热流道技术的优点及发展趋势

塑料注射模的热流道技术已越来越广泛地被应用，累积起来的技术成果与日俱增。热流道注射模已经发展成为塑料加工的重要工具。为了学习掌握这门先进技术，需要正确认识热流道技术的优势，并了解这项技术的应用条件和发展过程。

1.技术分析

正确认识热流道技术的优势，并且克服此项技术的弊端，才能在成熟的生产和技术条件下确保热流道注射应用成功。

（1）技术优势 热流道系统技术有以下三方面优势：

1）因为无流道凝料需要脱模，整个注射过程可实现高效的自动化，可以无假日地长时间连续生产。流道中塑料保持熔融状态，能减少所需的注射和保压时间。当冷流道的厚度大于注塑件壁厚时，改为热流道后可缩短冷却时间。冷流道改用热流道后，可增大对型腔的充模压力和注射速率，可以减小注塑件的壁厚。对于一模多腔的小型模塑件的注射，由于流道体积的份额较大，改成热流道后，可减少注射时间和塑化时间。改成热流道后，无流道凝料要脱模，缩短了注射操作循环中的开模行程，并消除了取出流道凝料所花费的时间。应用热流道注射模大批量生产，通过缩短注射周期和强化自动化操作，可提高生产率。

图1-41 主流道单喷嘴注射模

1—定位环 2—主流道单喷嘴 3—定模固定板 4—定模板 5—注塑件 6—导柱 7—动模板 8—动模垫板 9—脱模机构 10—动模固定板

2）流道中高温熔融的塑料物料有利于压力传递，流道中的压力损失较小，使得长流程流道成为可能，也使得长流程的大尺寸注塑件成型成为可能。对一模多型腔注射模，保证了生产注塑件密度和收缩的一致性，提高了注塑件的精度。热流道注射模让保压时间更长且有效，可减小塑料制件的收缩率，改善注塑件的质量。

3）减少或消除了主流道和分流道废料，降低了材料成本。不但节约了原材料，还节省了对废料处理的工作，削减了废料的回收、分类、粉碎、干燥和贮存工作。可减少粉碎机的数量，节省了劳动力，降低了能量消耗，节约了所需的生产场地。避免了因使用回头料引起注塑件质量降低的影响。对于一模多腔注射小型制品，浇注系统的体积越大，原材料节约越明显。

应用热流道技术，明显的优点是减少原材料损耗和易于实现注射加工的自动化。对某些大型的薄壁制品来说，没有热流道技术，是困难的或者是不可能完成注射的，只有应用热流道注射模具，才能廉价地大批量生产。

与冷流道系统相比较，热流道系统节约了原材料，改善了工艺，提高了生产率。在决定是否采用热流道时，必须具体分析这些优势发挥的程度。

发挥热流道生产技术优势，还需要实际生产技术条件的保证。只有提高了产量，充分发挥了节约原材料和改善注射工艺的优势，降低了成本，才能抵消热流道注射模等装备的昂贵投资、注射设备及外围设备的花费以及人员等费用，才能获得利润。

（2）使用条件分析 注射模上使用热流道生产注塑件是否可行和有利可图，是经营和制造热流道装备者要面临的首要问题。在决定是否采用热流道之前，需讨论注射模上使用热流道生产注塑件的可行性。

1）热流道技术存在以下弊端：

①熔体在长路径的热流道中停留时间过长，尤其是在较长注射周期的情况下，会带给热敏性塑料热损害。

②温度控制误差会引起熔体材料的温度差异，从而导致塑料熔体非均匀填充。

热流道注塑成型是综合性强、难度较高的技术。要长期稳定地注塑生产，涉及模具设计和制造水平、注射工艺规范和热工仪表的自动控制等多方面因素，不仅对热流道技术装备，而且对从业人员的素质和水平也有较高的要求。

热流道技术的装备，如流道板、喷嘴和温度调节器等的质量要求高，设计和制造困难，如今都由专门的供应商提供，不再由模具制造企业自行制造，这就要求热流道装备生产和供应商积极地向使用者提供热流道的运行性能，提供喷嘴和温度调节器等使用、装配和维护的详细说明，防止随意地选择喷嘴等元器件，并负责热流道系统的设计或选择，并做好售后服务。

