热流道分流板

优胜设计陈老师

热流道分流板
    作者: Bob Meng (孟博),  模具CAE公司总裁
   
一个热流道系统的机械部分主要由热流道分流板(MANIFOLD), 喷嘴(NOZZLE)两大部分组成, 再加上其它一些辅助性零件如阀式浇口系统里的液压或气压阀针驱动装置等. 各种热流道机械零件都是通过分流板连接成一体构成一个完整的热流道系统. 塑料溶体亦是通过热流道分流板流向各个喷嘴, 再经过浇口流入各型腔成型零件. 根据是否常用, 许多热流道生产厂家将热流道分流板分成标准型式及非标准型式两大类. 如果可能, 热流道用户应尽量选择标准型式的分流板, 其好处是提货快, 价钱低一些, 可靠性更好. 但如果标准型式的分流板不能满足使用需要的时候, 用户就只能订购非标准型式的热流道分流板了. 这种非标准型式的热流道分流板都是热流道生产商为每个用户不同的应用项目特别设计制造的, 因此交货期要长, 价钱也高很多.
  一 常见典型的热流道分流板型式
热流道分流板的结构形状可以很简单, 也可能很复杂. 其结构形状主要由型腔在模具上的分布情况, 喷嘴排列及浇口位置来决定的.
1. 喷嘴排成一列
最简单的分流板就是喷嘴在其上排成”两点一列”的结构型式, 这是用于一模两腔或单腔模具用两个喷嘴(浇口) 注塑的情况下, 见图1.
  
          
   
如型腔或喷嘴再多, 可形成”四点一列”, “八点一列”,”十点一列”, “十二点一列”, “十六点一列”及”二十点一列”的喷嘴排列型式, 一般地说, 两点, 四点及八点一列最为常见. 可以想象对于喷嘴排成一列的情况, 热流道分流板的形状也就制成很简单的长块形.



2. 喷嘴排成二列
喷嘴排成二列的情况也非常常见, 如6喷嘴排成YY的形状, 8喷嘴排成HH或XX的型式. 这时热流道分流板的形状主要由其尺寸大小决定. 如尺寸较大, 分流板就随着喷嘴的排列制成YY, HH或XX的形状. 如尺寸较小分流板就制成简单的一个长块形.
       

   
    3. 喷嘴排成多行多列
    如模具上型腔及喷嘴数量再多, 就需排成多行多列的型式. 在型腔及喷嘴数量过多的情况下, 经常需要将一个热流道系统分成若干小区域, 做成若干次分流板, 然后再通过主分流板将各个次分流板连接起来组成一个完整的热流道系统. 如在图4里示意了一个32型腔喷嘴的排列及浇道布置情况, 它是由一个H形状的主分流板将四个HH形状的分流板连接起来.       


       用类似的方法我们可以构造出更大型腔数的模具如64,72,96,128型腔模等. 将一个较大的热流道系统分成若干次分流板的目的主要是生产制造工艺及分流板加热与温度控制的需要.

    二 特殊形式的热流道分流板
    前面讨论的常见典型的热流道分流板型式大多用于中小尺寸及同一类型零件的生产. 在很多情况下这些典型的热流道分流板形式是无法满足用户的各种特殊要求的(如加工制造大尺寸的形状复杂的汽车零件等), 这时就需要设计制造特殊型式的分流板及热流道系统.
  

      这些特殊型式的分流板可以是各种各样的, 都是热流道生产厂家针对用户的某一特定的模具结构单独设计的. 在这些特殊形状的热流道系统上, 各喷嘴位置主要是由零件形状及浇口位置决定的. 各喷嘴长度及尺寸大小也可以不同(见图6), 由塑料溶体的平衡流动要求来决定. 对于复杂的分流板及热流道系统设计项目经常需要进行计算机塑料流动模拟分析. 在国际上许多热流道公司采用快速流动分析技术, MoldCAE是比较流行的一个热流道分析设计软件. 今后会专门讨论热流道流动分析技术.


