热流道系统的设计和喷嘴的选择_王建华
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高黏度的塑料熔体流经流道和浇口时的压力损 失 很 大 。 采 用 顶 针 或 开 关 式 喷 嘴 时 ，要 考 虑 到 流 程 中 有较大的压力降。在窄小和过长的流道中会有黏性发 热。而低黏度的塑料熔体容易泄漏。
塑料熔体黏度不但与种类有关，还可从通过相对
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确和有效地控制热流道系统的浇口冻结时间和流道 温度。首先认识各种塑料熔体对传输的影响。
塑 料 熔 体 品 种 繁 多 。 在 注 射 温 度 下 ，熔 融 状 态 的 黏度相差很大。一般被认为中等黏度的聚苯乙烯 23、 453、聚酰胺 24# 和聚甲基丙烯酸甲酯 2664等，在 流 道 中 大 致 以 )"""78) 的 剪 切 速 率 流 动 时 ， 有 !""! )"""2*·7 的黏度。而高黏度的熔体像聚碳酸酯 29 和 聚砜 23: 等，在 )""";78) 剪切速率下的黏度为 )"""! !"""2*·7。低黏度的低密度聚乙烯 <=2>、高密度聚乙 烯 ?=2>、聚丙烯 22 和聚对苯二甲酸乙二醇酯 2>@， 在同样剪切速率下，有黏度 %"!!""2*·7。
摘 要：介绍塑料注射模热流道系统的设计原则和过程，分析热流道喷嘴的选 择原理和方法。 关键词：注射模 热流道 喷嘴
近 年 来 ， 为 了 生 产 大 型 或 大 批 量 的 塑 料 制 品 ，模 具设计师越来越多地应用热流道技术。注塑模的生产 企业与热流道专业公司合作完成热流道注塑模的设 计 与 制 造 ，己 经 取 得 丰 硕 成 果 。 提 高 了 注 塑 件 的 质 量 并 降 低 了 生 产 成 本 。 本 文 将 就 合 作 过 程 中 ，有 关 热 流 道注射模的设计原理、喷嘴的选择，作一些分析讨论。
HI/-J52’ -.2>4,’ A.8’K.7’ 8>,,/8’ LK.7’ 45,JA.23 M’7/-K,.2.NO
专栏 热流道技术
热流道系统的设计和喷嘴的选择 F
王建华 &’’’ 徐佩弦 ! & 上海克朗宁技术设备有限公司 上海 !"&#&! !’华东理工大学高分子材料系 上海 !""!?0
我国早在上世纪的 0" 年代，制造并试用了热流 道 注 射 模 。 往 往 只 使 用 了 几 天 或 几 周 ，有 了 故 障 后 就 从注射机上撤下。热流道技术很难“热”起来。直到 (" 年代，加拿大的 1.23’4567/86 公司、美国 9:1:; 公司、 德国 <56-. 公司、韩国 =>3. 柳道公司和台湾映通等， 进 入 了 我 国 模 具 市 场 ，注 射 模 的 热 流 道 技 术 开 始 热 起
表 455 无定形和结晶型塑料对热流道注射的影响
结 晶 型 塑 料 需 温 度 较 高 的 浇 口 区 ，以 保 证 对 型 腔 中塑料补缩。应用有浇口的完整喷嘴，见图 ! 的 6 和 7 所 示 。 浇 口 用 含 铬 量 较 高 的 不 锈 钢 制 造 ，此 件 被 称 为 绝热浇口套。有的用钛合金制造。以减少冷模板对浇 口的热传导。图 ! 的 8 和 9 所示，喷嘴不带浇口，浇口 在定模板上。浇口附近又有冷却水管。这种低温浇口
对 于 单 型 腔 的 大 型 塑 件 的 成 型 ，如 电 视 机 面 框 需 多 个 注 射 点 。 采 用 主 流 道 单 喷 嘴 ，而 后 经 冷 流 道 和 浇 口 。 经 成 本 核 算 ，这 种 热 流 道 与 冷 流 道 混 合 的 方 案 常 被接受。它省去了热流道板和若干个喷嘴。与完全冷 流道相比，消 除 了 主 流 道 废 料 ，有 利 注 射 和 保 压 压 力 的 传 输 。 而 且 热 喷 嘴 离 开 了 注 射 件 ，避 免 了 模 塑 件 上 浇口附近的质量问题。
