熔體輸送技術如何幫助減少物料浪費并提高生產效率

什么是熱流道系統？對于注塑工藝并不太熟知的人而言，這或許是謎之第一問。熱流道系統是注塑成型加工中的一個重要組成部分。自問世以來，熱流道在塑料加工領域不斷發揮其關鍵作用。雖然熱流道增加了模具的初始成本，但從長遠來看，它們為生產帶來諸多改進，當之無愧地成為更經濟的選擇。?

什么是熱流道？

熱流道能夠提高生產力和系統性能，生產外觀更為精美的注塑件，提升靈活性并改善工藝制程監控。此外，它們還提高了能源效率，避免產生廢料，從而加快生產周期，降低部件成本。熱流道還將熔體輸送到模具，成就高品質澆口、出色的“腔到腔”平衡、快速換色、無限的設計自由度，以及客制化程度更高的產品。熱流道解決方案助力加工商實現低成本、高質量和高產量。熱流道系統在熱點式和閥針式澆口配置中皆表現卓越，并針對加工商的特定應用進行優化。

對于產量高且產品使用壽命長的應用而言，使用熱流道技術帶來的好處最為顯著，此外，針對注重速度和一致性以便進行持續改進的低腔位模具，熱流道技術亦能帶來極大收益。本文將概述熱流道熔體輸送系統的工作原理及其如何改進注塑工藝。

冷流道的局限性

在注塑成型工藝中，模具最為重要的功能之一便是將熔體從料筒輸送到型腔。熔體輸送管理對終端部件品質和生產線的成功運行有著舉足輕重的影響。對于樹脂流量、壓力和溫度的精準控制至關重要。模塑加工的成功與熔體輸送系統的設計直接相關，因此對熱流道和冷流道方案進行詳盡比對則大有裨益。

冷流道是存在于模具內的固化塑料流體通道，其在模塑制程完成后，必須從模具和注塑部件上移除。在模具分型面上加工而成的通道導致冷流道的產生，這些通道引導熔融樹脂從澆口流進型腔。熔融樹脂冷卻變硬后，與注塑部件一起頂出，下一個生產周期則得以開始。一般而言，冷流道系統對模具的起步成本或初始資金投入的要求較小。它們往往應用于運行時間較短或生產頻率較低的低腔位模具中。

然而，一些注塑部件的需求量有所提升，并最終轉向于使用更高腔位數的模具。當這種情況發生時，冷流道則會對加工和相關成本產生較大影響。更龐大的流道系統意味著要注射、冷卻和處理更多樹脂。冷流道的布局設計可能很復雜，而且為了容納流道和便于排氣，型腔之間必須保持較大間隔。

由于熔體在充填階段仍然會向型腔內流入，所以冷流道還會延長生產周期。冷流道通常比注塑部件厚很多，因此，冷卻時間也很長。顯然，最重要的考量因素之一是：冷流道浪費樹脂，導致高昂成本的產生。加工商不得不拋棄流道，通過再研磨將其回收并用于其它加工，或以極其低廉的價格將其作為大宗廢料出售。

雙板冷流道模具的優點包括設計緊湊、投資成本低、停留時間短。它還兼具維護簡單、換色迅速、澆口易于加工等特點。缺點則體現在報廢塑料的產生、為去除多余澆口料而運行增加加工成本的二次操作、生產周期長，以及表面光潔度不佳和尺寸穩定性差等質量問題。

三板冷流道系統產生的廢料雖然可以再研磨，但這個過程會產生其它問題。加工商圍繞著再研磨冷流道在未來新應用中的使用，不得不面臨諸多問題。這個部件是否需要原生材料進行制造？僅使用很小比例的再研磨材料是否可行？廢料中是否有不需要的材料產生？外來碎屑會堵塞澆口嗎？與此同時，澆口料切除環節上也問題多多，比如流道究竟是折斷，還是必須要切除。還有可能需要人力勞動和用于購置澆口料自動切除設備而產生的相關固定資本支出。投資額可能相當高昂，且投資回報期(ROI)較長。

熱流道提供優化方案

熱流道是熔體輸送系統的進階替代方案。它的功能類似于冷流道，為熔融樹脂提供通道，使其流經設計精密、技術性極高的系統。熱流道較之冷流道最重要的區別在于它不會使熔融樹脂凝固。輸送網絡完全包覆于鋼制分流板內部，從不暴露于空氣中。

分流板將熔融樹脂輸送到注嘴，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進行調節，從而維持熔融塑料的溫度。打個比方，冷流道就像是露天的城市街道，而熱流道則更像是一條地鐵隧道。雖然熱流道增加了模具的價格，但鑒于熱流道能夠避免浪費、縮短生產周期和減少部件之間的差異性，所以應當將其視作一項投資。