   
    三 分流板设计与使用的几个考虑
    1. 机械强度
    对分流板一个最基本的有求就是它要有足够的机械强度以承受来源于流道里巨大的塑料溶体压力.不能太薄也不能太厚. 太薄影响机械强度, 太厚则使分流板体积重量过大, 加热慢浪费电力. 同时模具高度也增大. 分流板上各流道之间的距离不可以过近以免强度不够. 常见的分流板厚度一般在30-50毫米之间. 制造分流板常用的材料是H13.
    2. 耐腐耐磨性及硬度
    热流道分流板还应有足够的耐腐耐磨性. 有些塑料如PVC在加工时对与其接触的模具零件有很强的腐蚀性. 在进行分流板设计时必须给予考虑. 另外分流板还应有足够的耐磨性及硬度. 因为很多玻璃纤维增强塑料对模具零件包括分流板具有很大的磨损性. 热流道分流板的温度是与塑料加工温度一致的, 比周围其它模具零件的温度要高很多. 为了减少分流板的热量损失, 应尽量减小分流板与模具的接触面积. 当接触面积减小时, 局部机械压力就会很大, 所以分流板应有足够的硬度.
    3. 浇道制作
    热流道分流板上的浇道要优化合理. 一个优化的浇道设计是要保证该热流道系统有合理的塑料压力损失, 合理的剪切速率及剪切应力，合理的浇道体积以减小塑料在热流道系统里的停留时间和加快换色, 及合理的摩擦热产生的塑料溶体温度升高变化等. 分流板上浇道的制作大多采用钻孔(GUN DRILL)的加工方法完, 生产率较高. 但这种钻孔的方法只能制作直线型浇道. 在用这种方法时最需要注意的地方就是两个直浇道的相交处要光整圆滑, 也需要对浇道管壁进行抛光处理, 以避免出现浇道死角造成溶体停留时间过长热分解变质, 最终导致产生劣质产品.
    另外一种制作分流板上的方法是用铣削方法加工. 这时分流板是由上下两块钢块组成, 先用铣削方法分别在两块钢块上加工出半面浇道, 然后再将上下两块半分流板通过特殊的焊接或其他机械方法联成一体. 这种分流板的好处是浇道可以做成任意形状而不仅限于直型浇道的形式, 给用户增加了对塑料流动控制的灵活性, 而且没有流动死角. 但这种分流板的制作费用要高. 用户也不易对用过的浇道系统进行直接清理.
  

4. 分流板尺寸大小
在一个热流道系统上如使用一块整体的分流板尺寸过大时, 就应考虑采用组合式热流道分流板结构. 既采用如前面图4中所示的主分流板与次分流板结合使用的型式, 否则钻孔距离太长不宜保证浇道质量.
5. 温度
热流道系统上均匀的温度分布是保障成功地应用热流道技术的关键之一. 在热流道与模具接触的部位会有热量损失导致局部温度降低, 所以在分流板上布置加热元件时要给予考虑. 在热量损失大的部位加热元件就要集中一些. 如果放一条加热元件过长, 就应改放几个较短的加热元件将分流板分成几个可分别进行温度控制的区域. 在每个区域都应放置测量温度的热电偶, 形成闭环控制. 这样用户可根据需要来调整不同区域的温度设置, 可有利于扩大加工参数范围. 加热元件的布置应跟随流道形状, 尽量保证加热元件在各处与流道有相等的距离, 以有利于对整个流道有均匀的加热. 加热元件不应横跨过流道, 以避免产生局部热点损害塑料溶体. 热电偶的测量点应尽量靠近流道, 距离越近越易探测到流道里塑料溶体的真实温度.
加热元件要可靠耐用, 万一有意外失效现象要易于更换. 加热元件还要有足够的功率. 一般来说每立方厘米的分流板体积需2-3瓦的加热功率. 多数热流道系统的加热电源电压为230伏, 也有用低伏电压(如24伏) 加热的热流道系统.
6. 热膨胀因素
热流道分流板在加热后会向各个方向膨胀, 改变与其他模具零件的尺寸配合关系. 分流板热膨胀的大小主要由制作分流板的工具钢材料类型, 塑料加工温度及模具温度来决定的. 很多热流道系统是靠分流板热膨胀而产生与其它热流道元件之间(如喷嘴)所需要的压配合, 以避免塑料溶体溢出. 因此在进行分流板设计时必须考虑这一因素, 进行精确的热膨胀量计算.
   四 小结
本篇讨论了热流道分流板设计与使用的几个问题. 在下一篇里将讨论热流道喷嘴及浇口方面的问题.