热流道模具技术虽然在模具制造业较发达的欧美国家有几十年的发展应用历史, 但传统的冷热流道模具至今仍占有很大的比例. 如在美国有人估计冷流道, 热流道模具各占百分之五十. 有人则说热流道模具占百分之六十, 冷流道模具占百分之四十. 哪个数字更为准确且先不说, 至少可以看出如果冷,热流道模具能够长期共存, 就一定有各自存在的道理和应用特点. 然而对于模具用户及塑料制品注塑加工生产商来说, 一个最基本的问题就是何时应考虑使用热流道注塑成型, 何时应考虑使用传统的冷流道模具成型.
在论证是否使用冷流道或热流道模具成型时, 主要考虑两方面的因素, 一是经济成本方面上的因素, 二是技术要求方面上的因素. 下面先较为简略地谈论经济成本的考虑, 再讨论技术方面上的考虑, 最后介绍热流道技术的典型应用领域.
一 选择冷流道或热流道模具种类时经济上的考虑
一般来说热流道模具的生产设计制造周期要比冷流道模具长, 涉及的环节较多, 所以就模具成本本身来说, 热流道模具要贵很多. 热流道模具在经济上的优越性主要是通过减小和消除生产废料及实现注塑成型生产自动化来实现的.
如果塑料制品产量要求非常大(如产量要求在数百万件上)且生产率要求高, 应用热流道就非常有优越性. 一般地说影响注塑成型周期(CYCLE TIME)最重要的一个因素就是塑料制品的冷却固化时间(COOLING TIME). 在冷流道模具上, 因流道系统的横截面尺寸往往比塑料制品壁厚大, 因此其冷却时间就较长. 这经常会导致整体注塑成型周期加长. 相反地在热流道模具上因不存在需要较长冷却时间的冷流道, 所以注塑成型周期可显著地得以降低. 另外用冷流道模具成型长长需要二次加工操作如修剪浇口, 回收流道系统废料等. 应用热流道模具就可避免二次加工操作等问题, 实现注塑成型生产自动化. 对于塑料原料价格昂贵, 制品产量要求大且不准许用回收料加工的项目, 热流道模具就应该是首选的模具类别.
在塑料制品产量小的情况下, 模具成本在塑料制品的价格中所占的比例就比较高, 这时候选用冷流道模具经济上就比较划算, 模具交货期短, 使用维护都相对简单. 因热流道元器件贵, 且热流道模具生产设计制造周期与冷流道模具相比要长很多, 所以对要求短,平,快的注塑成型项目, 从经济成本上讲, 就不适合选用热流道模具加工成型, 而用考虑冷流道模具.
很多模具公司亦将冷,热流道模具结合使用. 如在制做一个贵重的热流道模具之前， 先做一个较为经济的冷流道模具进行小批量的塑料制品生产, 进行生产方案的研究论证以及检测塑料制品的使用特性等. 取得经验后再根据需要购置热流道系统将原来的冷流道模具转变成热流道模具.
对于刚开始学习使用热流道模具的公司来说, 初始投资和费用是比较大的. 除购买热流道系统本身外, 还需购置温度控制器. 因为热流道模具要消耗大量的电力, 电费会因此大幅度增加. 对于电力资源紧张的地区, 这就是一个重要的经济成本因素. 用户对热流道使用技术的掌握很关键, 人员的充分培训也是一笔支出.
与冷流道模具相比, 热流道模具更容易出现各种生产故障. 热流道模具的使用与维护比较复杂. 热流道元器件是处在高温和高压动负荷状态下工作的, 导致其失效的因素很多。很多热流道元器件亦是易磨易损件, 需定期更换. 所以热流道用户在购置正常的热流道系统外, 还经常需要购买备用元器件. 这都会增加额外的热流道模具的使用成本. 而冷流道模具出现故障的机会就少得多. 对于很多热流道模具的故障问题, 还常常需要热流道供应商派出技术服务人员帮助才能顺利解决. 而这些技术服务经常都是收费的服务, 都会增加使用热流道模具成本. 同时塑料注塑加工的经济效益主要是靠不停顿地大量生产来保障的, 所以一旦有停产故障, 经济损失是很大的. 因此在进行注塑加工成本核算来决定是采用冷流道还是热流道模具时, 必须考虑热流道模具停产故障是否可以顺利解决这个因素.
由以上的讨论可以看出, 决定是否采用热流道模具的经济成本因素是有很多方面的. 要全面综合考虑. 概况地说, 对于批量生产要求大, 塑料原料价格贵的项目及技术经验丰富的公司应考虑使用热流道模具. 在另一方面对生产批量小, 用户技术经验不够丰富, 产品质量要求一般的项目, 使用传统的冷流道模具就比较经济划算.
二 决定是否选择热流道模具时技术上的考虑
注塑加工象任何其它经济活动一样, 经济效益当然是最重要的目标. 但同时应看到技术上的要求亦非常重要. 因为对很多, 尤其是近年来出现的各种新型注塑成型工艺, 用传统的冷流道模具在技术上是无法实现的. 在这种情况下, 虽然采用热流道模具价格成本比较高,但从技术上讲是唯一的选择. 同时, 热流道技术亦将传统的注塑加工工艺提高到一个新的高度. 应用热流道技术后, 模具设计更加灵活多样. 用原来冷流道无法做到的设计方案, 现在都能实现了. 下面将较为详细地介绍热流道技术的若干典型应用.
