熔體輸送技術(shù)如何幫助減少物料浪費并提高生產(chǎn)效率

什么是熱流道系統(tǒng)？對于注塑工藝并不太熟知的人而言，這或許是謎之第一問。熱流道系統(tǒng)是注塑成型加工中的一個重要組成部分。自問世以來，熱流道在塑料加工領(lǐng)域不斷發(fā)揮其關(guān)鍵作用。雖然熱流道增加了模具的初始成本，但從長遠(yuǎn)來看，它們?yōu)樯a(chǎn)帶來諸多改進，當(dāng)之無愧地成為更經(jīng)濟的選擇。?

什么是熱流道？

熱流道能夠提高生產(chǎn)力和系統(tǒng)性能，生產(chǎn)外觀更為精美的注塑件，提升靈活性并改善工藝制程監(jiān)控。此外，它們還提高了能源效率，避免產(chǎn)生廢料，從而加快生產(chǎn)周期，降低部件成本。熱流道還將熔體輸送到模具，成就高品質(zhì)澆口、出色的“腔到腔”平衡、快速換色、無限的設(shè)計自由度，以及客制化程度更高的產(chǎn)品。熱流道解決方案助力加工商實現(xiàn)低成本、高質(zhì)量和高產(chǎn)量。熱流道系統(tǒng)在熱點式和閥針式澆口配置中皆表現(xiàn)卓越，并針對加工商的特定應(yīng)用進行優(yōu)化。

對于產(chǎn)量高且產(chǎn)品使用壽命長的應(yīng)用而言，使用熱流道技術(shù)帶來的好處最為顯著，此外，針對注重速度和一致性以便進行持續(xù)改進的低腔位模具，熱流道技術(shù)亦能帶來極大收益。本文將概述熱流道熔體輸送系統(tǒng)的工作原理及其如何改進注塑工藝。

冷流道的局限性

在注塑成型工藝中，模具最為重要的功能之一便是將熔體從料筒輸送到型腔。熔體輸送管理對終端部件品質(zhì)和生產(chǎn)線的成功運行有著舉足輕重的影響。對于樹脂流量、壓力和溫度的精準(zhǔn)控制至關(guān)重要。模塑加工的成功與熔體輸送系統(tǒng)的設(shè)計直接相關(guān)，因此對熱流道和冷流道方案進行詳盡比對則大有裨益。

冷流道是存在于模具內(nèi)的固化塑料流體通道，其在模塑制程完成后，必須從模具和注塑部件上移除。在模具分型面上加工而成的通道導(dǎo)致冷流道的產(chǎn)生，這些通道引導(dǎo)熔融樹脂從澆口流進型腔。熔融樹脂冷卻變硬后，與注塑部件一起頂出，下一個生產(chǎn)周期則得以開始。一般而言，冷流道系統(tǒng)對模具的起步成本或初始資金投入的要求較小。它們往往應(yīng)用于運行時間較短或生產(chǎn)頻率較低的低腔位模具中。

然而，一些注塑部件的需求量有所提升，并最終轉(zhuǎn)向于使用更高腔位數(shù)的模具。當(dāng)這種情況發(fā)生時，冷流道則會對加工和相關(guān)成本產(chǎn)生較大影響。更龐大的流道系統(tǒng)意味著要注射、冷卻和處理更多樹脂。冷流道的布局設(shè)計可能很復(fù)雜，而且為了容納流道和便于排氣，型腔之間必須保持較大間隔。

由于熔體在充填階段仍然會向型腔內(nèi)流入，所以冷流道還會延長生產(chǎn)周期。冷流道通常比注塑部件厚很多，因此，冷卻時間也很長。顯然，最重要的考量因素之一是：冷流道浪費樹脂，導(dǎo)致高昂成本的產(chǎn)生。加工商不得不拋棄流道，通過再研磨將其回收并用于其它加工，或以極其低廉的價格將其作為大宗廢料出售。

雙板冷流道模具的優(yōu)點包括設(shè)計緊湊、投資成本低、停留時間短。它還兼具維護簡單、換色迅速、澆口易于加工等特點。缺點則體現(xiàn)在報廢塑料的產(chǎn)生、為去除多余澆口料而運行增加加工成本的二次操作、生產(chǎn)周期長，以及表面光潔度不佳和尺寸穩(wěn)定性差等質(zhì)量問題。