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&’ 图 );; 一模八腔模具的熔体传输方案
*; 完全冷流道； +; 、-; 热流道与冷流道混合； ’; 完全热流道
热流道技术 专栏
经分析比较，如果生产制品批量少于 )%" 万件， 应采用图 )* 所示冷流道方案。不适宜用热流道系统。 如果批量达到 ."" 万件批量，使用 + 主流道单喷嘴方 案，与 * 方案的冷流道系统比较，可降低 )/%0成本。在 达到 #"" 万件批量时，与 * 方案的冷流道系统比较，使 用 + 种方案模具可降低 ./#0生产总成本；使用 - 种方 案模具可降低 %0的成本。采用 , 个喷嘴的完全热流 道系统 ’ 种方案，模具的生产成本提高了 "/.%0。但是 还应该从制品质量和加工的技术优势，评估 ’ 方案的 使用。
区，更适合无定形塑料。见图 : 所示开关式喷嘴，浇口 关 闭 由 仪 表 控 制 ，气 缸 执 行 ，保 证 有 合 适 的 保 压 时 间 。 而且浇口的痕迹又小。为模具设计师所乐意采用。但 需注意到 开 关 式 喷 嘴 结 构 复 杂 ，操 作 维 护 困 难 ，价 格 昂贵。
图 !55 热流道的开放式浇口 6 有直接浇口的喷嘴； 8 浇口在模板的顶管式喷嘴； 7带浇口的顶针式喷嘴； 9 浇口在模板的顶针式喷嘴。
- 模具制造企业要求将冷流道模具，改造成热流 道模具。专业公司要求提供模具生产图纸D分析评估后 设计热流道系统。双方协商确认后D选择和设计热流道 装备。供货后提供安装D调试和维修服务。
热流道专业公司在欧洲有 !" 多家。我国的专业公 司数量有限且规模不大。现今，欧洲有 !%E的注射模， 美国有 &0E，都应用了热流道技术。专业公司与模具企 业合作应用和发展热流道技术有良好前景。
塑 料 熔 体 影 响 热 流 道 注 射 ，一 方 面 是 熔 体 的 温 度 范围的大小。超过分解温度后，会使塑料过热损坏。另 一重要方面，在注射机料筒和热流道模具的加热过 程 ，维 持 塑 料 热 传 递 的 时 间 长 短 。 过 长 的 加 热 时 间 也 会使塑料热分解。
热 敏 性 塑 料 有 &/0、&’(、&12、0)、 聚 苯 酰 胺 &&) 和聚醚醚酮 &,,3 等，还有所有添加阻燃剂的塑 料，以及具有耐热性 差 的 着 色 剂 的 塑 料 ，热 稳 定 性 塑 料有 &,、&&、&(()、&0、&4 和其它。
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5555 图 :55 开关式喷嘴和热流道系统
大多结晶型塑料的加工温度范围小于 #"!，其中 快速结晶固化的有 &’( 和 &) 等。加工温度范围小于 *"!。如 &)## 塑料的加热温度 !+%!"!%%!。比起慢 结晶的 &, 和 &&，在浇口区需要更高些温度。尤其在 采用热力闭合的开放式浇口时，以图 ! 上 - 和 . 的整 体式喷嘴为好。
5 从塑料制品的造型开始@ 由模具企业造型后，交 专业公司用 1.23A2.B软件进行流动分析。进行浇注系 统的分析和设计。决定浇口的数目和位置。确定流道 直径。从而设计和选择主流道喷嘴、流道板、喷嘴及温 度控制器。请模具制造企业调整设计后再确认。
C 模具设计者已确定热流道系统D 并提供有关资 料 和 图 纸 ，征 求 热 流 道 专 业 公 司 意 见 。 专 业 公 司 借 助 经 验 分 析 和 专 业 软 件 ，辅 助 确 定 热 流 道 浇 注 系 统 。 双 方协商选定热流道装备D按顺序供货。并提供安装D维 修等服务。
