热流道的优势与技术.AMT.
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熱流道的優勢與技術
前言
熱流道用於注塑模具，在歐美日本已是行之有年而 且是方興未艾之事。 但在海峽兩岸三地，熱流道 雖然引起許多廠商的關注，但多半淺嚐則止，原因 是未能掌握關鍵技術，以至於知難而退。 本文就熱 流道的優勢及發揮優勢所須建立的技術作一番探討， 期望燃起對相關技術研發的熱情，使得模具的生產 力能夠更上一層樓。
熱流道的技術
1. 在流涎(Drooling)或拉絲 在流涎 或拉絲(Stringing)與堵料 與堵料(Blocking)之 之 或拉絲 與堵料 間尋求最大的製程視窗(Process Window)還要兼顧澆口附近 間尋求最大的製程視窗 還要兼顧澆口附近 製品的外觀品質 關鍵在於熱嘴(Hot Runner Nozzle)的形式及其澆口的尺寸， 以及熱嘴與澆口附近的絕緣(Insulation)與冷卻。
熱流道的技術
3. 避免劣解 (Degradation) 應從以下幾點的合理化著手： 1) 塑膠的乾燥、 2) 熔膠的停 留時間(Residence Time)、 3) 熔膠溫度、 4) 剪切速率(She ar Rate)。
42”電漿電視機前框 PC(GE LEXAN HF1110) 問題：黃化、熔接痕
熱流道板的隔熱
目前在熱流道板周圍的模板和模塊中加水孔是為了將熱流道板 散出來的熱帶走， 一方面增加模具的冷凍功率，另一方面又增 加熱流道板的加熱功率，在節能的觀點上是兩面不討好的。 正 本清源之計在於隔絕熱流道板和其周圍的模板和模塊之間的熱 傳 – 主要是熱傳導(Thermal Conduction)和熱輻射(Thermal Radiation)。 熱傳導的減少可從熱流道板和其周圍的模板和模塊的銜接元件 (e.g. 熱嘴、分隔塊、螺釘等)著手，這些元件和熱流道板與其周 圍的模板和模塊的接觸面積在強度剛性符合要求的前題下應儘 量減少，而這些元件可以採用低熱傳導係數的材料。 熱輻射減少的空間較大，是可以特別著墨之處。 請參考後附圖 例 - 在熱流道板的周邊覆以鋁皮(Aluminum Sheet) 是可以採納的有效方法。
熱流道的優勢
3. 有助流動平衡 (Flow Balance) 多型腔模具可以提高生產力，但是型腔愈多，流動愈難平 衡，各型腔成型的製品就難得一致。 熱流道可將溫度與 壓力相近的熔膠直接送到型腔，有助流動平衡，模具的型 腔數與生產力可以大幅增加。 4. 減少射壓及鎖模力 熱流道的直徑一般大於冷流道的直徑，加上熱流道中的熔 膠溫度高、黏度低，塑流通過熱流道的壓力降遠低於通過 於冷流道者，注塑機的有限射壓可以全力填壓型腔，這對 目前流行的薄壁成型尤為有利 。 鎖模力與射壓和投影面積的乘積成正比，熱流道模具所須 的射壓低，而熱流道的投影面積不需計入鎖模力的計算， 因此熱流道模具可以減少鎖模力的需求。
熱流道的優勢
1. 省料 (Material Saving) 較之冷流道系統, 熱流道中的塑膠在開模時是不隨製品與 冷流道而脫模的，用料自然節省。 2. 縮短週期時間 (Cycle Time) 較之製品，冷流道表面缺陷無關緊要， 但是開模時，冷流 道若是過熱，就會造成脫模困難，在這種情況下，開模時 間就要延後，週期時間就要拖長。 在薄壁成型品成為常態 的情況下， 冷流道成為縮短冷卻時間的制約因素，可謂屢 見不鮮。 熱流道內的熔膠不須冷卻定型，不會成為前述 的制約因素，當成型薄壁製品時，採用熱流道較之採用冷 流道，週期時間的縮短會有出乎意料的效果。