三板冷流道系統(tǒng)產(chǎn)生的廢料雖然可以再研磨，但這個過程會產(chǎn)生其它問題。加工商圍繞著再研磨冷流道在未來新應(yīng)用中的使用，不得不面臨諸多問題。這個部件是否需要原生材料進行制造？僅使用很小比例的再研磨材料是否可行？廢料中是否有不需要的材料產(chǎn)生？外來碎屑會堵塞澆口嗎？與此同時，澆口料切除環(huán)節(jié)上也問題多多，比如流道究竟是折斷，還是必須要切除。還有可能需要人力勞動和用于購置澆口料自動切除設(shè)備而產(chǎn)生的相關(guān)固定資本支出。投資額可能相當(dāng)高昂，且投資回報期(ROI)較長。

熱流道提供優(yōu)化方案

熱流道是熔體輸送系統(tǒng)的進階替代方案。它的功能類似于冷流道，為熔融樹脂提供通道，使其流經(jīng)設(shè)計精密、技術(shù)性極高的系統(tǒng)。熱流道較之冷流道最重要的區(qū)別在于它不會使熔融樹脂凝固。輸送網(wǎng)絡(luò)完全包覆于鋼制分流板內(nèi)部，從不暴露于空氣中。

分流板將熔融樹脂輸送到注嘴，注嘴提供了通向澆口和型腔的通道。分流板和注嘴由熱電偶和加熱器進行調(diào)節(jié)，從而維持熔融塑料的溫度。打個比方，冷流道就像是露天的城市街道，而熱流道則更像是一條地鐵隧道。雖然熱流道增加了模具的價格，但鑒于熱流道能夠避免浪費、縮短生產(chǎn)周期和減少部件之間的差異性，所以應(yīng)當(dāng)將其視作一項投資。

熱流道通常被認(rèn)作注塑工藝中最精密的系統(tǒng)之一。各種材料及其功能特性成就整體工程設(shè)計和最終工藝性能的完美呈現(xiàn)。根據(jù)樹脂和應(yīng)用，澆口設(shè)計和溫度控制有多種選項可供選用。澆口既可利用熱點式注嘴進行熱控制，也可憑借閥針式澆口注嘴進行機械控制。基于它們與模具的不同互動模式，均有其獨特的設(shè)計要求。溫控器可用于過程監(jiān)控、控制和微調(diào)。赫斯基專利Ultra®熱流道配備Ultra Helix™閥針式澆口，這項技術(shù)可提供相當(dāng)干凈的澆口，幾乎測不出殘留痕跡。

使用熱流道，則無需在加工前、加工中和加工后處理冷流道。不需要人工或機器人去除固化的流道，亦無需對此進行再研磨，從而降低成本，減少設(shè)備維護，更好利用寸土寸金的場地空間，節(jié)省寶貴時間。由于不需要管理流道，也就無須進行澆口料切除和整理分類。對于加工商來說，生產(chǎn)周期方面的優(yōu)勢可以轉(zhuǎn)化為顯著提升的產(chǎn)量。

生產(chǎn)周期差別明顯

如下是熱流道與冷流道對比的另一個要素：雖然冷流道和熱流道的注塑制程步驟是相同的，但它們對生產(chǎn)周期的影響卻大相徑庭。由于熔體在充填階段仍然會向型腔流動，所以冷流道會延長生產(chǎn)周期。冷流道一般比注塑部件厚得多，因此，冷卻至安全操作條件所需時間也最長。此外，冷流道的澆道熔渣可能需要更大的開模行程才得以清除，這又增加了每個生產(chǎn)周期的時間。當(dāng)模具打開時，將流道從模具中卸除和清理——要么通過重力作用，要么憑借拆卸工具，兩者都需要時間。當(dāng)下一個生產(chǎn)周期開始時，冷流道依然存在，如此循環(huán)往復(fù)。

采用熱流道系統(tǒng)則可減少模具開合行程。部件迅速冷卻后即可頂出，相反地，冷流道在頂出前必先冷卻。熱流道系統(tǒng)也縮短了螺桿回復(fù)時間。相比熱流道，冷流道需要更大的注射量，而熱流道則可以使用較小的料筒，能耗更低。

要證明熱流道成本的合理性，總體節(jié)省金額必須超過熱流道自身成本。計算成本節(jié)約時須要考慮多種因素，包括部件數(shù)量、部件重量相較之流道重量、樹脂成本、設(shè)備小時成本、型腔數(shù)、人工費用和再研磨驗收等。再次強調(diào)，赫斯基的Ultra®熱流道配備Ultra Helix™閥針式澆口，可持續(xù)數(shù)百萬個生產(chǎn)周期——超長壽命享譽業(yè)內(nèi)，大大降低了機器小時成本。

