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热流道技术的研究状况及发展趋势是嘛

发布时间:2021-07-19 18:24:36 阅读: 来源:煤气过滤器厂家

热流道技术的研究状况及发展趋势

热流道模具与普通流道模具相比,具有省时、省料、省工和提高产品质量的优点。在国外这项技术的应用已有40余年的历史,使用率已占注射模具总量的40%以上。其中北美在生产盖、罩及薄壁制品时,85%的模具都采用了热流道系统。然而在我国,热流道的使用率还不到10%。

尽管使用热流道会增加大约15%~20%的模具造价成本,但就长期利益来讲,使用热流道所得的益处要远大于成本增加带来的影响,其潜在的应用市场非常广大。基于此,本文对近几年来国内外热流道系统的最新研究现状和发展趋势进行了总结与探讨,以期能为热流道模具的应用与推广提供参考与借鉴。

1 热流道模具技术的研究现状

热流道系统一般由热喷嘴、热流道板和加热元件等部件所组成。目前热流道模具技术有如下研究特点,并成为一种发展趋势:

1.1针阀式浇口热流道系统

针阀式浇口热流道系统具有能避免流涎、浇口开口尺寸大、磨损小和浇口痕迹小的优点,特别适用于需要高注射压力及高粘度材料的场合。近年来,其在外壳、汽车内外饰件、光盘、聚酯瓶坯、大型家电的成型方面的应用不断扩大。

针阀的启闭可以通过液压、气压、机械驱动机构或弹簧来完成。

1)液压驱动阀式浇口可以准确地控制补料时间,可以在高温高压下提早快速封闭浇口,降低塑件的内应力,增加尺寸稳定性[1];

2)气压驱动更安全,不会因泄漏而发生污染等安全问题[2];

3)图1为最新的日本菲沙株式会社弹簧针阀式喷嘴图,它利用注射压力和弹簧的弹力来实现喷嘴口的自动开关,其动作的可靠性建立在针阀与分流梭的高精度配合基础之上。据介绍该结构不仅具有高精度、高可靠性的优点,而且装卸、安装和维护都很方便。另外,这种喷嘴的高度尺寸相对较小,能降低模具的制造成本[3];

图1 日本菲沙株式会社弹簧针阀式喷嘴图

4)针尖热流道控制技术是由美国Kona 热流道装置制造公司研发出的注塑控制技术。其原理是根据模腔压力变化, 改变热流道系统中阀的位置, 达到控制的目的。图2为控制原理示意图。

图2 针尖热流道控制原理示意图

公司研究开发副总裁MarkMoss 称,“该系统实际上是实现了动态供料的设想。这样, 在任何可想象出的场合中, 都可改进制件的质量”[4];

5)热阀针式浇口

美国印第安纳州的热阀针式浇口 ( Thermal Valve Gating)技术采用双加热片模式, 设有一个热流道模板加热片和一个位于浇口中央的尖端加热片, 可随注塑循环过程依次通电加热或断开, 即在每次注射动作之前熔融浇口处的物料,而在保压和冷却阶段则冷凝浇口部分。采用TVG 系统进行加工,部件上不会产生放射性条纹、冷凝料块; 或者在浇口部位出现冷固凝结现象。并且,与其他机械型阀针式浇口不同,TVG系统可免维护,这是由于系统上没有移动式零件的缘故[5]。

1.2 TGK喷咀热流道

TGK喷嘴热流道的基本结构是在壁筒和中心部位设置一个鱼雷式分流梭,壁筒和从每盘钢丝上任1端截去很多于500毫米后再取两个试样中心部位之间作为树脂的流道。鱼雷梭前端呈针状,起防止热流道树脂硬化和控制残余浇口的功能。作为加热源,鱼雷梭由端头内加热,本体为外加热[6]。目前该项技术在日本已得到应用。图3为TGK喷嘴在一模多浇口时与流道板组合的形式。

图3 TGK喷嘴在一模多浇口时与流道板组合的形式

1.3带冷流道浇口的热分流道模具

热流道后面带有一段冷流道,由冷流道与制品相连 ,如图4所示,热流道后连接一段冷主流道,可以减小冷热矛盾。

图4 多型腔主流道型冷浇口热分流道模具

1-主流道衬套 2-热流道板 3-定模底板 4-垫块 5-滑动压环 6-喷嘴 7-支撑螺钉

8-堵头 9-销钉 10-压紧螺钉 11-支块 12-主流道浇口套

1.4 动态平衡注塑系统

据报道[7],圣万提Dynamic Feed (动态平衡)技术是目前行业内唯一能够独立控制每一个模具型腔(或多型腔)内熔融填充速度和压力的控制系统。这项加工工艺能使多腔模具中每个模腔在整个注塑过程中保持制品所需的尺寸稳定性和均衡。通过动态填充,使热流道里的熔融压力调节器不仅能确保每个热嘴里最佳的压力增减,而且能精确控制整个压力顺序,这样熔融物在整个模具内能均速流动,避免注塑件表面产生难看的流涎、应力银纹。

