用直接侧进胶热流道替换冷流道


作者:赫斯基注塑系统有限公司 Jean-Michel Cunche 日期:2016/02/22 来源:PT《现代塑料》

对于注塑生产企业而言,消除冷流道转而采用热流道,可以为其带来材料的节约和成型周期的缩短,从而显著提高生产效益。本文介绍了一种特别适合于成型深长形状及较小产品的直接侧进胶热流道系统,并对该系统的设计、选择和使用进行了解析。

根据产品应用,若采取直接侧进胶,优化的热流道比冷流道在各方面都有明显的优势。侧进胶系统能有效提高模具和热流道的整体性能,同时侧进胶的方案能节约原材料、改善成型周期、减少后续工艺(包括废品处理),并且简化顶出过程。

应用选择

直接侧进胶方案适于顶端进胶空间受到限制的深长形状的产品,以及由热/冷流道或完全采用冷流道成型的小部件采用(如图1所示)。特别是对于有喷孔和顶部弹起的瓶盖产品非常适用,这些瓶盖有明显的孔或者孔和产品边缘之间的空间狭小。对于顶部弹起的瓶盖,侧进胶可提供理想的流动,消除了连接处材料滞留的危险,并且喷孔位置也更加灵活。

图1此模具剖面图展示了对于深长型产品进行直接侧进胶(图片由赫斯基注塑系统有限公司提供)

从外观上来看,侧面进胶可以使产品顶部没有瑕疵,例如粉盒或者其他化妆品的盖子。另外,像注射器和吸管这样的长的圆柱形部件也适合采用直接侧进胶的热流道系统。

优先流

在管状件的一侧进胶,产品两边的填充形态和保压将会不同。产品几何尺寸(内部直径、长度/直径比及壁厚)、树脂类型(无定型或结晶型),以及硬度将会因引起不平衡的型腔填充而影响芯流及产品顶出变形(如图2所示)。这些效应在采用材质较软的聚烯烃材料生产长型、小直径的薄壁产品的过程中可被放大。树脂黏度、产品壁厚和射出速度也会影响材料流动特性,使得前端材料的流向变得较难预测。

图2单侧进胶会产生不均匀的填充和保压

在管状件的一侧进胶,与浇口对立的一边也会产生优先流动。图3所示为两个未完全填充的产品,红色箭头表示进胶口。左边是PP材料的注塑产品,右边是PA66材料的注塑产品。图中表明了两个产品的不同流动方式。使用PA66材料的产品上,进胶口对面一侧的流动更快,可部分补偿进胶时在芯部两边产生的压力梯度,从而有利于减少芯部弯曲。但这不会改变由不均匀的保压带来的变形。

图3用PA66和PP材料生产同一产品会产生不同的填充形态

根据应用要求的不同应该考虑不同的进胶方法。例如,通过增加产品厚度的方法可以减慢芯部周围进料的流动,从而有助于使芯部两侧的流动速度保持相等。但是,这种方法也不能保证绝对的平直,因为它不能解决由不均匀的型腔保压带来的顶出后变形。

在针对有可能顶出后变形和对平直度要求很高的产品时,为了保证均匀的填充和保压,采用如图4所示的两侧进胶很有必要。这种方法因为部件不需要在模具中太长时间,所以可以减少成型周期。但是浇口数量加倍,造成模具成本和复杂性增加。

图4双侧进胶会保证均匀的填充和保压

两侧进胶时,为了保证浇口打开的同步性,热流道的流道尺寸需要特别设计以利于优化流动平衡。另外,确保进料颗粒的纯度和清洁度也很重要,虽然现实中并不能消除所有的污染物,但在热流道浇口的污染物必须清除,这也是热流道和冷流道的一个不同之处。再者,注塑厂和模具厂应当再三考虑进胶口不能设在芯部顶部或者靠近非常薄的芯部,因为这可能会造成芯部弯曲。部件两侧很小的压力差就会造成芯部弯曲,尤其是没有支撑的时候。