當(dāng)加工商認(rèn)真考慮向熱流道系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的可能性時，總存在一個臨界點。假設(shè)一個64腔冷流道模具，生產(chǎn)周期為14秒，一天三班運行，一周七天。如果正常運行時間占90%，每年它將運行約200萬個周期，制造約1.293億個部件。重量2克的部件和192克的冷流道，意味著每個生產(chǎn)周期的注射總量高達(dá)320克。

熱流道提升品質(zhì)

除卻減少浪費和提高產(chǎn)量以外，熱流道還能在部件質(zhì)量、尺寸精度和表面光潔度等方面提供更有力的控制。澆口位置不再局限于周邊外緣，而是可以移動，從而在引導(dǎo)熔體流時，確保關(guān)鍵尺寸規(guī)格得以完美呈現(xiàn)或?qū)κ芴畛涮匦杂绊懙钠渌卣鲙砀鼮檎娴挠绊憽＿€可能縮短總流程以降低型腔填充壓力要求，減少或?qū)е虏考冃蔚钠渌に囋亍ｎA(yù)計的總面積和鎖模噸位要求也可能有所降低。

在注塑成型制程中所涉及到的各類設(shè)備組件中，就進行一定的調(diào)整從而影響模具中獨立型腔性能表現(xiàn)這一角度而言熱流道提供極致的靈活性。雖然也能對冷流道進行調(diào)校，除非模具在設(shè)計時便允許快速拆卸或更換冷流道插件，否則進行檢查、調(diào)整和驗證則可能需要耗費很長時間。變更調(diào)整往往手工進行，過程反復(fù)且難以替換。恢復(fù)到初始狀態(tài)會相當(dāng)耗時。可以通過焊接工藝增加鋼材，但需重新打磨，材料抗疲勞性可能受損。

注射筒和機器鎖模的影響力遍及全套制程。更換模腔需要排空冷卻液，并且機械強度大，這一點在高腔位模具上體現(xiàn)得尤為明顯。熱流道的注嘴頭可以迅速更換，加熱器位置改變或區(qū)域溫度調(diào)整亦能快速完成，其對整體質(zhì)量的影響立竿見影。

設(shè)計與美感升級

表面品質(zhì)是將熱流道和冷流道進行對比的另一個重要維度。精心設(shè)計的熱流道澆口定位可以成就更好的部件性能和表面光潔度。鑒于澆口可以重置于部件上的任意位置，因此流道修整、二次操作及一致性差等問題皆不復(fù)存在。

部件表面質(zhì)感的提升對于沖洗等應(yīng)用尤為重要，沖洗中要控制單個水滴的流量；在醫(yī)療領(lǐng)域，必須將澆口痕跡導(dǎo)致外科醫(yī)生手套撕裂的風(fēng)險降至最低。衛(wèi)生保健領(lǐng)域也要求類似的性能表現(xiàn)，導(dǎo)管必須盡可能隱秘放置。如果沒有優(yōu)化的澆口設(shè)計和定位，當(dāng)今我們所熟知和推崇的一些標(biāo)志性包裝和消費類電子部件將無從說起。

根據(jù)應(yīng)用，對熱流道系統(tǒng)設(shè)計合理性產(chǎn)生影響的因素很多，包括澆口類型（磨損、冷卻、公差和尺寸設(shè)計）、分流板要求（模流平衡、熱平衡、熔體通道尺寸、模具尺寸和型腔數(shù)）和加工變量（壓力、注射速度、模具和加工溫度、樹脂類型和系統(tǒng)定時）。

澆口選項提供卓越的功能和質(zhì)量

澆口是塑料進入型腔時，對其進行限流的迷你裝置。現(xiàn)在，注塑制造商有兩類熱流道可供選擇：熱澆口（熱點式）和閥針式澆口。熱澆口是一種簡單的澆口方法，沒有運動部件。探針由高導(dǎo)熱銅材制成。保壓期間，靜態(tài)塑料在澆口處凝結(jié)形成一個膜/皮，從而形成微小的凝結(jié)塞，堵塞澆口。凝結(jié)塞在注射過程開始時被吹出。熱點探針的溫度和位置是重要考量因素，精密加工必不可少。

采用熱點式澆口時，可能會出現(xiàn)澆口質(zhì)量問題。具體來說，嘴頭相對于澆口的位置差異會影響澆口的痕跡，有時會出現(xiàn)絲痕（天使頭發(fā)）、滴料、甚至部件未填充。干凈的澆口痕跡是赫斯基Ultra®熱流道設(shè)計的一大優(yōu)勢。

