作為最初的熔體輸送系統(tǒng),冷流道仍然在注塑成型中占有一席之地,但隨著市場對塑料零件的需求、以及所需產(chǎn)量上升時,轉(zhuǎn)向熱流道可以解鎖并帶來諸多優(yōu)勢。
在注塑成型過程中,模具最重要的功能之一是將熔體從料筒輸送到型腔。熔體輸送管理對注塑產(chǎn)品的最終質(zhì)量和生產(chǎn)線的終極成功有著極大影響。樹脂流量、壓力和溫度的精準控制至關重要。對這一點的充分理解則直接影響熔體輸送系統(tǒng)的設計,因此針對熱流道和冷流道解決方案進行深入的比較與解析,意義非凡,極為必要。
冷流道是在模具分型面加工若干通道而隨之形成的,為熔融樹脂流經(jīng)澆口進入型腔提供通道。熔化的樹脂冷卻并變硬,與注塑部件一起推出,緊接著運行下一個生產(chǎn)周期,周而復始,循環(huán)往復。冷流道系統(tǒng)通常對模具起始成本或初始資金支出的影響較低。它們通常應用于生產(chǎn)運行期間較短或不頻繁,以及型腔數(shù)較少的模具中。
典型熱流道的分流板
熔融樹脂流經(jīng)封閉熔體通道而形成的流動路徑用紅色標記
隨著一些注塑部件市場需求的攀升,制造解決方案逐步朝著更高腔位的模具過渡。當這種情況發(fā)生時,冷流道則對加工和成本產(chǎn)生更大影響。更大的流道系統(tǒng)意味著可以注入、冷卻和處理更多的樹脂。冷流道的布局可能很復雜,而且為了容納流道,型腔之間必須保持較大的間隔距離。
針對高產(chǎn)量和產(chǎn)品使用周期長的應用,熱流道的使用所帶來的益處最為顯著;而對于較低腔位模具而言,情況同樣如此,因為速度和一致性對持續(xù)改進非常重要。
由于在充填階段熔體仍然不斷輸送到型腔,因此冷流道還會延長生產(chǎn)周期。冷流道的厚度通常比注塑部件的厚度更大,所以,冷卻并達到足夠安全的操作條件所需要的時間最長。此外,冷流道的澆口熔渣可能需要更長的合模行程才能去除,這又增加了每個生產(chǎn)周期的耗時。當模具打開時,需要花費時間將流道從模具中卸下——要么通過重力,要么通過拆卸工具。當下一個生產(chǎn)周期開始時,冷流道依然如此。這意味著不得不報廢流道,或者通過重新研磨循環(huán)使用于其他加工中,亦或便宜賣掉。
另一個途徑
升級換代的熔體輸送系統(tǒng)就是熱流道。其功能類似于冷流道,因為它為熔融樹脂提供了一條路徑,使其流過精心設計、精準加工的系統(tǒng),而絕不允許熔融樹脂凝固。配送網(wǎng)絡完全包覆在鋼制分流板中,而不會暴露在空氣里。分流板將熔融樹脂分配到注嘴,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調(diào)節(jié),保持熔融塑料的溫度。打個比方,冷流道就像是露天的城市街道,而熱通道則更像是一條地鐵隧道。
典型的注塑周期及其步驟分解
冷流道模具和熱流道模具所需時間的對比
熱流道通常被認為是注塑成型過程中最精密的系統(tǒng)之一。各種材料及其特性有助于整體工程設計和最終工藝執(zhí)行。根據(jù)樹脂和應用情況,澆口設計和溫度控制有多種選項可供選擇。澆口既可以選用熱點式注嘴,也可以選擇機械控制的閥針式注嘴。如何與模具互動,這些都有其設計要求。溫控器可用于過程監(jiān)控、控制和微調(diào)。
不再需要處理冷流道
熱流道無需在加工前、加工中和加工后處理冷流道。不再需要耗費時間、通過工作人員或機器人來拆卸固化的熱流道或重新研磨,所有這一切都意味著成本降低——減少設備維護,更好地利用寶貴的場地空間,節(jié)省寶貴的時間。
縮短生產(chǎn)周期可以增加產(chǎn)量。一些注塑生產(chǎn)環(huán)境和工具室還貼著宣傳海報,上面寫著:“將生產(chǎn)周期從10秒減至9秒,產(chǎn)量增加11%。”要估算生產(chǎn)周期變化對產(chǎn)出的影響,請用當前時間除以所需時間(以相同單位)。這給出了一個在任何時間范圍內(nèi)都能使用的乘數(shù)。下方表格提供了生產(chǎn)周期和所得出的乘數(shù)。增加的產(chǎn)量以綠色突出顯示,減少的產(chǎn)量以紅色顯示。
