微型零件的注塑成型的热流道解决方案

waineannomb · 发表于 2012-11-4 19:59:33

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微型零件的注塑成型要求采用创新的热流道解决方案，以满足注塑模具工人和模具制造商的需求。
精密微型零件的注塑成型向模具制造商和热流道供货商提出了特殊的要求。由于这类零件的重量只有0.05~2g，因此流道系统的重量对零件的价格也产生很大的影响。事实上，大部分微型零件的生产采用很小的公差尺寸，为了保证各型腔能够均匀地注入熔液，因此要使用自然平衡的流道系统。
经过固化的流道系统，其流道的重量要比零件的重量大很多倍。这必然会增加每个零件的材料费用，而且还需要增添流道与零件的分离设备，使零件的总体价格增加。

图1 带有4、8和16个尖端的微型热流道系统
另一方面，如果采用普通的商用热流道系统，由于直接注射零件所需的喷嘴尺寸和数量等原因，必然会增加模具的尺寸和模具的制造成本。为了降低模具和材料的成本，对于控制区域较少、节距很小的大量模腔而言，需要一套全面平衡的热流道系统。
最小节距尺寸平衡
在小型零件的注塑模中，热流道尖端的节距尺寸对模具的大小起着决定性的作用。为了缩小模具的尺寸，要将热流道尖端直接拧紧到岐管上。然后通过一个特殊的分配装置使其获得自然平衡。图1所示为4、8和16个下行流道应用领域中使用的热流道系统。熔液的内部分布如图2所示。一个经过径向铣削加工的圆柱形岐管可将熔液分流到具有同样流动长度的各个流道的尖端上。这种设计使全面平衡的热流道系统包容在有限的空间内。

图2 外部带有铣削流道的圆柱形特殊分流元件
采用技术型树脂（特别是含有阻燃添加剂的树脂）是非常重要的，它可使岐管中的材料维持很短的驻留时间。实际上，较低的压力损耗和很短的驻留时间是互相矛盾的。对于较低的压力损耗而言，需要很大的流量，而对于较短的驻流时间而言，则需要较小的流量。采用外部铣削加工的圆柱形岐管，就可以同时满足这两种要求。
如果选用严格的材料，也必须计算在这个系统中的驻留时间和压降。市场上有很多计算程序可供使用，可以计算出最佳的方案。
该圆柱形元件安装于岐管体上，采用一个加热筒在中心部位加热。微小的公差尺寸和精确的制造工艺，再加上独特的密封塞，可以确保该系统无任何泄漏。
温度分布对质量的影响
材料质变的情况不但取决于驻留时间，而且也取决于热流道元件的温度分布情况。被加工处理的塑料不得超过其允许的温度范围，以避免材料在岐管中变质。正因为这个原因，岐管各处的温度必须均衡分布，这是非常必要的。在热流道系统中，常常通过加热元件将一定的热量传送到模具中。向模具传送热量有三种方式：辐射式；对流式和热传导式。
还需要尽量降低这三种热量传送方式的数量。如果采用辐射式传热，那就意味着岐管的表面类似于一个白光发射器；如采用对流式传热，应尽量保持较小的缝隙，这一点是非常重要的；如采用导热方式，应保证最小的接触表面。

图3 加热元件的功率在岐管各处的分布情况
图3所示为一个16下行流道的岐管，配有特殊的钛合金元件，以降低热传导，还有一个优化加热器，可以使辐射热量均匀分布。在岐管的两端，由于辐射传送的热量高于岐管中间的热量，这就是说，加热筒的两端要比中间一段需要导入更多的热量。
微型热流道模具的设计
正如前面所说的，尽最大努力减少模具与热流道之间的接触表面，可以降低传送到模具内的热量（见图4）。熔液室在钛合金环周围采用正面密封，这样做可以补偿岐管的热膨胀系数，避免因热膨胀所造成的张力影响。负荷表面所承受的压力很小，因此可降低提升力。在注入室区域的少量材料有助于快速变色并保持较短的驻留时间。
岐管必须处于中心位置，以保证各个方向上的均匀热膨胀。尖端之间的较小节距有利于热膨胀系数的精确计算，可以使小注入口的直径达到0.4mm。

图4 一个微型热流道模具的设计
尖端的材料必须具有良好的综合性能，在抗磨损性和热传导性之间保持一个折衷的水平。为达到这个目标，可采用钼合金作为尖端的材料。如果能够考虑到模具设计中的全部指导方针，那么就能够在小型注塑机上运用微型热流道系统制造出注入印记最小的优质零件。
在模具中，有许多应用领域采用微型热流道。它们可以与很小的注塑机一起使用，或者在一个分配式岐管下提供4个分支岐管（见图5）。

图5 与标准岐管组合在一起的微型热流道
微型热流道与标准岐管零件的组合提供了很多类型的模具概念。尽管控制区域的数量已缩减到最低，但使用两半合一的热模具可保证系统的正确安装，避免模具在开始工作时出现的一些问题。
在热流道开发过程中所取得的不断进步为模具制造商和注塑模制造商提供了新的解决方案，这将使他们能够在变幻莫测的竞争市场中，始终保持不败的地位。
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