另一種澆口選項——閥針式澆口，則是一種可控性更強的方式，能提供更高的澆口品質(zhì)。通過閥桿驅(qū)動，以機械方式打開或關(guān)閉澆口。閥桿處于“后退”位置時，將塑料射入型腔。保壓后，閥桿向前驅(qū)動，以機械方式關(guān)閉澆口。與熱點式澆口相比，閥針式澆口提供了更為寬泛的操作窗口，“點到點”的一致性也更好。澆口直徑更大，部件的澆口切斷和應(yīng)力則更小。閥針式澆口還避免了澆口殘留問題。

閥針式澆口可應(yīng)用兩種不同的切斷方式——錐形（錐度型）和圓柱形（柱塞型）。錐形切斷適合非精密應(yīng)用，在澆口區(qū)域需要更大強度以避免過早開裂，而圓柱形切斷整合了無需預(yù)載、尺寸精密的滑動配合pin腳，提高精密部件的澆口質(zhì)量。

取決于不同的應(yīng)用需求，閥針式澆口熱流道系統(tǒng)有多種驅(qū)動選項。其中包括液壓、氣動和電動（伺服馬達(dá)）。閥桿可以單獨移動，也可以在模板驅(qū)動下作為一個同步組而共同移動。氣動方式最受歡迎，因為成本較低、可在潔凈室內(nèi)使用，且管理維護最為簡易。

分流板在初始系統(tǒng)設(shè)計實施中也扮演著重要的角色。熱流道分流板的尺寸可根據(jù)客戶實際需求而無限變化，注射點位置靈活多變。分流板的形狀和尺寸取決于模腔的數(shù)量和間距。為了達(dá)到最佳流動狀態(tài)，通道布局必須平衡。熔體通道規(guī)格尺寸依據(jù)不同應(yīng)用而進行客制化訂制。加熱器型線設(shè)計針對每種形狀和每種樹脂特性進行優(yōu)化和驗證。

雖然大多數(shù)傳統(tǒng)熱流道系統(tǒng)以直角路徑運行，但處理更復(fù)雜的噴嘴配置時，就要使用復(fù)雜的系統(tǒng)。在這些選項中，螺栓分流板系統(tǒng)可為汽車前照燈邊框等外形設(shè)計獨特的表面提供不同角度的熔體輸送。

過程控制器提供準(zhǔn)確性和一致性 

每個熱流道系統(tǒng)都需要溫控器來管理溫度和機械設(shè)置。赫斯基Altanium®模具控制器提供高度精準(zhǔn)的溫度和伺服控制，其故障恢復(fù)解決方案備受業(yè)內(nèi)推崇。它們配備大尺寸全彩觸摸屏，導(dǎo)航功能易于使用，配置豐富多樣，可在各種注塑環(huán)境中得以應(yīng)用。

所有Altanium®控制器均使用主動推理技術(shù)(ART)，提供優(yōu)化的控制，更好地實現(xiàn)“點到點”和“腔到腔”的一致性和重復(fù)性。主動推理技術(shù)(ART)通過一流的功率輸出、完全隔離的熱電偶輸入和確保溫度讀數(shù)完整性的業(yè)界領(lǐng)先熱電偶采樣率，提供更為精準(zhǔn)、嚴(yán)瑾的控制，可變性極小。

結(jié)論：熱流道的重要性不言而喻

熱流道技術(shù)堪稱注塑件生產(chǎn)中的無價之寶。通過出色的熔體控制和加工性能，使模塑工藝得以優(yōu)化，制造更高品質(zhì)的部件，生產(chǎn)能力也大幅提升。

較之冷流道系統(tǒng)，熱流道系統(tǒng)具有顯著的性能優(yōu)勢。通過減少樹脂用量、改進生產(chǎn)周期和省卻后處理步驟，能實現(xiàn)可觀的成本節(jié)約。可利用各種工程解決方案對熱流道進行客制化打造，以適合各種應(yīng)用。

隨著熱流道技術(shù)的進步，我們看到注塑行業(yè)內(nèi)從冷流道向熱流道轉(zhuǎn)變的勢頭持續(xù)強勁。伴隨塑料部件設(shè)計不斷超越界限，減少樹脂使用繼續(xù)成為所有模塑商關(guān)注的焦點，熱流道解決方案定位于滿足全新的產(chǎn)業(yè)挑戰(zhàn)。我們可以預(yù)見：憑借精密復(fù)雜的熱流道技術(shù)進行熔體輸送管理，將在注塑加工中發(fā)揮越來越關(guān)鍵的作用。