三 必须采用热流道技术的典型应用项目
热流道技术的应用范围是很丰富广泛的. 在如下所讨论的应用项目里尤其需要采用热流道技术. 传统的冷流道模具是无法实现这些注塑加工成型的.
1．品质要求严格的塑料注塑制品如医用塑件
对于很多的医用塑料注塑制品, 一个最基本的要求就是不准许有浇口痕(GATE VESTAGE). 因浇口痕可能会划破医护人员的手套和皮肤, 造成疾病传染等. 解决办法就是采用热流道技术里的阀式浇口(VALVE GATE)成型方法, 彻底削除浇口痕. 近年来在总体上讲塑料制品加工业不够景气, 但医用塑料注塑制品加工却一支独秀. 且多采用热流道阀式浇口模具成型. 对于准备生产高质量医用塑料制品的公司来说, 就应该考虑开发热流道成型技术.
2．多种塑料, 多种颜色共注工艺(CO-INJECTION)
传统的注塑成型是在一套模具上每次成型一种塑料或颜色. 这时可以用冷流道, 或热流道模具. 但若要实现多种塑料或多种颜色共注, 就必须采用热流道技术. 目前采用热流道用多种塑料, 多种颜色共注加工的零件是很多的. 如先进的长期保鲜饮料瓶, 啤酒瓶, 就是采用夹心结构用两种塑料通过热流道多种塑料共注加工制成的. 既少量的隔氧保鲜塑料夹在较便宜的外层塑料里.
在汽车制造业, 由多种颜色(如红,橙,透明色)构成的整体前后车灯目前极为流行, 这也必须在同一模具上安装多个热流道系统. 即用一个热流道系统注射红色, 另一个热流道注射橙色, 下一个热流道系统注射透明色等. 显然用传统的冷流道模具是无法实现的.
3. 浇口方向与开模方向成一定或垂直角度
有时为避免将浇口开在零件正面影响美观和使用等, 经常需要将浇口放在零件侧面. 这时候如果使浇口方向与开模方向一致的话, 浇口处的模具强度就会很弱. 以垂直零件侧面的角度开浇口就比较好(见图1). 如汽车上的一些形状复杂的大形零件经常会有这种将浇口方向与开模方向成一定角度的需要. 这时只有使用热流道才能做到. 因由开模动作很难将过长的冷流道及浇口从带角度的方向拉出.
4．浇口开在深形零件内侧
有些工业产品对外观要求极其严格, 在使用十不许暴露任何浇口痕迹, 小的此类零件如化妆品口红笔盖, 大到汽车内饰零件. 这时候就需要将浇口开在零件内侧. 当零件深度过大的时候就不可能用冷流道浇口, 而只能使用热流道喷嘴伸进零件内侧注塑成型(参见图2).
5．多层模具(STACK MOLD)
一种增加产量又不增加注塑机吨位的办法就是使用多层模具. 即模具上有多个分模面. 这种模具是完全靠热流道系统来实现的(图3).
6．预成型瓶胚(如PET瓶胚)的制作
日常生活中人们大量使用的饮料瓶都由用注塑方法先生产PET预成型瓶胚, 再由吹塑方法制成工饮料瓶. PET预成型瓶胚的生产无一例外完全靠热流道技术来实现的.目前世界上最大PET预成型瓶胚模具一次可生产144个瓶胚.
7．需对多浇口进料进行分别控制的项目
有些较大尺寸的零件需要多点(多浇口)进料才能成型. 但采用多浇口后在零件上就长会出现严重影响美观的溶合线. 为彻底消除这些溶合线, 就可采用阀式浇口热流道技术来实现. 通常的注塑成型都是将所有的浇口同时打开. 而为消除零件上的溶合线, 就需要将不同的浇口根据充模情况来打开或关闭. 传统的冷流道当然无法提供对各个浇口进行打开或关闭的分别控制. 这只有依赖热流道技术. 如在图4 中为消除由多浇口产生的溶合线, 就可将3个浇口分别控制顺序打开. 既先打开喷嘴1, 溶体刚刚流过喷嘴2即将其打开, 当溶体流过喷嘴3再将该喷嘴打开. 这样一来在零件上就没有由使用多浇口产生的溶合线了.
8. 要大批量自动化生产的项目
冷流道模具因在使用时总会有需要回收加工的冷流道材料, 所以很难与自动化技术结合起来进行大批量自动化生产. 若要大幅度提高生产率就应考虑采用热流道技术. 如在国际上的各重包装业, 如食品包装盒和塑料瓶盖等, 塑料制品消耗量巨大. 这些塑料食品包装盒和塑料瓶盖都采用热流道模具进行快速大批量自动化生产. 对于很多薄壁制件, 零件本身在模具中所需冷却时间很短, 这时采用热流道阀式浇口就可消除费时的浇道及浇口的冷却时间, 从而可大量加快生产速度.
四 小结
本篇讨论了在选择使用冷流道, 还是热流道加工需要注意考虑的经济与技术上的若干问题。有时选择热流道是因为可以提高经济效益, 有时则是因为是技术设计制造上的需要. 冷流道模具亦有其优点, 如成本低,使用操作维护简单, 会与热流道模具长期共存下去. 用户应根据具体情况权衡利弊, 以选择最为合适的模具类型.