热敏性塑料在料筒和热流道中渡过时间只能 %" 5"678。热稳定塑料可多于 *""#"678。注射机关停后， 随着料筒和流道板冷却固化的 &/0 或 &’( 会发生分 解。这些塑料在关机前，应该用其它塑料如 9:&, 替 换 。 要 缩 短 热 敏 性 塑 料 在 流 道 中 渡 过 的 时 间 ，必 须 限 制热流道中存料的体积与注射量的比例。应该减小各 温度控制区的温差。要有优质的加热器使加热温度均 匀。更要避免热敏性塑料在流道板和喷嘴中滞留。图 !.;这种整体的顶针式喷嘴在免用之列。
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来 。 专 业 公 司 有 条 件 增 加 科 技 开 发 资 金 ，集 中 仪 表 电 气、材料加工和机械 等 相 关 技 术 人 材 ，提 高 热 流 道 装 备的质量。并以丰富的技术经验与模具生产企业合 作，确保热流道注射模生产的质量和效益。
我国近年来相继创建了不少热流道装备的专业 公 司 ，开 始 取 得 了 良 好 信 誉 。 专 业 公 司 与 模 具 制 造 企 业的合作关系，大致有 ? 种情况。
& ’’ 设 计 和 制 造 的 合 作 热 流 道 技 术 装 备 有 流 道 板 、喷 嘴 和 温 度 控 制 器 等
组成。从 &()" 年在美国申请专利以来，此项技术的基 本原理和结构变化不大。但是，最初的 )" 年中，热流 道技术发展缓慢。热流道的喷嘴容易堵塞。流道板中 塑料熔体常有泄漏。控制仪表对温度经常失控。由于 技术难度高，模具生产 企 业 很 难 掌 握 这 门 技 术 ，也 很 难生产优质的热流道装备。到 &(%* 年，美国首先出现 了 +,-./’“硬壳”热流道专业公司，专门生产喷嘴 、流 道板和温度控制器等装备。逐步使热流道技术进入了 近 !" 年的成熟发展期。
— —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— 作者简介G’王建华D男，&(%* 年生 D博士D从事注射模热流道装备的 科研和经营。 F 基金项目G上海市科技发展基金项目D科技攻关："!0!%!"&*，注塑 用热流道气动针阀式喷嘴。
分子质量进行调节，各种品级有不同的黏度。如 &’ 和 && 等有注射级和挤出级。注射级的相对平均分子质量低，黏 度就低。经充填改性的塑料，添加了玻璃纤维、碳酸钙等，熔体黏度也有提高。
从冷却固化期间塑料分子结构建立，热塑性塑料可分成两大组群。一类是有无定形结构塑料。微观分子以粘结 的连接形式保持着紊乱状态。&(、)*(、乙酸纤维素 +)、聚苯醚 &&,、聚氯乙烯 &-+、&+、&(. 和氟塑料等，是无定形 塑料。结晶结构塑料中，分子链沿着已生成的晶核有序地折叠着。但其周围是无定形结构。结晶型塑料有 /0&’、 10&’、&)、聚甲醛 &,2、&’3、聚对苯二甲酸丁二醇酯 &*3 和聚苯硫醚 &&( 等。表 4 陈述了这两类塑料熔体在传输 和浇口冻结的区别。
!’ ’ 热 流 道 系 统 的 设 计 热流道系统设计是项复杂的工程。这里只介绍两
个重要的课题，一 是 经 成 本 计 算 的 方 案 可 行 性 ；二 是 塑料材料对熔体输送的影响。 !()& 方案的可行性
启 动 设 计 制 造 热 流 道 注 射 模 之 前 ，应 根 据 经 济 条 件和技术条件，进行塑料熔体传输方案的可行性研 究。
热 流 道 注 射 模 的 成 本 ，国 外 有 个 经 验 估 算 法 。 按 喷嘴的数目，每个喷嘴平均费用 1%"!)""" 英磅。国内 生产的开式喷嘴平均售价 .""" 元人民币，开关式喷 嘴是它的 ! 倍。采用冷热流道混合方案，降低了热流 道系统的成本。