Q1 d = ---- (1) 此處的n是冪律指數(power law index) Q2 d 塑料PP的冪律指數是0.32。 (1)式可改寫成下式：
3+ 1 n 1 3+ 1 n 2
Q1 d16.125 = 6.125 Q2 d 2 以一16灌點單型腔PP塑件模為例，熱流道灌嘴的公稱口徑是1.2 mm，加工後最大與最小灌嘴口徑分別為1.255mm與1.194mm， 當最大口徑灌嘴充填滿其領域時，最小口徑灌嘴只充填其領域的 74%。 當前述灌嘴口徑與公差是控制在12mm±0.005mm時，最 大口徑灌嘴充填滿其領域時，最小口徑灌嘴可充填其領域的95%， 流動平衡度大為改善。
謝謝 ！！
28.48
27.52
流動平衡度 ： 9.30/28.48=32.7%
流動平衡度 ： 13.74/27.52=49.9%
13.74 9.30
澆口： 澆口： 0.45~0.62
澆口： 澆口： 0.61~0.62
如果將塑流簡化成恆溫(isothermal)、完全發展的層流(fully devel oped laminar flow)的冪律流體(power law fluid)，當壓力降相同 時，通過直徑d1澆口的流量Q1與通過直徑d2澆口的流量Q2的比 可以下式表示：
10.4”彩屏LCD顯示屏, ABS → PC+GF10%, 循環時間長、用 料多, 2006. 7. 7.
產品厚度：0.6, 1.2, 1.5mm (1.5mm → 8s cycle) 重量： 產品 12.5g, 料頭 43.7g, 3.5倍之差 模具： 三板模; Sprue出口Φ8; 13針點澆口(Φ1) 注射機： 350噸 循環時間： 62秒 (充填1秒保壓2秒)
減少接觸面積，防止熱量 散失，防止灌口阻塞。
接觸面積大且無隔熱， 灌口較容易阻塞。
1.5
熱流道的技術
2. 多型腔模具的流動平衡 要兼顧幾何平衡(Geometric Balance)與流變平衡(Rheological Balance)才能達到實質的流動平衡，前者要針對熱嘴澆口直 徑的公差進行品管，後者要善用熔膠的旋轉技術(Melt Rotation Technology)。
Cylinder Cover
HOT AIR OUT
Piston
COOL AIR IN
CHale Waihona Puke BaiduOLING
Insulation Pad Clamp Ring Slide Ring Valve Pin PGB
Courtesy: YUDO
結論
熱流道的在許多方面都可以顯示其優勢， 只要掌握前 述多項熱流道技術，就可以避免不必要的困擾， 發揮 熱流道模具的效益。
Product: 42” TV Bezel, Weight: 1,700 g Machine: 1,300 Ton (Mitsubishi); Shot Weight (PS) 6240 g (Shot to Cylinder Size of 40 – 60 % is recommended by GE Plastics.) Note: 1,700/6,240 = 27%
Reflector and Thermal Insulating Sheets
熱流道的技術
5. 防止漏料 溫度控制、間隙控制是關鍵所在。
C.P.S [Cool Pin System]
PATENT PENDING
CPS is the system to prevent the material leakage as dropping the melt flow of material as cooling Valve Pin and PGB (Pin Guide Bush) by air.
