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注塑成型-何時應考慮使用熱流道

作者:網絡    2010年3月6日  

    熱流道模具技術雖然在模具制造業較發達的歐美國家有幾十年的發展應用歷史, 但傳統的冷熱流道模具至今仍占有很大的比例. 如在美國有人估計冷流道, 熱流道模具各占百分之五十. 有人則說熱流道模具占百分之六十, 冷流道模具占百分之四十. 哪個數字更為準確且先不說, 至少可
    何時應考慮使用熱流道注塑成型
   
    熱流道模具技術雖然在模具制造業較發達的歐美國家有幾十年的發展應用歷史, 但傳統的冷熱流道模具至今仍占有很大的比例. 如在美國有人估計冷流道, 熱流道模具各占百分之五十. 有人則說熱流道模具占百分之六十, 冷流道模具占百分之四十. 哪個數字更為準確且先不說, 至少可以看出如果冷,熱流道模具能夠長期共存, 就一定有各自存在的道理和應用特點. 然而對于模具用戶及塑料制品注塑加工生產商來說, 一個最基本的問題就是何時應考慮使用熱流道注塑成型, 何時應考慮使用傳統的冷流道模具成型.
    在論證是否使用冷流道或熱流道模具成型時, 主要考慮兩方面的因素, 一是經濟成本方面上的因素, 二是技術要求方面上的因素. 下面先較為簡略地談論經濟成本的考慮, 再討論技術方面上的考慮, 最后介紹熱流道技術的典型應用領域.
   
    一 選擇冷流道或熱流道模具種類時經濟上的考慮
    一般來說熱流道模具的生產設計制造周期要比冷流道模具長, 涉及的環節較多, 所以就模具成本本身來說, 熱流道模具要貴很多. 熱流道模具在經濟上的優越性主要是通過減小和消除生產廢料及實現注塑成型生產自動化來實現的.
    如果塑料制品產量要求非常大(如產量要求在數百萬件上)且生產率要求高, 應用熱流道就非常有優越性. 一般地說影響注塑成型周期(CYCLE TIME)最重要的一個因素就是塑料制品的冷卻固化時間(COOLING TIME). 在冷流道模具上, 因流道系統的橫截面尺寸往往比塑料制品壁厚大, 因此其冷卻時間就較長. 這經常會導致整體注塑成型周期加長. 相反地在熱流道模具上因不存在需要較長冷卻時間的冷流道, 所以注塑成型周期可顯著地得以降低. 另外用冷流道模具成型長長需要二次加工操作如修剪澆口, 回收流道系統廢料等. 應用熱流道模具就可避免二次加工操作等問題, 實現注塑成型生產自動化. 對于塑料原料價格昂貴, 制品產量要求大且不準許用回收料加工的項目, 熱流道模具就應該是首選的模具類別.
    在塑料制品產量小的情況下, 模具成本在塑料制品的價格中所占的比例就比較高, 這時候選用冷流道模具經濟上就比較劃算, 模具交貨期短, 使用維護都相對簡單. 因熱流道元器件貴, 且熱流道模具生產設計制造周期與冷流道模具相比要長很多, 所以對要求短,平,快的注塑成型項目, 從經濟成本上講, 就不適合選用熱流道模具加工成型, 而用考慮冷流道模具.
    很多模具公司亦將冷,熱流道模具結合使用. 如在制做一個貴重的熱流道模具之前, 先做一個較為經濟的冷流道模具進行小批量的塑料制品生產, 進行生產方案的研究論證以及檢測塑料制品的使用特性等. 取得經驗后再根據需要購置熱流道系統將原來的冷流道模具轉變成熱流道模具.
    對于剛開始學習使用熱流道模具的公司來說, 初始投資和費用是比較大的. 除購買熱流道系統本身外, 還需購置溫度控制器. 因為熱流道模具要消耗大量的電力, 電費會因此大幅度增加. 對于電力資源緊張的地區, 這就是一個重要的經濟成本因素. 用戶對熱流道使用技術的掌握很關鍵, 人員的充分培訓也是一筆支出.
    與冷流道模具相比, 熱流道模具更容易出現各種生產故障. 熱流道模具的使用與維護比較復雜. 熱流道元器件是處在高溫和高壓動負荷狀態下工作的, 導致其失效的因素很多。很多熱流道元器件亦是易磨易損件, 需定期更換. 所以熱流道用戶在購置正常的熱流道系統外, 還經常需要購買備用元器件. 這都會增加額外的熱流道模具的使用成本. 而冷流道模具出現故障的機會就少得多. 對于很多熱流道模具的故障問題, 還常常需要熱流道供應商派出技術服務人員幫助才能順利解決. 而這些技術服務經常都是收費的服務, 都會增加使用熱流道模具成本. 同時塑料注塑加工的經濟效益主要是靠不停頓地大量生產來保障的, 所以一旦有停產故障, 經濟損失是很大的. 因此在進行注塑加工成本核算來決定是采用冷流道還是熱流道模具時, 必須考慮熱流道模具停產故障是否可以順利解決這個因素.
    由以上的討論可以看出, 決定是否采用熱流道模具的經濟成本因素是有很多方面的. 要全面綜合考慮. 概況地說, 對于批量生產要求大, 塑料原料價格貴的項目及技術經驗豐富的公司應考慮使用熱流道模具. 在另一方面對生產批量小, 用戶技術經驗不夠豐富, 產品質量要求一般的項目, 使用傳統的冷流道模具就比較經濟劃算.
   
