at o6 3 3 4m p a ，t l l em a x i m u m c l 锄pf o r c ew a sr c d u c e df 幻m1 0 2 1 tt o6 8 6 5 t f i n a l l y ， i nv i e w0 ft h ef a c t t h a tw e l dl i n e si n f l u e n c eo nt h ep l a s t i cp a r t s s 印p e a r a n c eq u a l i t yi su s u a l l y 印p r a i s e db y i t sd e p t hv a l u ei nt h ep r a c t i c 2 l lp r o d u c t i o n ， t h es e c o n d a 叮d e v e l o p m e mf o rt h ed e p t l lo fw e l dl i n eb y s u a lb a s j c 6 ow a s d o n e ，w t l i c hc a nr e a l l i z et h a ta sl o n ga sad e p t hi n d e xi si n p u 骶d ，t h ew e l dl i n e sp o s s i b l y a f l f e c t i n gt h eq u a l i t yo fp l a s t i cp a r t s sa p p e a r a n c ew i l lb ed i s p l a y e d ，t l i l e ni tc a na v o i d t t l e w r o n gc o n c e p t i o n t h a tt h em 萄o r i t yo fu s e r su s u a l l yt l l i n kt h ew e l dl i n e si n m o l d n o wa n a l y s i sr e s u l t sa r et h er e a lw e l dl i n e si nt h ep r a c t i c a jp r o d u c t i o n k e y w o r dh o tr u n n e r ；s e q u e n c ec o n t r o l ；w e l dl i n e s ；n u n l b e r i c a l la i l a l y s e ；m o l d n o w 1 1 ( 青岛理工大学工学硕士论文 1 1课题背景 第1 章绪论 在二十世纪九十年代初，塑料的年产量按体积计算已经超过钢铁和有色金属 年产量的总和。在家电、仪表、化工、汽车和航天航空等领域，塑料已成为金属 的良好代用材料，出现了金属材料塑料化的趋势。作为塑料制件最有效的成型方： 法之一的注塑成型在塑料加工行业中占有非常重要的地位。据统计，塑料模具约 占所有模具( 包括金属模) 的3 8 2 ，8 0 以上的工程塑料制品都要采用注射成型 方式生产。2 0 0 8 年，中国模具进出口总量达3 9 2 6 亿美元，进出口模具中的塑料 模具，占进、出口额的5 1 8 9 】。 虽然我国的注塑成型技术己经是一项比较成熟的技术，但随着塑料制品复杂 程度和精度要求的提高以及生产周期的缩短，主要依靠经验的传统模具设计方法 已不能适应市场的要求，比如，某个区域较厚某个区域较薄的部件，或是有加强 筋、凸台这样的复杂部件，用传统的浇注技术进行浇注，注塑过程中往往会出现 填充不足、过保压、翘曲、冷却应力以及熔接痕等诸多问题；若是彩色大型制件， 对外观要求更高，出现的熔接痕部位上漆后更为明显。 热流道顺序阀控制技术就是基于这样的发展需求发展起来的。它是在阀式热 流道技术的基础上，模拟使用单浇口时理想的单方向流动以及熔接痕少这样的优 点，对每个浇口处设置独立的阀门开关，从而可以独立的控制每个浇口，即可以 自由控制从哪儿注料，何时注料以及以多快的速度注料等，有效地解决了上述问 题。 