2）热流道技术有无可置疑的优势，但对是否安装热流道作客观评估时，了解有关热流道使用的局限性也很有必要。

①热流道的使用对塑料品种有选择和限制。对于不同的塑料品种，必须使用不同的喷嘴。新的塑料品种必须设计制造新的喷嘴，并经过试验。注射生产中着色塑料的更换是困难和费时的，所应用的流道板和喷嘴应有专门的设计。

②热敏性塑料有更大的烧损危险，在注射机筒中塑化后，必须防止在热流道中过热。一些热流道系统里的“死点”使塑料停滞，并有分解危险。在考虑加工PVC、POM、高温塑料和添加阻燃剂的塑料时，应多权衡使用热流道的利弊。

③原材料的机械杂质会使系统脆弱，造成浇口堵塞。为防止堵塞，可在主流道喷嘴或主流道杯里装上过滤网。

④使用热流道系统的结果是模具高度增加，注意它可能会超过所使用注射机的允许尺寸。

⑤充分发挥热流道系统生产的优势，先决条件是注射机和模具能自动化连续操作。最好是在维修或长假时才中断生产，进行所需的热流道清理。操作的员工需要具有一定的操作经验，来避免浇口流涎或塑料熔体的泄漏。

⑥如果操作模具的人员缺少培训，会出现生产问题。如果其不懂原理和没有专业知识，在热流道系统启动、塑料更换和生产中断时，就不能进行所需的热流道的清理。同样原因，修理和维护也应该由熟练的人员来执行，拙劣的检修会导致模具的损伤并造成各种损失。

没有一种热流道系统能适用所有的塑料材料和所有种类的注射制品。专用的热流道系统即使对某种热塑性塑料是适合的，但并不一定能适用于另一种塑料，因为热流道系统的操作还进一步取决于众多因素，如注射量、注射速率、流程长度、模具型腔的形状和塑料的着色。热流道系统对热敏性的塑料、对剪切敏感的塑料、具有阻燃添加剂的塑料和有纤维增强的塑料存在某些应用的限制。

此外，热流道系统需要有个最佳的温度控制系统，如要有“软启动”的加热系统，要有流道板的区域温度控制，要有可靠的喷嘴温度控制。还要有熟练人员的合理操作。

（3）热流道系统的可行性 热流道注射模生产塑料制品，需要高昂的费用和高难度的技术。模具生产企业在开始设计制造前必须要进行可行性研究。在给定的生产经营和技术环境条件下，对某个塑料制品是否采用热流道技术的分析判断，不仅需要测算经济成本，权衡生产管理水平，还要考虑制品生产的质量，考虑模具和注射机等技术条件，考虑注射点、加热方式、流道板、喷嘴和浇口的选择。

热流道注射模可行性研究步骤如图1-42所示。经济条件和技术条件的分析，应与热流道系统的初步设想相结合，两者相辅相成，不可分割。

图1-42 热流道注射模可行性研究步骤

2.发展和应用

（1）热流道技术的发展 回顾注射模热流道技术的发展历程，了解其技术背景和条件，有助于了解整个行业在普及热流道技术和在防止熔体泄漏、保证质量、力争节能方面所做的努力。

1）早期发展历程。热流道作为热塑性塑料注射模塑的一门技术，已经应用了40多年，而热流道技术的基本原理，早在1940年，E.R.Knowles就在美国申请了专利。图1-43所示为采用该热流道专利的注射模。

图1-43 采用E.R.Knowles热流道专利的注射模

图1-43所示的注射模可成型六个制品，型腔分布在圆周上。其主流道输送热塑性塑料熔体，分叉成六个流道经小喷嘴注入型腔，六根电热棒辐射状插在孔中加热，分流道的两端用柱塞和螺钉密封。此热流道注射模简练实用，如今经发展的热流道与以前的原理只有较少的差别。由于没有考虑流道板的绝热和节能，没有温度的控制，喷嘴不能加热，浇口也没有节流调节功能，这项专利当时并没有得到广泛的应用。