熱流道的技術
4. 防止熱膨脹 防止熱膨脹(Thermal Expansion)差異帶來的困擾 差異帶來的困擾 熱流板(Hot Runner Manifold Block)的絕緣、正確設計溫度 的訂定、為相對運動的零件預留空間都是防患未然的重點。
熱流道板中配合孔的間隙決定案例
熱流道板昇溫後，和母模板會有相對運動，應該檢查任何貫穿前 述二板的元件在該相對運動下是否會產生問題。 貫穿熱流道板和母模板的零件有4支M8x65L的螺釘，分別距離垂 直和水平中心線87mm和68mm。 料溫和水溫分別以200°C和20°C計，鋼的熱膨脹係數以1.2 x 10/°C計， 上述螺釘在前述二板的中心孔因溫差產生的最大線性 熱膨脹差異是： 87mm x 1.2 x 10/°C x (200 – 20) °C = 0.19mm 可取0.2mm。 所以要檢查的是上述4螺釘和熱流道板中的配合孔 的間隙是否大於0.2mm。 若非，則應將孔放大，以滿足要求。
前言
熱流道用於注塑模具，在歐美日本已是行之有年而 且是方興未艾之事。 但在海峽兩岸三地，熱流道 雖然引起許多廠商的關注，但多半淺嚐則止，原因 是未能掌握關鍵技術，以至於知難而退。 本文就熱 流道的優勢及發揮優勢所須建立的技術作一番探討， 期望燃起對相關技術研發的熱情，使得模具的生產 力能夠更上一層樓。
熱流道的技術
1. 在流涎(Drooling)或拉絲 在流涎 或拉絲(Stringing)與堵料 與堵料(Blocking)之 之 或拉絲 與堵料 間尋求最大的製程視窗(Process Window)還要兼顧澆口附近 間尋求最大的製程視窗 還要兼顧澆口附近 製品的外觀品質 關鍵在於熱嘴(Hot Runner Nozzle)的形式及其澆口的尺寸， 以及熱嘴與澆口附近的絕緣(Insulation)與冷卻。
熱流道的技術
3. 避免劣解 (Degradation) 應從以下幾點的合理化著手： 1) 塑膠的乾燥、 2) 熔膠的停 留時間(Residence Time)、 3) 熔膠溫度、 4) 剪切速率(She ar Rate)。
42”電漿電視機前框 PC(GE LEXAN HF1110) 問題：黃化、熔接痕
熱流道板的隔熱
目前在熱流道板周圍的模板和模塊中加水孔是為了將熱流道板 散出來的熱帶走， 一方面增加模具的冷凍功率，另一方面又增 加熱流道板的加熱功率，在節能的觀點上是兩面不討好的。 正 本清源之計在於隔絕熱流道板和其周圍的模板和模塊之間的熱 傳 – 主要是熱傳導(Thermal Conduction)和熱輻射(Thermal Radiation)。 熱傳導的減少可從熱流道板和其周圍的模板和模塊的銜接元件 (e.g. 熱嘴、分隔塊、螺釘等)著手，這些元件和熱流道板與其周 圍的模板和模塊的接觸面積在強度剛性符合要求的前題下應儘 量減少，而這些元件可以採用低熱傳導係數的材料。 熱輻射減少的空間較大，是可以特別著墨之處。 請參考後附圖 例 - 在熱流道板的周邊覆以鋁皮(Aluminum Sheet) 是可以採納的有效方法。
熱流道的優勢
3. 有助流動平衡 (Flow Balance) 多型腔模具可以提高生產力，但是型腔愈多，流動愈難平 衡，各型腔成型的製品就難得一致。 熱流道可將溫度與 壓力相近的熔膠直接送到型腔，有助流動平衡，模具的型 腔數與生產力可以大幅增加。 4. 減少射壓及鎖模力 熱流道的直徑一般大於冷流道的直徑，加上熱流道中的熔 膠溫度高、黏度低，塑流通過熱流道的壓力降遠低於通過 於冷流道者，注塑機的有限射壓可以全力填壓型腔，這對 目前流行的薄壁成型尤為有利 。 鎖模力與射壓和投影面積的乘積成正比，熱流道模具所須 的射壓低，而熱流道的投影面積不需計入鎖模力的計算， 因此熱流道模具可以減少鎖模力的需求。
熱流道的優勢
1. 省料 (Material Saving) 較之冷流道系統, 熱流道中的塑膠在開模時是不隨製品與 冷流道而脫模的，用料自然節省。 2. 縮短週期時間 (Cycle Time) 較之製品，冷流道表面缺陷無關緊要， 但是開模時，冷流 道若是過熱，就會造成脫模困難，在這種情況下，開模時 間就要延後，週期時間就要拖長。 在薄壁成型品成為常態 的情況下， 冷流道成為縮短冷卻時間的制約因素，可謂屢 見不鮮。 熱流道內的熔膠不須冷卻定型，不會成為前述 的制約因素，當成型薄壁製品時，採用熱流道較之採用冷 流道，週期時間的縮短會有出乎意料的效果。
Q1 d = ---- (1) 此處的n是冪律指數(power law index) Q2 d 塑料PP的冪律指數是0.32。 (1)式可改寫成下式：