達到新的生產(chǎn)周期后,用于預估產(chǎn)量的生產(chǎn)周期和乘數(shù)表。
提升以綠色突出顯示,而減少則以紅色標記。
臨界點
以一個64腔冷流道模具為例,假設生產(chǎn)周期為14秒,一天三班倒,一周七天。如果正常運行時間約占90%,每年它將運行大約200萬個生產(chǎn)周期,制造大約1.293億個注塑部件。重量2克的注塑部件以及重約192克的冷流道的射出總重量相當于320克。
這種射出重量每年幾乎要耗費656,900kg材料,但其中僅有259,000kg為制造出的合格產(chǎn)品。剩下的60%必須重新循環(huán)、處理、盤點和運輸。如果相同的注塑部件采用64點熱流道直接澆注,那么需要采購的材料就會大大減少,而且生產(chǎn)周期也會更快。以10秒為一個周期,一年有可能運行280萬次,制造1.811億個注塑部件。在工作單元所占空間不變的情況下,產(chǎn)生如此的生產(chǎn)力提升并不少見。
加強控制
除了減少浪費和提高產(chǎn)量外,熱流道還能更好地控制注塑部件品質(zhì)、尺寸精度和表面光潔度。澆口位置不必再局限于周邊,且可以移動并以一種更好的方式引導熔體流,這種方式對關鍵尺寸或受填充特性影響的其它特征產(chǎn)生更有利的影響或作用。還有可能縮短總流動長度,從而降低型腔填充壓力要求和影響注塑部件變形的其它工藝要件。預計的總面積和鎖模噸位要求也可能隨之降低。
注塑成型過程中發(fā)揮作用的所有設備之中,在對模具中獨立型腔產(chǎn)生影響的調(diào)整方面,熱流道提供了最大的靈活性。雖然冷流道也可以調(diào)校,但除非模具的設計允許快速拆卸或更換冷流道鑲塊,否則調(diào)查、調(diào)整和檢驗可能會有很長的準備時間。更改往往是手工進行的,使其具有迭代性,且難以替換。恢復到原始狀態(tài)可能相當耗時??梢酝ㄟ^焊接添加鋼材,但需要修磨,且材料抗疲勞性能可能受損。
如果沒有絕佳的澆口設計和擺位,我們熟知和推崇的一些標志性包裝和消費類電子部件或?qū)⒂肋h無法實現(xiàn)。
注塑料筒和機器鎖模影響全部過程。更換模腔需要排空冷卻液,并且機械強度大,特別是在高腔位模具上。熱流道的注嘴頭可以迅速更換,無論加熱器位置的改變,亦或區(qū)域溫度的調(diào)整,其對整體品質(zhì)的影響可以即刻做出評估。
給予注塑部件更大的設計自由度
表面光潔度是終極差異化因素。設計精良的澆口位置可以制造功能性更強的部件,且具備更好的表面光潔度。由于澆口可以重新定位到注塑部件上的任何位置,因此可以消除流道修整、二次操作及一致性不佳等問題。
配置在熱半模上的高腔位熱流道
這對于沖洗等應用而言,尤為重要——在沖洗過程中,單個水滴的流量均受控;在醫(yī)療領域,必須將外科醫(yī)生醫(yī)用手套于澆口痕跡上撕裂的風險降至最低;在衛(wèi)生保健方面,導管則必須盡可能地順滑。如果沒有絕佳的澆口設計和擺位,我們熟知和推崇的一些標志性包裝和消費類電子部件或?qū)⒂肋h無法實現(xiàn)。
針對高產(chǎn)量和產(chǎn)品使用周期長的應用,熱流道的使用所帶來的益處最為顯著;而對于較低腔位模具而言,情況同樣如此,因為速度和一致性對持續(xù)改進非常重要。最終,通過出色的熔體控制和加工性能令成型工藝得到優(yōu)化,進而得以制造更高品質(zhì)的注塑部件,并獲得更高的產(chǎn)能。
隨著熱流道技術的進步,我們發(fā)現(xiàn)從冷流道向熱流道轉(zhuǎn)變的勢頭持續(xù)強勁。伴隨塑料部件設計不斷突破界限,降低樹脂用量繼續(xù)成為所有模塑商的頭等大事,注塑成型領域的面臨的挑戰(zhàn)仍在增加。我們可以預見到:在先進、復雜的熱流道技術加持下,熔體輸送管理將在注塑工藝中發(fā)揮越來越重要的作用。