热流道技术在起始阶段发展缓慢，人们对它的兴趣有限。1958年，美国了建立Incoe硬壳热流道公司。1965年，波兰有了Plastic公司设计制造热流道的报道。当时只有个别企业在设计和制造热流道系统。

直到1973年爆发了石油危机，塑料原材料价格上涨，注塑行业为了降低制品成本，为了消除注射模流道系统中的废料，才有了应用热流道注射生产的需要。热流道喷嘴和其后的完整热流道系统出现在市场上，但是喷嘴堵塞、熔体泄漏、温度调节失灵、技术的不完善导致需求下降，造成发展停滞。新生的热流道器件生产企业，通过资金投入和技术发展，使得塑料熔体输送可靠，热流道器件的寿命有了提高，提高了电加热和温度调节质量，系统也有了较完善的节能设计。在塑料材料传热学和流变学理论支持下，随着计算机技术的发展，到了20世纪80年代，这项技术趋向成熟。据2000年统计，在美国有27%、欧洲有35%的注射模应用了热流道技术。当时，欧洲著名的热流道器件的供应商有二十多家。现今热流道系统市场规模很大，几乎所有热塑性塑料、各种类型的注射模都能选用到有效的热流道系统。之后，一些高温塑料、热塑性弹性体等材料也都应用了热流道技术。热流道注射模能模塑生产大型和微型细长筒体和织物衬里等特殊制品。近年来，针阀式喷嘴应用促使了发泡注射技术、微孔塑料注射技术、共注射技术的出现和应用，更促进了叠式注射模的应用和发展。应用针阀式喷嘴，还能进行时间顺序控制多点注射，能注射成型无熔合缝的塑料件。

在我国上海最先进行了应用热流道技术方面的尝试。早在1979年，上海胜德塑料厂试制成功了主流道单喷嘴的注射模，但由于加热元件经常烧坏，车间管理很不方便，使用时间不长。直到20世纪80年代，引进了国外热流道注射模，才在大批量生产啤酒周转箱等制品的过程中，消化吸收了先进的热流道技术。我国还翻译出版了许多国外的有关的资料，如1988年翻译的《注塑用无流道模具》，相关的专业期刊也经常有介绍热流道注射模塑方面的论文。全国各地相继开始试制热流道注射模，如1984年齐齐哈尔第二机床厂设计生产了叉车托盘的热流道注射模，一次注射7kg的高密度聚乙烯制件。该热流道系统有分叉的热流道板，8个分喷嘴。

20世纪90年代，汽车工业快速发展，上海大众的延锋内饰件厂大批量生产轿车保险杠，使用的是德国和加拿大进口的热流道注射模。多年后，各汽车制造厂逐渐实现了热流道注射模的国产化。另外，饮料瓶的瓶盖在进口32腔的热流道注射模后，也开始试制国产模具。