熱流道通常被認作注塑工藝中最精密的系統之一。各種材料及其功能特性成就整體工程設計和最終工藝性能的完美呈現。根據樹脂和應用，澆口設計和溫度控制有多種選項可供選用。澆口既可利用熱點式注嘴進行熱控制，也可憑借閥針式澆口注嘴進行機械控制。基于它們與模具的不同互動模式，均有其獨特的設計要求。溫控器可用于過程監控、控制和微調。赫斯基專利Ultra®熱流道配備Ultra Helix™閥針式澆口，這項技術可提供相當干凈的澆口，幾乎測不出殘留痕跡。

使用熱流道，則無需在加工前、加工中和加工后處理冷流道。不需要人工或機器人去除固化的流道，亦無需對此進行再研磨，從而降低成本，減少設備維護，更好利用寸土寸金的場地空間，節省寶貴時間。由于不需要管理流道，也就無須進行澆口料切除和整理分類。對于加工商來說，生產周期方面的優勢可以轉化為顯著提升的產量。

生產周期差別明顯

如下是熱流道與冷流道對比的另一個要素：雖然冷流道和熱流道的注塑制程步驟是相同的，但它們對生產周期的影響卻大相徑庭。由于熔體在充填階段仍然會向型腔流動，所以冷流道會延長生產周期。冷流道一般比注塑部件厚得多，因此，冷卻至安全操作條件所需時間也最長。此外，冷流道的澆道熔渣可能需要更大的開模行程才得以清除，這又增加了每個生產周期的時間。當模具打開時，將流道從模具中卸除和清理——要么通過重力作用，要么憑借拆卸工具，兩者都需要時間。當下一個生產周期開始時，冷流道依然存在，如此循環往復。

采用熱流道系統則可減少模具開合行程。部件迅速冷卻后即可頂出，相反地，冷流道在頂出前必先冷卻。熱流道系統也縮短了螺桿回復時間。相比熱流道，冷流道需要更大的注射量，而熱流道則可以使用較小的料筒，能耗更低。

要證明熱流道成本的合理性，總體節省金額必須超過熱流道自身成本。計算成本節約時須要考慮多種因素，包括部件數量、部件重量相較之流道重量、樹脂成本、設備小時成本、型腔數、人工費用和再研磨驗收等。再次強調，赫斯基的Ultra®熱流道配備Ultra Helix™閥針式澆口，可持續數百萬個生產周期——超長壽命享譽業內，大大降低了機器小時成本。

當加工商認真考慮向熱流道系統轉型的可能性時，總存在一個臨界點。假設一個64腔冷流道模具，生產周期為14秒，一天三班運行，一周七天。如果正常運行時間占90%，每年它將運行約200萬個周期，制造約1.293億個部件。重量2克的部件和192克的冷流道，意味著每個生產周期的注射總量高達320克。

熱流道提升品質

除卻減少浪費和提高產量以外，熱流道還能在部件質量、尺寸精度和表面光潔度等方面提供更有力的控制。澆口位置不再局限于周邊外緣，而是可以移動，從而在引導熔體流時，確保關鍵尺寸規格得以完美呈現或對受填充特性影響的其它特征帶來更為正面的影響。還可能縮短總流程以降低型腔填充壓力要求，減少或導致部件變形的其它工藝元素。預計的總面積和鎖模噸位要求也可能有所降低。

在注塑成型制程中所涉及到的各類設備組件中，就進行一定的調整從而影響模具中獨立型腔性能表現這一角度而言熱流道提供極致的靈活性。雖然也能對冷流道進行調校，除非模具在設計時便允許快速拆卸或更換冷流道插件，否則進行檢查、調整和驗證則可能需要耗費很長時間。變更調整往往手工進行，過程反復且難以替換。恢復到初始狀態會相當耗時。可以通過焊接工藝增加鋼材，但需重新打磨，材料抗疲勞性可能受損。

注射筒和機器鎖模的影響力遍及全套制程。更換模腔需要排空冷卻液，并且機械強度大，這一點在高腔位模具上體現得尤為明顯。熱流道的注嘴頭可以迅速更換，加熱器位置改變或區域溫度調整亦能快速完成，其對整體質量的影響立竿見影。

設計與美感升級

表面品質是將熱流道和冷流道進行對比的另一個重要維度。精心設計的熱流道澆口定位可以成就更好的部件性能和表面光潔度。鑒于澆口可以重置于部件上的任意位置，因此流道修整、二次操作及一致性差等問題皆不復存在。

部件表面質感的提升對于沖洗等應用尤為重要，沖洗中要控制單個水滴的流量；在醫療領域，必須將澆口痕跡導致外科醫生手套撕裂的風險降至最低。衛生保健領域也要求類似的性能表現，導管必須盡可能隱秘放置。如果沒有優化的澆口設計和定位，當今我們所熟知和推崇的一些標志性包裝和消費類電子部件將無從說起。