像部件基部的凸缘的设计,能够改善芯部周围的流动,减少产品变形,但是也不能保证产品绝对的平直。建议浇口设在凸缘处或者接近部件的基部,最好如图5所示采取有角度的侧进胶。

图5用带角度的热嘴(左)取代直热嘴(右),可能需要在凸缘或接近产品基部进胶

另外,在部件上集成一个侧浇口喷嘴时,喷嘴的设计应该允许有足够的空间使部件和浇口附近得到适当的冷却。这会有助于实现目标成型周期和减轻浇口痕迹。

节约材料并缩短成型周期

消除冷流道可节约材料,但是成型周期的缩短可能与理论计算的时间不相符,因为冷流道通常需要在完全冷却才能顶出。图6举例说明了如何通过消除冷流道让成型周期减少一半,并且每年节约200000美元的医药级PC材料成本。如今很多采用冷流道的医药部件,比如鲁尔扣和医用穿刺针头,若改用热流道可大幅降低成本。材料节约带来的投资回报期根据不同情况会有所不同,但是整体来讲不会超过12个月。除了热流道系统的成本和一些附加的模具设计要素以外,通过简化注塑工艺和消除冷流道的微调浇口可以取得可观的成本和时间效益。同时也可以减少下游工序废品的处理。

图6消除冷流道带来的收益体现在材料的节约(80%)和成型周期的缩短(由24s缩短为12s)上。每年可因此节约64300 kg的PC材料,约200000美元的成本;同时还能使产出加倍

工艺方面,对比冷流道,侧浇口热流道系统能使压力损失降到最小,并且在不产生过早的浇口冻结情况下,可以在产品的冷却过程中保证有效的保压。这点对结晶和半结晶材料来说相当重要。

图7所示为一个0.9mm壁厚的未加入成核剂的PP材料产品其注塑量与保压时间的关系曲线。该注塑量在5s内达到稳定,和材料完全结晶所需的理论保压时间一致。这对避免产生像缩痕和气孔这样的产品瑕疵非常重要。确保合适的保压时间也有助于提升产品质量,因为产品克重和尺寸受到工艺变化影响的可能性将会大幅减小。这对于医疗市场尤其重要,医疗行业通常将过程能力指数(Cpk)大于1.66作为目标。

图7采用未加入成核剂的PP材料成型一个0.9mm厚的产品,注塑量在5s内达到稳定

浇口质量

如果侧浇口热流道系统经过优良的设计,那么所成型产品的浇口质量完全比得上甚至优于冷流道。浇口质量受到很多因素的影响,包括:

1.浇口附近区域需要冷却。

2.浇口位置要使没有拨模角的直线部分最短(浇口直径长度的一倍)。

3.产品浇口前的厚度,尤其是使用软的树脂。浇口区域材料越厚,开模时越容易变形,而且会变成残余而不是切痕。

4. 树脂和开模速度,对材料的断裂行为有直接影响。通常树脂越软,浇口痕迹越明显;材料越硬,浇口质量越好。

对于着色的产品,比如注塑盖子,着色剂会影响浇口质量。通常颜色越深,对于产品外观的影响越明显。这和开模时在浇口切口边缘处产生的应力发白有关(如图8所示)。冷流道也有同样的问题。

图8着色剂会影响浇口的质量。颜色越深,对于产品外观影响越明显,这和开模时在浇口边缘处产生的应力发白有关。此图的浇口尺寸为0.6mm,材料为混有绿色色母料的PP,浇口处并无残余但是切口边缘处的白痕很明显

在选择侧浇口热流道系统时,除了技术,还要考虑到使用和维护的简便性。所选系统最好不需要特定复杂的加热步骤或者需要预先将喷嘴快速升温,并且应该有防漏保证。另外,热嘴、喷嘴、加热器和热电偶应可以从分模线更换并允许它们直接放入注塑机而无需长时间停机。再者,系统应该能方便快速地进行浇口清理并且当污染物阻塞浇口时可以快速重启系统(如图1所示)。将所有的这些关键因素考虑在内,任何注塑企业都一定能为自己的产品选择最佳的热流道系统。