1.5 叠层式热流道模具

叠层式热流道模具是将两副或多副模具的型腔叠放组合在一起,并加上热流道系统。最适于成型大型扁平制件,小型多腔薄壁制件和需大批量生产的制件。

与常规模具相比,这种模具锁模力只提高5%~10%,但产量提高了90%~95%。且模具制造周期可缩短5%~10%,应用前景较广阔。目前,国内关于叠层式热流道模具的研究已经起步,而国外一些发达国家已用于工业化。文献[8]~[9]对该领域进行了详实的报道。

1.6 热管式热流道模具

热管技术来自航天技术。原理如图5所示。液体工作介质在加热区域受电加热器加热而蒸发,并把热量以蒸汽的形式扩散到冷端,蒸汽冷凝而放出热量 ,其导热能力可达到铜的1000倍以上 。

图5 热管导热机理

1-管壳 2-毛细吸液芯 3-蒸汽腔

美国KONA 公司将热管技术应用于热流道系统,开发了三代热喷嘴系统,获得显著的加工维修效益。图6为该公司近期推出的使用热管传热的热喷嘴。Dynisco 公司并入热管的热喷嘴尖设计得更尖锐,可更好地控制浇口区域的温度。

图6KONA 公司的热管传热式热喷嘴

菲沙株式会社弹簧针阀式喷嘴图,它是的自动开关,其动作的可靠性是2001 年Watlow 公司推出一系列低剖面喷嘴和集流管加热器, 称为“厚膜喷嘴加热器”[10、11 ] 。据介绍,与热管类似,它含有一种低热量物质,一层类似玻璃的绝缘层,一个可调节的平板电阻加热器。比传统圈式或管式加热器加热更快,使用温度高达500 ℃,能均匀加热分流板或沿喷嘴长度方向加热,容易与任何形状的热流道配合,提高了热流道系统的精确控制、模具温度的均匀性和模具设计的灵活性。

1.7 注-吹塑成型机用的热流道

美国工具及装备研发公司最近将自行开发的专利性热流道系统装配在注塑-吹塑成型机上。这种名为Genesisd 的系统最初是专为单阶注- 拉- 吹塑成型机而研发。现在已定位于装配在UniloyMilacron 和Jomar 公司制造的注吹塑成型机上。

Genesisd系统设有一个可调节螺杆前端压力的直通式喷嘴, 这样注嘴尖端无需安装集料夹具和卡紧环。它设有一个内预置式的检测装置, 用以在物料注入模具95%之内的幅度时, 可平衡制件上各个区段上物料的分布状况, 并且便于物料更快注入模腔、较快地更换着色制件。每个控制系统都设计装配了电脑模拟分析, 可达到极好的温度分布( 温差在5F/ 3℃以内) 。据说, 利用这种已取得专利权的“ 短浇口”技术, 在最终加工得到的容器上基本看不到物料的流动痕迹, 同时其采用了歧管式凸模, 可实现与制件外表面的接触面积最小化, 这样可以将热量损失降到最小[12]。

1.8 元件的标准化、小型化和系列化的发展

热流道元件标准化不仅降低模具造价,并且十分便于对易损零部件的更换和维修。Polyshot公司已开发出快换热流道模具系统,尤其适于注射压力为70KN的小型注射机。Husky、Presto和Moldmastera等公司的喷嘴、阀杆和分流板都已作为标准件便于快速更换和交付模具,现在国外只需2周即可交付模具。

Moldmaster公司针对小型制件的空间限制,在2001年开发了用于小制件的喷嘴,含整体加热器、针尖和熔体通道,体积直径小于9mm,浇口距仅为10mm,可成型重量为1~30g的制品。

2004年,圣万提推出了新型螺旋式热嘴[13],可用于生产小到0.1克重注塑零件的注塑模具,据称这也是全球前三大热流道系统生产商能实现的最小注塑零件重量。在成功测试后,圣万提又对该热嘴进行了一些改进:将加热系统和电缆导管都集成起来,只留下一个圆柱形的洞,而不额外留出线槽。新的镶嵌在铝中的加热组件使热量分配达到最优状态,并且可以在客户的工厂进行更换,大大减少了对售后服务和库存的要求。

图7 新型螺旋式热嘴

1.9 热流道元件的材料的改善

如今人们越来越多地运用钛钼合金这样的高耐腐蚀性合金来制造热流道元件。加拿大Georgetown和Mold-Master公司在K'98展览会上介绍一整可能影响装备在运行进程当中出现检测差异的问题条用于金属粉末注射成型的生产线,特别是碳化的元件的生产线,用碳化钼制造的热流道特别耐用,且很适合用来成型敏感材料 [14]。DME公司在制造汽车零件时,用33%玻纤填充的聚酰胺要求成型温度为327 ℃,原用合金钢喷嘴需要输出功率大的加热器,改用钼合金后,所需加热功率明显降低。