3+ 1 n 1 3+ 1 n 2
Q1 d16.125 = 6.125 Q2 d 2 以一16灌點單型腔PP塑件模為例，熱流道灌嘴的公稱口徑是1.2 mm，加工後最大與最小灌嘴口徑分別為1.255mm與1.194mm， 當最大口徑灌嘴充填滿其領域時，最小口徑灌嘴只充填其領域的 74%。 當前述灌嘴口徑與公差是控制在12mm±0.005mm時，最 大口徑灌嘴充填滿其領域時，最小口徑灌嘴可充填其領域的95%， 流動平衡度大為改善。
謝謝 ！！
28.48
27.52
流動平衡度 ： 9.30/28.48=32.7%
流動平衡度 ： 13.74/27.52=49.9%
13.74 9.30
澆口： 澆口： 0.45~0.62
澆口： 澆口： 0.61~0.62
如果將塑流簡化成恆溫(isothermal)、完全發展的層流(fully devel oped laminar flow)的冪律流體(power law fluid)，當壓力降相同 時，通過直徑d1澆口的流量Q1與通過直徑d2澆口的流量Q2的比 可以下式表示：
10.4”彩屏LCD顯示屏, ABS → PC+GF10%, 循環時間長、用 料多, 2006. 7. 7.
產品厚度：0.6, 1.2, 1.5mm (1.5mm → 8s cycle) 重量： 產品 12.5g, 料頭 43.7g, 3.5倍之差 模具： 三板模; Sprue出口Φ8; 13針點澆口(Φ1) 注射機： 350噸 循環時間： 62秒 (充填1秒保壓2秒)
減少接觸面積，防止熱量 散失，防止灌口阻塞。
接觸面積大且無隔熱， 灌口較容易阻塞。
1.5
熱流道的技術
2. 多型腔模具的流動平衡 要兼顧幾何平衡(Geometric Balance)與流變平衡(Rheological Balance)才能達到實質的流動平衡，前者要針對熱嘴澆口直 徑的公差進行品管，後者要善用熔膠的旋轉技術(Melt Rotation Technology)。
Cylinder Cover
HOT AIR OUT
Piston
COOL AIR IN
CHale Waihona Puke BaiduOLING
Insulation Pad Clamp Ring Slide Ring Valve Pin PGB
Courtesy: YUDO
結論
熱流道的在許多方面都可以顯示其優勢， 只要掌握前 述多項熱流道技術，就可以避免不必要的困擾， 發揮 熱流道模具的效益。
Product: 42” TV Bezel, Weight: 1,700 g Machine: 1,300 Ton (Mitsubishi); Shot Weight (PS) 6240 g (Shot to Cylinder Size of 40 – 60 % is recommended by GE Plastics.) Note: 1,700/6,240 = 27%
Reflector and Thermal Insulating Sheets
熱流道的技術
5. 防止漏料 溫度控制、間隙控制是關鍵所在。
C.P.S [Cool Pin System]
PATENT PENDING
CPS is the system to prevent the material leakage as dropping the melt flow of material as cooling Valve Pin and PGB (Pin Guide Bush) by air.
熱流道的技術
4. 防止熱膨脹 防止熱膨脹(Thermal Expansion)差異帶來的困擾 差異帶來的困擾 熱流板(Hot Runner Manifold Block)的絕緣、正確設計溫度 的訂定、為相對運動的零件預留空間都是防患未然的重點。
熱流道板中配合孔的間隙決定案例
熱流道板昇溫後，和母模板會有相對運動，應該檢查任何貫穿前 述二板的元件在該相對運動下是否會產生問題。 貫穿熱流道板和母模板的零件有4支M8x65L的螺釘，分別距離垂 直和水平中心線87mm和68mm。 料溫和水溫分別以200°C和20°C計，鋼的熱膨脹係數以1.2 x 10/°C計， 上述螺釘在前述二板的中心孔因溫差產生的最大線性 熱膨脹差異是： 87mm x 1.2 x 10/°C x (200 – 20) °C = 0.19mm 可取0.2mm。 所以要檢查的是上述4螺釘和熱流道板中的配合孔 的間隙是否大於0.2mm。 若非，則應將孔放大，以滿足要求。