1 2 热流道技术的发展及应用概况 作为一项先进的注塑加工技术一热流道技术，其发明、专利申请和商业化的历 史可以追溯到上个世纪的中期甚至更早。美国的英柯欧( i i l c o e 砸j e c t i o nc o n t r o la n d e n 西n e e 曲g ) 公司和m o l d m a s t e r s 都申称他们是第一个市场上商业化的热流道系 统制造商。早在1 9 0 4 年，e r 1 ( 1 1 0 w l e s 热流道模具的专利就已获得承认， 1 9 4 0 年1 2 月，取得热流道技术的专利权。1 9 5 8 年英柯欧公司成功开发出热流道注射成 青岛 理工 大学 工 学硕 士 论文 型模具。1 9 6 5 年，加拿大的马斯特模具公司( m o l d m a s t e r sl t d ) g 论l l e r t 申请专利 “在热浇道外用铸埋式加热元件制造热流道的方法”，1 9 6 8 年获得专利批准，该利 奠定了m o l d m a s t 邑r s 成为第一家提供商业化铸埋式热流道公司的地位。但是因为 技术和价格的原因，热流道技术并没有因其众多优点而迅速得到推广和应用，而 是经历了一个较长时间。直到8 0 年代以后，随着现代加工技术的发展，热流道技 术才得以迅速推广和应用。 目前，热流道技术在欧美发达工业国家的许多塑胶模具厂所生产的注塑模具 中己占5 0 以上，部分模具厂甚至达到8 0 以上，在大型制品的注塑模具中的占 有率更大。由于技术水平和经济条件的限制，在中国热流道技术推广较慢，少数 企业采用热流道技术率达到2 0 以上，大部分都从国外进热流道系统。不过，也出 现一些可喜的局面，如相关的热流道元件标准正在制造，热流道制造水平也有很 大地提高，而且出现了专业的热流道模具制造商，如热流道科技公司、浙江的贝 佳热流道公司【2 】等。但总体上热流道的采用率达不到1 0 ，与国外的5 0 8 0 相 比，差距甚大。 热流道模具的应用正处于大发展阶段，体现在如下的发展趋势： ( 1 ) 热流道元件的标准化、系列化。热流道元件的标准化和系列化不仅可以 减少设计工作量，降低模具的制造成本，而且有利于热流道系统易损部件的使用 与维护，最重要的是能够满足用户对模具设计和制造周期的要求。p o l v s h o t 【3 1 公司 已开发出快换热流道模具系统，尤其适于注射压力为7 0 k n 的小型注射机。h u s k v 、 p r e s t o 和m o l d m a s t e r s 【4 】等公司的喷嘴、阀杆和分流板都作为标准型便于快速更换 和交付模具，现在国外只需4 周即可交付模具，在国内制作模具最快2 周即可交付 热流道模具。 ( 2 ) 热流道c a d c a e 方面的发展。 计算机辅助设计软件可大大减少设计时间，将热流道系统的元件、流道尺寸、 喷嘴、密封环、隔热件等制成零件库，供设计时自由调用，方便修改，由此提高 设计效率。目前，常用的设计软件为美国p t c 公司的啪、s i l n e n s 公司的n x 等。国际上具有代表性的商品化热流道模具c a e 软件如美国m o l d n o w 公司的 m o l d n o w 软件，德国v 研究所c a d c a e 软件，我国华中科技大学开发的 c a d c 谳a m 集成系统h s c 已在一些企业推广使用。采用c a e 技术可以实现 在计算机上试模，对整个注塑过程进行仿真分析和模拟熔体在型腔中的充填过程， 2 青岛 理 工大学 工 学硕 士 论 文 在一些大型塑料制件注塑模如汽车保险杠、仪表板等外形复杂，精度要求高的热 流道模具，通过计算机模拟分析，可以预测成型规律，加快模具设计和产品开发。 ( 3 ) 热流道顺序阀控制技术的研究。目前，针对浇口的结构设计和控制作深 入研究。