!/!& 塑料材料的影响 必 须 Biblioteka Baidu 分 认 识 塑 料 的 加 工 范 围 和 热 性 能 ，才 能 准
热流道技术 专栏
利于对定模板的绝热和浇口区温度调节。常用浇口直径 !=@"5"66，适用大注射量的各种塑料。图 >A;这种小浇口 的整体式喷嘴，己经被顶针式喷嘴所替代。
如图 ) 所示的一模八腔的浇注系统的传输方案 有四种。图 )* 所示为冷流道系统。图 + 有一个热流道 单喷嘴，在分型面上用冷流道和 , 个浇口。图 - 所示有 两个喷嘴和热流道板，只有较短的冷流道。图 ’ 有 , 个 分 喷 嘴 和 流 道 板 ，是 完 全 的 热 流 道 系 统 。 此 项 工 程 必 须 经 过 流 道 废 料 重 、注 射 成 本 和 模 具 制 造 成 本 等 项 的详细计算。考虑 . 种生产批量计划。. 年内生产制品 )%" 万件，."" 万件和 #"" 万件。
塑料熔体黏度不但与种类有关，还可从通过相对
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确和有效地控制热流道系统的浇口冻结时间和流道 温度。首先认识各种塑料熔体对传输的影响。
塑 料 熔 体 品 种 繁 多 。 在 注 射 温 度 下 ，熔 融 状 态 的 黏度相差很大。一般被认为中等黏度的聚苯乙烯 23、 453、聚酰胺 24# 和聚甲基丙烯酸甲酯 2664等，在 流 道 中 大 致 以 )"""78) 的 剪 切 速 率 流 动 时 ， 有 !""! )"""2*·7 的黏度。而高黏度的熔体像聚碳酸酯 29 和 聚砜 23: 等，在 )""";78) 剪切速率下的黏度为 )"""! !"""2*·7。低黏度的低密度聚乙烯 <=2>、高密度聚乙 烯 ?=2>、聚丙烯 22 和聚对苯二甲酸乙二醇酯 2>@， 在同样剪切速率下，有黏度 %"!!""2*·7。
摘 要：介绍塑料注射模热流道系统的设计原则和过程，分析热流道喷嘴的选 择原理和方法。 关键词：注射模 热流道 喷嘴
近 年 来 ， 为 了 生 产 大 型 或 大 批 量 的 塑 料 制 品 ，模 具设计师越来越多地应用热流道技术。注塑模的生产 企业与热流道专业公司合作完成热流道注塑模的设 计 与 制 造 ，己 经 取 得 丰 硕 成 果 。 提 高 了 注 塑 件 的 质 量 并 降 低 了 生 产 成 本 。 本 文 将 就 合 作 过 程 中 ，有 关 热 流 道注射模的设计原理、喷嘴的选择，作一些分析讨论。
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专栏 热流道技术
热流道系统的设计和喷嘴的选择 F
王建华 &’’’ 徐佩弦 ! & 上海克朗宁技术设备有限公司 上海 !"&#&! !’华东理工大学高分子材料系 上海 !""!?0
我国早在上世纪的 0" 年代，制造并试用了热流 道 注 射 模 。 往 往 只 使 用 了 几 天 或 几 周 ，有 了 故 障 后 就 从注射机上撤下。热流道技术很难“热”起来。直到 (" 年代，加拿大的 1.23’4567/86 公司、美国 9:1:; 公司、 德国 <56-. 公司、韩国 =>3. 柳道公司和台湾映通等， 进 入 了 我 国 模 具 市 场 ，注 射 模 的 热 流 道 技 术 开 始 热 起
表 455 无定形和结晶型塑料对热流道注射的影响
结 晶 型 塑 料 需 温 度 较 高 的 浇 口 区 ，以 保 证 对 型 腔 中塑料补缩。应用有浇口的完整喷嘴，见图 ! 的 6 和 7 所 示 。 浇 口 用 含 铬 量 较 高 的 不 锈 钢 制 造 ，此 件 被 称 为 绝热浇口套。有的用钛合金制造。以减少冷模板对浇 口的热传导。图 ! 的 8 和 9 所示，喷嘴不带浇口，浇口 在定模板上。浇口附近又有冷却水管。这种低温浇口