2）国外著名品牌的热流道公司进入。20世纪90年代，世界上著名品牌的热流道公司进入我国注射模生产的标准件市场，在我国模具市场影响较大的有加拿大Mold-Masters公司，美国DME公司和德国HASCO公司。一些公司在经营初期，流道板在上海加工生产，喷嘴等标准件从国外空运邮寄。如今，所有的热流道器件都在国内加工，其中年产值最大的是加拿大Mold-Masters公司和韩国的YUDO公司，年经营额上亿元。Mold-Masters公司是世界上生产规模最大的热流道专业公司，也是在热流道领域投入研究最多和拥有最多热流道专利的公司，其产品制造精致齐全，结构合理，制造精良，营业额大。美国DME公司和德国HASCO公司的热流道产品常由客户指定装在出口的注射模中，它们的产品质量可靠，但价格高昂。德国HASCO公司是世界著名的模具标准件制造商，热流道产品与模具标准件、模架等产品都具有相当好的知名度，产品品种齐全。美国DME公司的热流道产品与模具标准件、模架等产品具有同样的知名度，产品的门类比较广。美国INCOE公司是热流道专业制造商，其发展历史比较长，以制造大型汽车用注塑产品的热流道系统为长。另外，还有意大利Thermophay、新西兰Mastip、韩国HotSystem、中国香港的热流道科技和中国台湾的映通等十几家公司在我国大陆建立公司。近年来，美国Ynventive公司以最新的热流道技术进入我国市场，颇具影响力。各品牌公司不但有外加热的流道板和众多规格的喷嘴供选择，也供应内加热的流道板和喷嘴，不但有气动的针阀式喷嘴，也有液压驱动的针阀式喷嘴可供选购。品牌公司的热流道器件，制造的材料优良，用陶瓷或钛合金绝热，使用绝热板和辐射片。热流道系统的能量消耗少，加热器的用料和装配讲究，热效率高，采用铍青铜或钼合金制造导热零件、流道板和喷嘴。易损零件经镀铬、镀镍或沉积氮化钛表面处理，能保证浇口有合适的温度和喷嘴的寿命，保证热流道系统使用可靠无泄漏。(www.xing528.com)

3）近期的应用普及。从20世纪90年代开始，我国大陆已相继创建了不少生产热流道装备的经营企业。1997年，上海克朗宁技术设备有限公司创办，经过多年发展，成为了热流道技术和产品的供应商。上海汉钰科技发展有限公司是与克朗宁公司同时起步的热流道公司，具有热固性塑料注射的无流道凝料的技术，是维持热流道技术服务时间最长久的企业。2006年后，各地纷纷创建热流道专业公司。广州地区的热流道专业公司众多，其中麦士德热流道公司的年销量有上千万。浙江地区有四十多家热流道公司，其中，年销量上千万以上的有恩纳克热流道公司和恒道科技有限公司两家。上海有十几家热流道公司，年销量达到千万元以上，职工上百人的有占瑞模具设备公司。现有的热流道专业公司，大多是年销售额几百万的微型企业。

目前，还出现了生产热流道器件的零配件专门公司，如生产热流道电加热盘条与热电偶的供应商，它们专业生产针阀式喷嘴的阀针、热流道的各种规格电气接线盒、绝热橡胶板等的供应商。网上下订单，零件快递，热流道零配件的专门化生产，促使热流道器件生产周期缩短，节奏加快。

近年来，我国出版了两本介绍国外热流道技术的专著：2005年，由徐佩弦翻译，[瑞典]丹尼尔·弗伦克勒、[波兰]亨里克·扎维斯托夫斯基著述的《注射模具的热流道》出版发行；2008年，由北京化工大学教授杨卫民、丁玉梅等翻译，[德]彼得·翁格尔著述的《热流道技术》出版发行。2006年，王建华、徐佩弦编著的《注塑模的热流道技术》由机械工业出版社出版，这是我国第一本关于注射模热流道的专著，2008年后，许多热流道专业公司创办时，均选择这本书作为职工入门必读的教材。

近年来，汽车和消费电子产品中塑料制件的生产批量很大，生产这些高档注塑件的工程塑料和耐热塑料的价格走高。据生产这类注射模的企业统计，这两类注射模中应用热流道系统的模具已占模具总数的50%以上。因此，热流道器件生产的发展前景看好。

目前，我国该行业的投资规模和从业人员数大致达到国际水平，但在技术水平和产品质量上有较大差距。转型升级的目标是创建民族品牌和国际品牌。十多年来，热流道企业创办了很多，但关停的也不少，说明发展热流道技术的关键是技术人才。至今，我国还没有从业15～20年或更高阅历的高级工程师，从事该行业的技术人员绝大多数是机械设计和制造专业的学历，缺少塑料材料、热工仪表、注射生产和模具方面的知识。最近几年，有不少在品牌热流道公司的从业人员流回民办企业，或者自己创业。若干年后，依靠一批高级工程师的努力，在塑料加工业的良好发展潮流中，我国必将有热流道装备产品的品牌产生。