例如，英渥德科技h l n a t e c h 公司为该工艺设计了自己的p l c 控制系统在 注射期内，根据注射机螺杆位置的信号，该系统可使每个浇口独立地多次开判5 j ； 美国的圣万提s y n v e n t i v e 公司已研制出动态加料热流道顺序阀控制技术【6 】，比热流 道顺序阀控制技术系统又更进了一步，它可以实现在每个浇口处实时控制流动和 - 压力。典型的阀式浇口要么全开、要么全关，动态加料喷嘴相当于一个控制开关， 可按不同的角度开关，由此改变流动的有效尺寸，这样可在每个浇口处实现实时 进料和装填控制。 1 3 热流道顺序阀控制技术的研究现状和意义 1 3 1 热流道顺序阀控制技术的现状 早在1 9 9 5 年，汽车零部件行业中的领先者们就已采用了热流道顺序阀控制技 术技术。其中，伊利诺斯纳维什尔的n a s c o t e 公司采用g e 的x e n o y 聚碳酸酯聚 酯树脂来生产缓冲器，使得生产周期由1 1 0 s 降低到7 5 s 以下。m i k r o n 模具技术公 司次采用热流道顺序阀控制技术仅用o 4 秒的注射时间就生产出了p s 塑料制 件，壳体的壁厚为0 7 1 5 l 砌，制件总的制作周期为1 3 秒，而注入的物料量为 8 8 5 ，1 。m h s 和德国的m h t 合作在d e c o m a 工厂制作了好几件大型汽车热流道 顺序阀控制技术热部件。h u s k y 公司曾生产过一种1 5 0 0 1 砌长的汽车仪表板抗冲击 减震器，利用热流道顺序阀控制技术技术，使得夹具的吨位降低了将近3 0 。 目前，热流道顺序阀控制技术主要应用于汽车行业，尤其是用于生产大型部 件如保险杠、防护板、车轮罩，档位面板、格栅、风扇、散热器、空气入口系统 以及仪表盘等，还可用于生产光学部件如汽车灯玻璃。热流道顺序阀控制技术在 生产边缘要求较高的汽车部件方面也开辟了新的使用领域，如在模内涂层、插入 装饰膜、共挤出、硬一软多物料模塑、气体辅助以及加入长玻纤组份等。 由于热流道顺序阀控制技术中涉及到各种复杂的问题，因此，许多热流道供 应商提倡在设计模具时使用计算机模拟流动。m o l d f l o w 公司早在几年前涉足热流 道顺序阀控制仿真技术，作为一项新技术，国内外数值模拟的不多。r s p i n a 【8 】分 3 青岛理工大学 工 学 硕 士论文 析了中型车车身内部塑料装饰结构，针对其外观要求较高，采用了热流道顺序注 射成型，并通过有限元分析来评估几何形状复杂的产品采用热流道顺序阀的可制 造性和可行性，最后利用有限元系统进行热应力和应变分布分析，预测了实际生 产中产品容易存在的缺陷。c 训o sj a v i e n e a 等【9 】指出顺序注射成型技术是几年前在 热塑性塑料制造领域出现的新技术，它的重要性从那以后日益增加，并在顺序注 射成型过程中的使用范围之内和一些设计准则的基础上，指出了有可能建立顺序 注射成型过程中的相关参数之间的联系。为了能够得到所有的这项技术最好的， j 在介绍顺序注射成型新技术的优点的基础上，指出了反馈系统的重要性。最后通 过有限元对压力和填充模式模拟的结果，对传统的注射方式和顺序注射方式的反 馈系统进行了比较。 国内起步较晚，采用热流道顺序阀控制技术生产的不多，数值模拟方面，也 不如国外深入，主要针对汽车大型制件的熔接痕缺陷利用热流道顺序阀控制技术 解决。如汽车保险杠，徐知行等【l0 】针对某轿车前保险杠注塑涂装过程中频繁出现 的熔接痕着色差问题，在现有注塑机热流道基础上，提出了利用多浇口顺序控制 以消除熔接痕的工艺方法，研制开发了实现多浇口顺序控制的软硬件系统，介绍 了多浇口顺序控制的原理及系统。结果表明，利用热流道多浇口顺序控制，在注 塑成型过程中使各浇口流出的分支料流逐步推进，彼此完全熔入对方，有效地消 除了熔接痕缺陷。褚建忠【1 l 】也以一汽车前保险枉为例，分析了大型注塑件熔接痕 的产生机理和解决办法，对几种浇注系统进行了模拟比较，发现，顺序浇注系统 能非常有效地消除熔接痕。