对 于 单 型 腔 的 大 型 塑 件 的 成 型 ，如 电 视 机 面 框 需 多 个 注 射 点 。 采 用 主 流 道 单 喷 嘴 ，而 后 经 冷 流 道 和 浇 口 。 经 成 本 核 算 ，这 种 热 流 道 与 冷 流 道 混 合 的 方 案 常 被接受。它省去了热流道板和若干个喷嘴。与完全冷 流道相比，消 除 了 主 流 道 废 料 ，有 利 注 射 和 保 压 压 力 的 传 输 。 而 且 热 喷 嘴 离 开 了 注 射 件 ，避 免 了 模 塑 件 上 浇口附近的质量问题。
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*; 完全冷流道； +; 、-; 热流道与冷流道混合； ’; 完全热流道
热流道技术 专栏
经分析比较，如果生产制品批量少于 )%" 万件， 应采用图 )* 所示冷流道方案。不适宜用热流道系统。 如果批量达到 ."" 万件批量，使用 + 主流道单喷嘴方 案，与 * 方案的冷流道系统比较，可降低 )/%0成本。在 达到 #"" 万件批量时，与 * 方案的冷流道系统比较，使 用 + 种方案模具可降低 ./#0生产总成本；使用 - 种方 案模具可降低 %0的成本。采用 , 个喷嘴的完全热流 道系统 ’ 种方案，模具的生产成本提高了 "/.%0。但是 还应该从制品质量和加工的技术优势，评估 ’ 方案的 使用。
区，更适合无定形塑料。见图 : 所示开关式喷嘴，浇口 关 闭 由 仪 表 控 制 ，气 缸 执 行 ，保 证 有 合 适 的 保 压 时 间 。 而且浇口的痕迹又小。为模具设计师所乐意采用。但 需注意到 开 关 式 喷 嘴 结 构 复 杂 ，操 作 维 护 困 难 ，价 格 昂贵。
图 !55 热流道的开放式浇口 6 有直接浇口的喷嘴； 8 浇口在模板的顶管式喷嘴； 7带浇口的顶针式喷嘴； 9 浇口在模板的顶针式喷嘴。
- 模具制造企业要求将冷流道模具，改造成热流 道模具。专业公司要求提供模具生产图纸D分析评估后 设计热流道系统。双方协商确认后D选择和设计热流道 装备。供货后提供安装D调试和维修服务。
热流道专业公司在欧洲有 !" 多家。我国的专业公 司数量有限且规模不大。现今，欧洲有 !%E的注射模， 美国有 &0E，都应用了热流道技术。专业公司与模具企 业合作应用和发展热流道技术有良好前景。
塑 料 熔 体 影 响 热 流 道 注 射 ，一 方 面 是 熔 体 的 温 度 范围的大小。超过分解温度后，会使塑料过热损坏。另 一重要方面，在注射机料筒和热流道模具的加热过 程 ，维 持 塑 料 热 传 递 的 时 间 长 短 。 过 长 的 加 热 时 间 也 会使塑料热分解。
热 敏 性 塑 料 有 &/0、&’(、&12、0)、 聚 苯 酰 胺 &&) 和聚醚醚酮 &,,3 等，还有所有添加阻燃剂的塑 料，以及具有耐热性 差 的 着 色 剂 的 塑 料 ，热 稳 定 性 塑 料有 &,、&&、&(()、&0、&4 和其它。
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大多结晶型塑料的加工温度范围小于 #"!，其中 快速结晶固化的有 &’( 和 &) 等。加工温度范围小于 *"!。如 &)## 塑料的加热温度 !+%!"!%%!。比起慢 结晶的 &, 和 &&，在浇口区需要更高些温度。尤其在 采用热力闭合的开放式浇口时，以图 ! 上 - 和 . 的整 体式喷嘴为好。
5 从塑料制品的造型开始@ 由模具企业造型后，交 专业公司用 1.23A2.B软件进行流动分析。进行浇注系 统的分析和设计。决定浇口的数目和位置。确定流道 直径。从而设计和选择主流道喷嘴、流道板、喷嘴及温 度控制器。请模具制造企业调整设计后再确认。