（2）对注射模和注射模塑生产企业的要求

1）对注射模生产企业的要求。注射模采用热流道技术，对注射模有更高的要求，以保证热流道注射优势的发挥，从整体上提高热流道注射模的可靠性和耐用性。

①热流道注射模应由优质的模具生产企业承担生产。考察模具企业有否优秀的模具设计人员，有否设计热流道注射模的经历，有否完善的模具制造装备和加工的技术力量。注射模设计人员在是否采用热流道及热流道系统设计中起主导作用。模具制造企业只有与热流道专业公司合作，才能保证正确选择热流道器件种类和规格，才能在生产中发生故障和模具维修时得到有力支援。在选择供货的热流道公司时，除考虑产品质量和价格外，还必须关注专业公司的售前和售后的服务态度和质量。

②注射模生产企业能熟练应用专业计算机软件，进行注射模的CAD和CAE；在二维或三维计算机造型后，进行注射流动、冷却固化、收缩和翘曲分析；应用计算机模拟来优化浇注系统和冷却系统的设计，决定制品的壁厚，设置加强筋等；校验塑料材料种类与品级，决定注射工艺参量。总之，模具设计要经过多个方案比较和正确决策。专业软件有热流道系统分析的功能，可进行加热流道和喷嘴的充模模拟。

③模具生产企业用计算机数字控制CNC（Computer Numerical Control）机床加工模具，并用计算机软件编制数控程序，因此要有精确的三维造型，编辑刀具走刀轨迹，在数控机床上加工电极和型腔。模具专业公司应有良好的CAM技术。

④设计中采用标准模架和标准件，既能保证制造质量，又能缩短模具制造周期。热流道系统的零部件和温度控制器应从品牌公司购置。

⑤模具应选用优质金属材料制造，并经过良好的热处理和表面处理。型芯应采用热传导良好的材料，如铍青铜。绝热零件用不锈钢、钛合金和陶瓷材料制造。

现代热流道注射模的价格超过所使用的注射机，实属正常。期望它能注射百万次，也属现实。采用热流道系统的注射模，它的注塑操作成本和附属设备费用有很大增加，也是事实。

2）对注射模塑生产企业的要求。必须了解和明确热流道技术，在注射生产和技术上的限制，能判断产量提高的程度；与冷流道系统相比较，明了热流道注射模注射工艺的优势和节约塑料的能力；能科学地操作注射机和维护热流道模具。

①注射加工车间应有热流道注塑生产经历，操作人员需经热流道注射模塑的培训，有丰富的经验。注射试模的工程技术人员有高超的调试注射机、注射模的技能，有良好分析注塑制品质量和应对的能力。

②注射的塑料原材料品质良好，经过干燥等预处理，必须纯净无杂质。不应该使用回头料。

③有精良的注射机、模具温度控制器和机械手等附属设备；注射车间能调节温度和湿度，能供给压缩空气、冷却水源和液压油；能保证工艺参数的精度和稳定。

④必须能正确使用热流道温度控制器和时间顺序控制器，防止线路的错误连接。

冷流道系统所生产的注塑件，其质量要求热流道系统也能达到，当然要经过方方面面的努力。另外，在以下两个方面可促使制件质量有所提高：一方面，热流道技术增强了对模塑中的温度和压力的控制，这些参量的有效控制能提高注塑件的内外性能；另一方面，热流道注塑生产的自动化操作保证了注射参量，特别是循环时间的重复精度，提高了注射机与模具加工的自动控制程度和水平，保证了注塑件尺寸精度和内外质量的一致性和稳定性。

（3）生产热流道装备的技术条件 要充分注意热流道装备生产企业实际的生产技术条件。生产技术条件分析，关系到热流道注射生产的成败，也是选用热流道装备的前提，大致要考虑市场调研、生产数据、质量要求、费用分析和企业能力五个方面。