路春玲和朱灯林【1 2 】针对大型的轿车前保险杠注塑时可 能造成的容易出现填充不足、熔接痕的缺陷，给出了五种浇注系统方案，结果验 证采用了阀式浇口顺次开启浇口进行填充，明显地减少了表面的熔接线的数量和 长度。谭文胜和周建忠【1 3 】阐述了热流道顺序阀式浇注技术对熔接痕的控制原理， 并以平板件为例，采用热流道顺序阀浇注，利用m o l d f l o w 对充填过程进行模拟。 结果表明，采用热流道顺序阀式浇注技术对控制熔接痕取得了较好的效果。 1 3 2 热流道顺序阀控制技术的研究意义 随着中国汽车和家电产业的飞速发展，出现了越来越多几何形状更为复杂的 大型薄壁注塑件，一个模腔几何尺寸复杂而另一个模腔简单的系列模具，或者是 几何尺寸不对称的多浇口部件，或是某个区域较厚某个区域较薄的部件，或是有 4 青岛 理 工大学 工 学硕 士 论 文 加强筋、凸台这样的大型复杂部件，用传统的浇注技术进行浇注，注塑过程中往 往会出现填充不足、过保压、翘曲、冷却应力以及熔接痕等诸多问题。 人们通过许多方法来控制注料，模具上添加滑动件、缩小喷嘴孔径和浇口， 以便减少过保压、应力集中和改善熔接痕等缺陷，但是更小的孔径会导致熔融料 所受剪切力过大。采用阀式热流道系统技术，即采用多个浇口，通过同时打开或 关闭所有的阀浇口进行进浇，虽然会有效地解决填充不足的缺陷，大大缩短了流 动长度，降低了压力等多种优势，但是由于同时打开多个浇口，势必会增加熔接 痕的数量，如果浇口数为n ，则增加n 1 条熔接痕。 热流道顺序阀控制技术就是近年来为解决上述传统技术无法克服的注塑缺陷 而开发的一种热流道成型新技术。目前相对于传统的阀式浇口和热流道的方法， 获得越来越多的认可。热流道顺序阀控制技术正在向人们展示其前所未有的控制 熔接痕的能力：它可以将熔接痕移到不重要的部分，甚至移到排气口。通过控制 阀口的顺序启闭，人们可以均匀地往系列模具中注料，以此减少注料过量，同理， 如果多模腔模具中的某一个型腔损坏，可以将其封死而继续使用模具。使用浇口 进行调整以期获得均匀的注料，而无需改变浇口和流道尺寸来实现。 热流道顺序阀控制技术不仅可以有效改善注塑制品的表面质量和性能，还能 实现制品的薄壁化、轻量化要求，大大节约了材料和能源、降低了生产成本、有 效缩短了产品开发周期、大大增强了市场竞争力的作用。因此，研究与应用这一 高新技术很有现实意义。 1 4 课题的主要研究内容 塑料制件应用的日益广泛和大型塑料制件的不断开发，用户对注塑件的外观 质量要求也越发严格。传统的注塑方法已不能适应塑料产业产品不断开发和及时 更新换代与提高质量的要求。课题以平板电视机前壳为对象，研究了冷流道系统、 热流道系统和热流道顺序阀控制的工艺方案优化。 本论文根据注塑充模过程熔体流变学理论，结合m o l d n o w 软件，系统分析了 热流道技术，并利用m o l d n o w 对电视机前壳进行了热流道系统方案的注塑过程模 拟，在模拟过程中分析填充时间，气穴对熔接痕形成的影响，经过对比得到塑件 注塑成型的工艺优化方案。 本课题的主要框架如图卜1 所示。 青岛理工大学工学硕士论文 图卜1 主要框架图 f i g1 一lm a i nf r 锄ec h a r t 6 青岛理工大学工学 硕 士论文 第2 章热流道顺序阀式技术 2 1 热流道技术 热流道技术是应用于塑料注塑模浇注流道系统的一种先进技术，是塑料注塑 成型工艺发展的热点方向，在欧美国家已经广泛地使用，很多塑料模具厂生产的 模具5 0 以上采用热流道技术，有的甚至达到8 0 以上。而在中国，热流道技术 尚处于起步阶段，目前总体不足1 0 ，但是正在快速增长，比例不断提耐1 4 1 f 15 1 。 热流道，就是指从注射机喷嘴送往浇口的塑料在注射完毕后依然保持熔融状 态，每次开模时无需取出滞留在浇注系统中的熔料，可在再一次注射时被注入型 腔。