C 模具设计者已确定热流道系统D 并提供有关资 料 和 图 纸 ，征 求 热 流 道 专 业 公 司 意 见 。 专 业 公 司 借 助 经 验 分 析 和 专 业 软 件 ，辅 助 确 定 热 流 道 浇 注 系 统 。 双 方协商选定热流道装备D按顺序供货。并提供安装D维 修等服务。
热敏性塑料在料筒和热流道中渡过时间只能 %" 5"678。热稳定塑料可多于 *""#"678。注射机关停后， 随着料筒和流道板冷却固化的 &/0 或 &’( 会发生分 解。这些塑料在关机前，应该用其它塑料如 9:&, 替 换 。 要 缩 短 热 敏 性 塑 料 在 流 道 中 渡 过 的 时 间 ，必 须 限 制热流道中存料的体积与注射量的比例。应该减小各 温度控制区的温差。要有优质的加热器使加热温度均 匀。更要避免热敏性塑料在流道板和喷嘴中滞留。图 !.;这种整体的顶针式喷嘴在免用之列。
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我国近年来相继创建了不少热流道装备的专业 公 司 ，开 始 取 得 了 良 好 信 誉 。 专 业 公 司 与 模 具 制 造 企 业的合作关系，大致有 ? 种情况。
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分子质量进行调节，各种品级有不同的黏度。如 &’ 和 && 等有注射级和挤出级。注射级的相对平均分子质量低，黏 度就低。经充填改性的塑料，添加了玻璃纤维、碳酸钙等，熔体黏度也有提高。
从冷却固化期间塑料分子结构建立，热塑性塑料可分成两大组群。一类是有无定形结构塑料。微观分子以粘结 的连接形式保持着紊乱状态。&(、)*(、乙酸纤维素 +)、聚苯醚 &&,、聚氯乙烯 &-+、&+、&(. 和氟塑料等，是无定形 塑料。结晶结构塑料中，分子链沿着已生成的晶核有序地折叠着。但其周围是无定形结构。结晶型塑料有 /0&’、 10&’、&)、聚甲醛 &,2、&’3、聚对苯二甲酸丁二醇酯 &*3 和聚苯硫醚 &&( 等。表 4 陈述了这两类塑料熔体在传输 和浇口冻结的区别。
!’ ’ 热 流 道 系 统 的 设 计 热流道系统设计是项复杂的工程。这里只介绍两
个重要的课题，一 是 经 成 本 计 算 的 方 案 可 行 性 ；二 是 塑料材料对熔体输送的影响。 !()& 方案的可行性
启 动 设 计 制 造 热 流 道 注 射 模 之 前 ，应 根 据 经 济 条 件和技术条件，进行塑料熔体传输方案的可行性研 究。
热 流 道 注 射 模 的 成 本 ，国 外 有 个 经 验 估 算 法 。 按 喷嘴的数目，每个喷嘴平均费用 1%"!)""" 英磅。国内 生产的开式喷嘴平均售价 .""" 元人民币，开关式喷 嘴是它的 ! 倍。采用冷热流道混合方案，降低了热流 道系统的成本。
!/!& 塑料材料的影响 必 须 Biblioteka Baidu 分 认 识 塑 料 的 加 工 范 围 和 热 性 能 ，才 能 准
热流道技术 专栏
利于对定模板的绝热和浇口区温度调节。常用浇口直径 !=@"5"66，适用大注射量的各种塑料。图 >A;这种小浇口 的整体式喷嘴，己经被顶针式喷嘴所替代。
如图 ) 所示的一模八腔的浇注系统的传输方案 有四种。图 )* 所示为冷流道系统。图 + 有一个热流道 单喷嘴，在分型面上用冷流道和 , 个浇口。图 - 所示有 两个喷嘴和热流道板，只有较短的冷流道。图 ’ 有 , 个 分 喷 嘴 和 流 道 板 ，是 完 全 的 热 流 道 系 统 。 此 项 工 程 必 须 经 过 流 道 废 料 重 、注 射 成 本 和 模 具 制 造 成 本 等 项 的详细计算。考虑 . 种生产批量计划。. 年内生产制品 )%" 万件，."" 万件和 #"" 万件。