    二 決定是否選擇熱流道模具時技術上的考慮
    注塑加工象任何其它經濟活動一樣, 經濟效益當然是最重要的目標. 但同時應看到技術上的要求亦非常重要. 因為對很多, 尤其是近年來出現的各種新型注塑成型工藝, 用傳統的冷流道模具在技術上是無法實現的. 在這種情況下, 雖然采用熱流道模具價格成本比較高,但從技術上講是唯一的選擇. 同時, 熱流道技術亦將傳統的注塑加工工藝提高到一個新的高度. 應用熱流道技術后, 模具設計更加靈活多樣. 用原來冷流道無法做到的設計方案, 現在都能實現了. 下面將較為詳細地介紹熱流道技術的若干典型應用.
   
    三 必須采用熱流道技術的典型應用項目
    熱流道技術的應用范圍是很豐富廣泛的. 在如下所討論的應用項目里尤其需要采用熱流道技術. 傳統的冷流道模具是無法實現這些注塑加工成型的.
    1.品質要求嚴格的塑料注塑制品如醫用塑件
    對于很多的醫用塑料注塑制品, 一個最基本的要求就是不準許有澆口痕(GATE VESTAGE). 因澆口痕可能會劃破醫護人員的手套和皮膚, 造成疾病傳染等. 解決辦法就是采用熱流道技術里的閥式澆口(VALVE GATE)成型方法, 徹底削除澆口痕. 近年來在總體上講塑料制品加工業不夠景氣, 但醫用塑料注塑制品加工卻一支獨秀. 且多采用熱流道閥式澆口模具成型. 對于準備生產高質量醫用塑料制品的公司來說, 就應該考慮開發熱流道成型技術.
    2.多種塑料, 多種顏色共注工藝(CO-INJECTION)
    傳統的注塑成型是在一套模具上每次成型一種塑料或顏色. 這時可以用冷流道, 或熱流道模具. 但若要實現多種塑料或多種顏色共注, 就必須采用熱流道技術. 目前采用熱流道用多種塑料, 多種顏色共注加工的零件是很多的. 如先進的長期保鮮飲料瓶, 啤酒瓶, 就是采用夾心結構用兩種塑料通過熱流道多種塑料共注加工制成的. 既少量的隔氧保鮮塑料夾在較便宜的外層塑料里.
    在汽車制造業, 由多種顏色(如紅,橙,透明色)構成的整體前后車燈目前極為流行, 這也必須在同一模具上安裝多個熱流道系統. 即用一個熱流道系統注射紅色, 另一個熱流道注射橙色, 下一個熱流道系統注射透明色等. 顯然用傳統的冷流道模具是無法實現的.
    3. 澆口方向與開模方向成一定或垂直角度
    有時為避免將澆口開在零件正面影響美觀和使用等, 經常需要將澆口放在零件側面. 這時候如果使澆口方向與開模方向一致的話, 澆口處的模具強度就會很弱. 以垂直零件側面的角度開澆口就比較好(見圖1). 如汽車上的一些形狀復雜的大形零件經常會有這種將澆口方向與開模方向成一定角度的需要. 這時只有使用熱流道才能做到. 因由開模動作很難將過長的冷流道及澆口從帶角度的方向拉出.
   