1.10 热流道模具温控系统的发展

目前国外的热流道温控系统已实现微电脑控制,采用PIDD连续调节,其精度可达±0.5℃。国内热流道元件生产商也正在向电脑控温的方向努力。

在K2001 展览会上德国Mold2M asters Eu ropa Gm bH 公司展示的“多区域温度监控仪”(英文简称TMM Z)是该公司开发的新一代热流道温控安全保护装置。据介绍,该装置最重要的技术变革是采用相位控制技术代替过去采用的点射控制技术。TMM Z 温控仪对热道系统温度控精度很高, 有利于生产出高质量产品, 同时对热流道和模具起保护作用,是高度自动化生产控制系统的尖端产品[15]。

2002年,由美国MSI公司开发的Altanium系列热流道温度控制器可实现1~384个控制温区。2003年,DME公司推出的边缘浇口和大功率控制器的新热流道装置包括熔融流动和电控制区的附件,该装置更适用于高密度材料应用。另一方面,Athena控制公司推出适用于小型热流道的新型3区控制器,体积为235mm×324mm×180mm,比典型的5区更小,更便宜,更适应小型塑件的注射。

1.11 模具CAD/ CAE /CAM技术的发展

模具CAD/ CAE /CAM技术的发展与应用推动了热流道技术更加科学合理地发展。尤其是依靠CAE 技术对热流道中熔体流动进行分析模拟,更加准确快速地对分流板流道分布、大小、进料口位置等进行优化确认。并借此根据分析结果对加工工艺进行调整(如针阀式喷嘴中阀针的开闭时机、打开顺序等) , 从而满足注射制品日益提高的质量和精度要求[16],提高一次试模成功率, 帮助企业缩短产品上市周期, 增强市场竞争能力。CAE 软件中应用最广泛的当数美国Moldflow 公司的模拟软件MF。

在第十一届中国国际模具技术和设备展览会上[17],美国UGS公司的级进模设计系统NX_PDW初步实现了模具零件的结构关联,日本UNISYS株式会社的CADCEUS的特色是三维设计与二维视图的联动,英国DELCAM公司的塑料模软件PS_Moldmaker实现了加工信息的自动封装。

国内,华中科技大学在注射成形模拟软件HSCAE6.2中引入了人工智能技术。传统的模拟软件基本上都是被动式的计算工具,分析前需要用户事先设计成形方案和确定工艺参数,分析结果常常难以直接用来指导生产。HSCAE6.2的专家系统规则库在对分析结果进行综合和提炼的基础上驱动专家系统进行推理,对注射成形方案进行评价并在分析报告中输出具体的改进建议,将模拟软件由传统的“被动式”计算工具提升为新一代的“主动式”优化系统。

2 结论

随着国内外技术的不断改进,热流道模具合理的成本使得工作效率的不断提高,经济效益明显增加的事实,已经再一次掀起了推广热流道技术的新高潮。企业应该不断更新和吸取国内外的先进技术和经验,运用到实际生产中,以缩短差距,使塑料加工业得到快速高效的发展。

参考文献

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[2]Editor . Hot - Runner Cont rols Mount Right on the Mold[J ] . Plastics Technology ,1999 ,(1).

[3]日本菲沙株式会社弹簧针阀式喷嘴.模具制造,2005(3)工业和信息化部原材料工业司综合处处长常国武指出.

[4] Kunststoffe P last Europe [J] 11999, 89 (4).

[5]黄泽雄编译.美国加工的热流道注塑件销往中国[J].国外塑料,2006(4).

[6]陈剑玲,刘廷华.热流道技术的发展和应用概况[J]. 模具工业,2003(8).

[7]解决热流道系统漏料问题.,.

[8]王朝虹,刘廷华,申开智.叠层热流道模技术发展动态[J].模具工业,2006(4).

[9]王振保,李辉,方少明.叠层式注塑模具的研究[J].橡塑技术与装备,2006(1).

[10]Günther Heisskanaltechnik Gmb H. Hot2runner manifolds get new heater technology. Modern Plastics ,2002(7):70.

[11]Peter Wippenbeck. Tailor2made engineering in increasing perfection. Kunststoffe Plast Europe ,2002 ,92 (2) :24.

[12]石磊编译.注-吹塑成型机用的热流道[J].国外塑料,2006(4).

[13]圣万提螺旋式热嘴.,.

[14]董祥忠(编译).热流道技术-应用越来越广泛[J],国外塑料,2000(2).

[15]郭桐壬.热流道系统的温控安全保护装置[J].国外塑料,2003(1).

[16]Moldflow技术在注塑成型过程中的应用[J].2006(5).

[17]第十一届中国国际模展模具评定评述专家组.第十一届中国国际模具技术和设备展览会现代模具制造技术及设备评述.模具工业,2006(9).(end)

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