1）市场调研包括两个方面。一方面是注射制品和注射模具的生产市场调研。注射模具生产又有大型与小型的模具企业之分，它们的订单和生产的起落，决定了热流道装备的供售。但是，模具生产企业对热流道的认识和兴趣是需要培育的。另一方面，要认真调研热流道装备的专业市场，以快速地适应流通价格，执行柔性的决策和减小制造合同的风险程度，因为在热流道专业领域里，注重制造中的革新程度、市场的发展趋势和竞争，因此需了解此领域的工作所涉及资料，如热流道装备公司的设计成果、加工方法和设备等。

2）生产数据不仅决定了是否可采用热流道，对热流道系统的优化选择影响也很大。

①详细明确的注塑件生产的订单、制品的图样或实物、制件的用途和工作环境。

②生产的总数量，每周、每月的产量。

③塑料的品种和有关的供应批号。塑料的力学性能和热性能。塑料熔体的流变性能。与加工条件有关的添加剂。

④着色变更的频率。

3）塑料制件质量要求。热流道装备的质量体现在注塑制品质量和注射生产的效率。

①与冷流道对比，不能出现制品质量和生产率下降。热流道器件设计和制造质量对塑料制件的外观质量影响很大。常见的问题有：塑料熔体分解和变色；喷嘴浇口的流涎和拉丝；制品的浇口附近区域有流痕等缺陷；浇口痕迹大小与形状不符合要求。

②热流道系统能让塑料熔体顺畅输送。流经管道的压力降不超过35MPa。塑料熔体在各级流道和浇口中有合适的剪切速率。在合理的位置注入制品的型腔，让塑料熔体在型腔的间隙中平推充填。

③热流道系统的电加热可靠，温度控制精确，要求流道板-喷嘴的温度分布均衡，对喷嘴的浇口区域的温度调节控制准确，绝热措施效果显著，能长期节能又稳定运行。

④热流道器件应该有注射模各部件同样的设计使用寿命。在热流道注射模使用期间，不能有熔体泄漏、喷嘴堵塞、电热中断和温度调节失控。这些故障都会使注射生产中断（即使在数天后经拆洗清理或更换器件后恢复生产），迫使注射模塑企业停机停工，延误生产。

4）成本分析也是决定热流道技术使用与否的重要依据，同时也是热流道系统设计的一个方面。

5）热流道装备生产企业的能力是选用热流道品牌的理由。热流道注塑是高质量大批量生产的投资项目，最重要的因素是热流道设计技术人员的水平和能力。

图1-44 喷嘴浇口区的模具温度调节系统

Ⅰ区—型腔板的冷却 Ⅱ区—浇口区的冷却 Ⅲ区—浇口对面的型腔冷却 Ⅳ区—动模板的冷却

①能确定最佳的热流道系统的方案，正确地选择热流道设备。这必须经几个方案比较后优化，必须考虑塑料的流动性和热性能。

②能设计好热流道系统的流道板和对喷嘴的绝热。它们对模具和环境的热传导、对流和辐射应该有正确估测，并给以补偿。

③务必设计好热流道系统与成型型腔之间的热屏障。图1-44所示为喷嘴浇口区的温度调节系统，包括强化型腔板的冷却、浇口区的冷却、浇口对面的型腔冷却及动模板和型芯的冷却。有效地调节浇口区域温度，控制了浇口热力闭合，可改善浇口附近注塑件的内在质量。

④高温流道板和喷嘴的热膨胀，挤压了定模固定板和定模板。因此，它们应有足够防止被压溃的强度。流道板和各块模板要有足够的刚度。受热模板和螺栓必须有承受热应力的能力。

热流道装备类似机械-电气产品，因此热流道装备生产企业必须具有精密机械加工能力，这是因为塑料注射模具是单件设计制造的，与之配套的热流道器件、流道板和喷嘴的设计制造也是单件或小批量的，而流道板和喷嘴在高温高压下运行，流道和浇口的加工精度会影响塑料熔体的输送。

热流道装备生产企业必须具有数控加工中心机床、数控车床、深孔加工钻床和电火花加工机床，用于加工流道板和各种喷嘴，还应具有四联动的数控铣床，用于加工不等距的螺旋槽。此外，热流道装备生产企业应具有流道抛光的技术和工具，应该有接触或非接触的温度测量仪表。