理想的热流道注塑系统形成的塑件密度均匀，不受流道、飞边和浇口的影响， 因此热流道工艺有时也被称为无流道模塑。简单的说，热流道就是机筒和注塑机 喷嘴的延伸。热流道系统的作用就是绝热地将始终保持在熔融状态的材料送到成 型模具附近或直接送入模具。 热流道技术与常规的冷流道技术相比较，有以下优点【1 5 捌】： ( 1 ) 大大缩短制件成型周期 冷流道要等浇注系统冷却下来方可取制件，而热流道不受此限制，制件成型 固化后便可及时顶出。 许多用热流道模具生产的薄壁零件成型周期可在5 秒钟以下。 ( 2 ) 节约原料、降低制品成本是热流道模具最显著的特点。 由于热流道中的熔料一直处于熔融状态，开模停机时无需冷流道还要取出滞 留在浇注系统中的熔料，还可以再一次注射时被注入型腔，所以无生产费料。 ( 3 ) 减少废品，提高制件质量 尤其对大型薄壁注塑件，用传统的迸浇方式加工，容易出现欠注、熔接痕和 应力集中等缺陷，虽然通过优化流动、保压和调整注塑工艺参数可以改善缺陷， 但不能消除缺陷，热流道和阀式浇口结合就可以从根源上消除以上缺陷。所以市 场上很多大型薄壁的产品均由热流道模具生产。如人们熟悉的电视机外壳，汽车 保险杠，笔记本电脑外壳等许多塑料零件均用热流道模具制作。 ( 4 ) 降低注塑压力和剪切速率 热流道的直径可以取得比较大，从而降低注射压力和材料的剪切速率。 7 青岛 理 工大学 工 学 硕士 论文 ( 5 ) 消除后续工序，有利于生产自动化。 无需冷流道那样制件成型后，还需切除浇口及回收加工冷流道等工序，方便 生产自动化。国外很多产品生产厂家均将热流道与自动化结合起来以大幅度地提 高生产效率。 ( 6 ) 适用树脂范围广，成型条件设定方便。 由于热流道温控系统技术的完善及发展，热流道模具已被成功地用于加工各 种塑料材料。如p p ，p e ，p s ，a b s ，p b t ，p a ，p s u ，p c ，p o m ，l c p ，p v c ， - p e t ，p m m a ，p e i ，a b s | ，p c 等。任何可以用冷流道模具加工的塑料材料都可以 用热流道模具加工。 在我国作为最新的注塑加工技术，缺点如下： ( 1 ) 模具成本高 从外国进口的热流道系统价格昂贵，国产的热流道还不很成熟，从而导致模 具成本大幅提高。 小批量生产时效果不大。 ( 2 ) 模具制作工艺要求高 需要较精密的温度控制装置，严格控制热流道板和浇口中的熔融树脂的温度， 以防树脂过热降解和产品性能降低；需要配合要求较高的热流道系统与模具的集 成，如塑料密封不好导致塑料溢出损坏热流道元件，喷嘴镶件与浇口相对位置不 好导致制品质量严重下降等。 ( 3 ) 操作维修复杂 操作不当极易损坏热流道零件，使生产无法进行。对于热流道模具的新用户， 需要较长时间来积累使用经验。 2 1 1 热流道系统的结构 尽管世界上有许多热流道生产厂商和多种热流道产品系列，但一个典型的热 流道系统均由如下几大部分组成： ( 1 )热流道板( m a n m o l d ) 热流道板是整个热流道的系统的核心元件，为一块中间开有热流道孔被加热 元件加热的钢质板块，其主要作用是将熔融树脂运送到各个喷嘴并一直保持熔融 状态，因此，热流道板除了满足需要，还得尽可能减少本身散热面积以防热量散 8 青岛 理工大 学 工 学 硕 士论文 失和升温迅速。常用热流道板的形式有：一字型，h 型，y 型，x 字型；结构上有 外加热热流道板和内加热热流道板两大类。一般按照加热方式热流道板可分为两 大类： 。 隔热式 隔热流道模板对流道不进行加热，凭借凝结在流道壁的塑料隔热来维持熔体 在流道内的畅通。要求流道的尺寸足够大。因为不加热，会需要较高的注塑压力， 需要很短的工作周期，经常会造成腔板的变形或弯曲。 加热式： 加热流道系统也有两种设计：内加热流道和外加热流道。 a 内加热流道：采用内部加热的环形流道，将加热棒设置在流道中，从流道内 部进行加热。内加热系统最适宜加工范围大的材料和到各浇口等距的平衡流道。 