根據應用，對熱流道系統設計合理性產生影響的因素很多，包括澆口類型（磨損、冷卻、公差和尺寸設計）、分流板要求（模流平衡、熱平衡、熔體通道尺寸、模具尺寸和型腔數）和加工變量（壓力、注射速度、模具和加工溫度、樹脂類型和系統定時）。

澆口選項提供卓越的功能和質量

澆口是塑料進入型腔時，對其進行限流的迷你裝置。現在，注塑制造商有兩類熱流道可供選擇：熱澆口（熱點式）和閥針式澆口。熱澆口是一種簡單的澆口方法，沒有運動部件。探針由高導熱銅材制成。保壓期間，靜態塑料在澆口處凝結形成一個膜/皮，從而形成微小的凝結塞，堵塞澆口。凝結塞在注射過程開始時被吹出。熱點探針的溫度和位置是重要考量因素，精密加工必不可少。

采用熱點式澆口時，可能會出現澆口質量問題。具體來說，嘴頭相對于澆口的位置差異會影響澆口的痕跡，有時會出現絲痕（天使頭發）、滴料、甚至部件未填充。干凈的澆口痕跡是赫斯基Ultra®熱流道設計的一大優勢。

另一種澆口選項——閥針式澆口，則是一種可控性更強的方式，能提供更高的澆口品質。通過閥桿驅動，以機械方式打開或關閉澆口。閥桿處于“后退”位置時，將塑料射入型腔。保壓后，閥桿向前驅動，以機械方式關閉澆口。與熱點式澆口相比，閥針式澆口提供了更為寬泛的操作窗口，“點到點”的一致性也更好。澆口直徑更大，部件的澆口切斷和應力則更小。閥針式澆口還避免了澆口殘留問題。

閥針式澆口可應用兩種不同的切斷方式——錐形（錐度型）和圓柱形（柱塞型）。錐形切斷適合非精密應用，在澆口區域需要更大強度以避免過早開裂，而圓柱形切斷整合了無需預載、尺寸精密的滑動配合pin腳，提高精密部件的澆口質量。

取決于不同的應用需求，閥針式澆口熱流道系統有多種驅動選項。其中包括液壓、氣動和電動（伺服馬達）。閥桿可以單獨移動，也可以在模板驅動下作為一個同步組而共同移動。氣動方式最受歡迎，因為成本較低、可在潔凈室內使用，且管理維護最為簡易。

分流板在初始系統設計實施中也扮演著重要的角色。熱流道分流板的尺寸可根據客戶實際需求而無限變化，注射點位置靈活多變。分流板的形狀和尺寸取決于模腔的數量和間距。為了達到最佳流動狀態，通道布局必須平衡。熔體通道規格尺寸依據不同應用而進行客制化訂制。加熱器型線設計針對每種形狀和每種樹脂特性進行優化和驗證。

雖然大多數傳統熱流道系統以直角路徑運行，但處理更復雜的噴嘴配置時，就要使用復雜的系統。在這些選項中，螺栓分流板系統可為汽車前照燈邊框等外形設計獨特的表面提供不同角度的熔體輸送。

過程控制器提供準確性和一致性 

每個熱流道系統都需要溫控器來管理溫度和機械設置。赫斯基Altanium®模具控制器提供高度精準的溫度和伺服控制，其故障恢復解決方案備受業內推崇。它們配備大尺寸全彩觸摸屏，導航功能易于使用，配置豐富多樣，可在各種注塑環境中得以應用。

所有Altanium®控制器均使用主動推理技術(ART)，提供優化的控制，更好地實現“點到點”和“腔到腔”的一致性和重復性。主動推理技術(ART)通過一流的功率輸出、完全隔離的熱電偶輸入和確保溫度讀數完整性的業界領先熱電偶采樣率，提供更為精準、嚴瑾的控制，可變性極小。

結論：熱流道的重要性不言而喻

熱流道技術堪稱注塑件生產中的無價之寶。通過出色的熔體控制和加工性能，使模塑工藝得以優化，制造更高品質的部件，生產能力也大幅提升。

較之冷流道系統，熱流道系統具有顯著的性能優勢。通過減少樹脂用量、改進生產周期和省卻后處理步驟，能實現可觀的成本節約。可利用各種工程解決方案對熱流道進行客制化打造，以適合各種應用。

隨著熱流道技術的進步，我們看到注塑行業內從冷流道向熱流道轉變的勢頭持續強勁。伴隨塑料部件設計不斷超越界限，減少樹脂使用繼續成為所有模塑商關注的焦點，熱流道解決方案定位于滿足全新的產業挑戰。我們可以預見：憑借精密復雜的熱流道技術進行熔體輸送管理，將在注塑加工中發揮越來越關鍵的作用。