   
   
   
    4.澆口開在深形零件內側
    有些工業產品對外觀要求極其嚴格, 在使用十不許暴露任何澆口痕跡, 小的此類零件如化妝品口紅筆蓋, 大到汽車內飾零件. 這時候就需要將澆口開在零件內側. 當零件深度過大的時候就不可能用冷流道澆口, 而只能使用熱流道噴嘴伸進零件內側注塑成型(參見圖2).
   
   
   
   
   
    5.多層模具(STACK MOLD)
    一種增加產量又不增加注塑機噸位的辦法就是使用多層模具. 即模具上有多個分模面. 這種模具是完全靠熱流道系統來實現的(圖3).
   
   
   
   
    6.預成型瓶胚(如PET瓶胚)的制作
    日常生活中人們大量使用的飲料瓶都由用注塑方法先生產PET預成型瓶胚, 再由吹塑方法制成工飲料瓶. PET預成型瓶胚的生產無一例外完全靠熱流道技術來實現的.目前世界上最大PET預成型瓶胚模具一次可生產144個瓶胚.
    7.需對多澆口進料進行分別控制的項目
    有些較大尺寸的零件需要多點(多澆口)進料才能成型. 但采用多澆口后在零件上就長會出現嚴重影響美觀的溶合線. 為徹底消除這些溶合線, 就可采用閥式澆口熱流道技術來實現. 通常的注塑成型都是將所有的澆口同時打開. 而為消除零件上的溶合線, 就需要將不同的澆口根據充模情況來打開或關閉. 傳統的冷流道當然無法提供對各個澆口進行打開或關閉的分別控制. 這只有依賴熱流道技術. 如在圖4 中為消除由多澆口產生的溶合線, 就可將3個澆口分別控制順序打開. 既先打開噴嘴1, 溶體剛剛流過噴嘴2即將其打開, 當溶體流過噴嘴3再將該噴嘴打開. 這樣一來在零件上就沒有由使用多澆口產生的溶合線了.
   
   
   
   
    8. 要大批量自動化生產的項目
    冷流道模具因在使用時總會有需要回收加工的冷流道材料, 所以很難與自動化技術結合起來進行大批量自動化生產. 若要大幅度提高生產率就應考慮采用熱流道技術. 如在國際上的各重包裝業, 如食品包裝盒和塑料瓶蓋等, 塑料制品消耗量巨大. 這些塑料食品包裝盒和塑料瓶蓋都采用熱流道模具進行快速大批量自動化生產. 對于很多薄壁制件, 零件本身在模具中所需冷卻時間很短, 這時采用熱流道閥式澆口就可消除費時的澆道及澆口的冷卻時間, 從而可大量加快生產速度.
   
    四 小結
    本篇討論了在選擇使用冷流道, 還是熱流道加工需要注意考慮的經濟與技術上的若干問題。有時選擇熱流道是因為可以提高經濟效益, 有時則是因為是技術設計制造上的需要. 冷流道模具亦有其優點, 如成本低,使用操作維護簡單, 會與熱流道模具長期共存下去. 用戶應根據具體情況權衡利弊, 以選擇最為合適的模具類型.
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