这一系统不适宜于热敏感塑料的使用。这一系统利用熔融塑料的隔热效果来减少 热的传递和在模内其他地方的损失。 b 外加热系统：热流道板内部具有与模具其他部位隔离的环形加热集流管，通 过外部加热孔对流道进行加热。这一系统的优点是更好的温度控制，但成本也比 较高、设备复杂。 热流道板设计时，需进行加热功率的计算以确定分区控温措施，此外，还要 考虑刚度、密封、隔热措施和热膨胀的影响等。 ( 2 )喷嘴( n o z z l e ) 喷嘴的要求 热流道喷嘴的作用是将熔体从流道板引向各个浇口。该部分有着严格的 “冷”、“热 界限。热流道喷嘴的隔热需要考虑结构设计、材料、热力学等方面 的技术问题。目前经验设计有着很重要的地位2 0 2 1 1 。热流道喷嘴需要满足下列要 求： 1 ) 防止塑料熔体在喷嘴罩的流动性变化。为了能够控制注射点喷嘴的浇口的熔 体热力闭合或机械闭合，并防止主流道喷嘴两端的熔体冻结，都要求保持流道中 的熔体温度不变，即流道中的温度分布特性应该接近直线。 2 ) 喷出的熔料离开浇口后，要清洁且稳定。不应出现浇口熔料的下垂和流涎 现象。 3 ) 考虑热喷嘴与冷流道模具之间的热绝缘，为了避免高的模具温度造成的冷 9 青 岛理工大学工 学 硕士论文 却时间过长，从而导致的局部应变。 4 ) 压力损失尽量低，从而使得因热损耗而引起的温升最小。 5 ) 与熔体接触的各个小面磨损尽可能低。 6 ) 耐腐蚀。 7 ) 在工作条件下有高的疲劳极限，特别是对于铜或铜合金的喷嘴。 8 ) 较高的热强度。 9 ) 能使熔体层流流动。 l o ) 能够控制喷嘴加热器。 1 1 ) 热传导路径尽量短。 1 2 ) 喷嘴和流道板之间保持无泄露。 喷嘴的种类 ( a ) 针点浇口开放式喷嘴 ( a )n e e d l ep o i n tg a t ea n do p e nn o z z l e ( a ) 平豳圈 ( b ) 立体图 ( b ) 直接浇口开放式喷嘴 ( b ) d i r e c tg a t ea i l do p e nn o z z l e 图2 1 开放式喷嘴 f i g2 1o p e nn o z z l e 喷嘴在热流道模具中是最关键的部件，其形式直接决定热流道系统的选用和 模具的制造。喷嘴其种类繁多，在这里我们介绍常用开放式热喷嘴和针阀式热喷 l o 订凶酗陂耐盟 缀 青岛理 工大 学 工 学 硕士论文 嘴。 a 开放式热喷嘴：按浇口又分为两种类型，直接浇口和针点式浇口，如图2 1 a ，b 所示。 直接浇口，浇口本身的压力降较小，能浇好地传递保压压力，并对注塑件进 行补缩；能维持较高的浇口温度和防止过早冻结，但产品表面会留有水口料和圆 形状浇口痕迹；适用于注射大型、长流程、厚壁和深腔的零件。 针点式浇口，是目前应用最广泛的一种开放式喷喇9 1 。它有以下优点： 浇口痕迹小，不需修整； 可以有效地提高塑料熔体的剪切速率，明显降低熔体粘度，使得充模简单。 这对p e 、p p 、p s 和a b s 等对剪切速度敏感塑料熔体更加有效； 熔体流经点浇口时，因摩擦剧烈生热致使熔体温度提高，流动加快，成型 周期有效 缩短； 浇口与制口的自动分离容易，便于实现注塑件生产过程的自动化； 浇口位置选择范围大； 在多型腔模具中，各型腔均衡进料的实现容易达到，大大改善了注塑件质 量。 劲 绣熟 ， 。 ， 二 ， 乙 - 夕 、l 1 1、 0 3 2 l 喷嘴2 - 】贸针3 一加热嘲 图2 2 针阀式喷嘴 f i g2 - 2n e e d l ev a i l v en o z z l e b 针阀式热喷嘴2 2 】：用气动喷嘴，有时也用液压喷嘴，近年来，日本菲沙株式 会社在针阀式喷嘴的基础上，开发出了具有专利技术的弹簧针阀式喷嘴如图2 2 所示2 3 】针阀式喷嘴技术上较先进，优点有： 无浇口痕迹，能有效地提高表面质量，广泛应用于表面质量要求较高的塑 青岛理工大学工学硕士论文 料注塑制品。 能够使用较大的浇口，可使型腔填充加快，并进一步降低注射压力，从而 缩短成型周期，减小产品变形。 开模时不会出现牵丝和流涎现象； 能和顺序控制技术结合，克服传统的多浇口进浇方式不可避免的熔接痕缺 陷和应力集中。 由于注射压力的减少，模具上受到的压力也随之减少，可以大大延长模具 的寿命，从而可以应用于需要实现大批量自动化生产的项目。 ( 3 ) 热流道控制器 温度控制器( h o t m n n e rc o n 仃o l l o r ) ：主要对热流道系统的流道板和各喷嘴及浇 口区域进行准确的温度控制。常用的温度控制系统为温控表控制接触器，当模具 温度低于设定值，接触器闭合，全电压加在加热元件上，温升很快。缺点是温度 波动范围大，会对加热元件造成严重损坏。近些年，逐步采用输出控制器件，选 用进口大功率双向可控硅输出，工作稳定，性能比较可靠的脉冲调宽式温控系统。 目前，国外的热流道温控系统已实现微电脑控制，采用p d 连续调节，其精 度可达o 5 。国内注射模的热流道绝大多数还采用直接电加热法，由于采用分 区加热，多点控温，需要多个加热及控温装置。 顺序控制器( s e q u e n t i a jv m v eg a t ec o n t r o l l e r ) ：是近些年为适应汽车、家电 行业等对大型薄壁注塑件或电子、医疗行业对微型薄壁件的需求而开发的一种成 型新技术顺序阀浇口技术而产生的控制元件。可以通过控制每个喷嘴开、关的时 间以精确控制材料前端流速。 ( 4 ) 辅助零件，如热流道加热元件 为了让流道内的塑料一直保持熔融状态，必须使用加热元件对热流道板或喷 嘴进行加热。 常见加热元件有： 加热棒： 常用于内热式喷嘴及热流道板，寿命长，机械强度高，可及时更换。 板状加热器( 加热圈) ： 常用在内热式喷嘴尾部加热；热流道板进料主流道加热；直径较大的外热式 喷嘴加热。螺旋式加热器主要用于外热式喷嘴加热。 1 2 青岛理工大学工学硕士论文 新型集中供热式热管： 加热装置在模具外侧，根据热管原理，降热量传递到流道各个部位，等温性 能好，传热效率高，可实现一点控温。 厚膜加热器： 根据夹心原则设计，该加热器由一层类似玻璃的绝缘层和一个可调平板电阻 加热器构成。该设计有效地提高了系统的温度均匀性、热交换性能，同时减少空 间、延长其使用寿命。 r 2 1 2 热流道系统的种类及应用 热流道系统有好多种分类冽【2 5 1 方法，本文重点讲了三种分类。 ( 1 ) 传统的分类 传统的分类一般将热流道系统分为单头热流道系统、多头热流道系统以及阀 浇口热流道系统三种。 1 ) 单头热流道系统主要由单个喷嘴、喷嘴头、喷嘴连接板、温控系统等组成。 熔融状态的塑料由注射机被注入喷嘴连接板，流经喷嘴到达喷嘴头后，被注入型 腔。模具结构特点较简单。 2 ) 多头热流道系统塑料模具结构较复杂，熔融状塑料由注射机注入喷嘴连接 板，经热流道板流向喷嘴后到达喷嘴头，然后注入型腔。热流道系统的喷嘴与定 模板有径向尺寸配合要求和轴向尺寸限位要求。 3 ) 阀浇口热流道系统塑料模具结构最复杂。它与普通多头热流道系统的模具 结构基本相同，只不过多了一套可以控制阀针的开、闭运动的阀针传动装置。该 传动装置作用相当于液压油缸，利用注射机的液压装置与模具连接，形成液压回 路，实现针阀的开闭运动来控制熔融状态的塑料是否注入型腔。 ( 2 ) 按照热流导板的加热方式分类 按照热流导板的加热方式热流道系统一般分为隔热式和加热式两大类。 1 ) 隔热式。隔热流道模的流道由模板组成，无需加热，但尺寸要足够大，利 用凝结在流道壁的塑料提供的隔热效果与每一射出的热力相结合，来维持熔体在 流道内的畅通。由于其结构简单，设计不复杂，制造成本低，应用较早。缺点是 需要很短的工作周期，以防浇口凝结；需要很长的准备时间，才能达到稳定的熔 融温度；因为系统内无加热，需要较高的注塑压力，经常会造成腔板的变形或弯 青岛理 工 大学工学硕士论文 曲，无法保证注塑的