热流道喷嘴作为热流道系统的重要组成部件之一，在注射模中对热流道喷嘴的温度控制非常重要，如果浇口处温度过高会导致开模时有熔料粘在阀针上，如果浇口处温度过低，浇口处熔料过冷则会造成阀针关闭困难。

热流道喷嘴的温度控制不好会严重影响生产，最终结果直接体现在塑件成型质量上，热流道喷嘴在生产过程中温度过高，塑件表面会出现明显的过热塑化、发白、太阳晕等缺陷，如图1所示。

图1 热流道喷嘴处的塑件表面缺陷

如果塑件外观面有明显的缺陷，则按不合格品处理，只有控制模具型腔温度与热流道喷嘴的温差在合理范围内，才能生产出合格塑件。现结合工厂的实例探讨热流道喷嘴水套的设计方案。

注射模热流道系统

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图1热流道喷嘴处的塑件表面缺陷以汽车内外饰件中的后侧尾模具为例，采用的热流道系统是7点针阀整体式/顺序阀/液压缸驱动，直接在待成型塑件表面进料，如图2所示。

图2 热流道系统 

图3 热流道系统中自带的冷却水路

热流道系统中自带的循环冷却水路如图3所示，其作用只是隔绝热流道板与液压缸的热量传递，保障液压缸的正常运行及使用寿命。

图4 水/油进出集成块

热流道系统中自带冷却水路一般是串联方式，且每个串联都不允许超过3个点，如图4所示，在水/油进出集成块上，冷却水进出接口有5组，但热流道系统中每个液压缸控制1个针阀进料点，且每个都需要通水冷却，后侧尾模具热流道系统中却有7个进料点（见图2），其中对2个进料点进行了串联，以符合热流道系统的串联要求。热流道系统的阀针驱动缸一般为液压缸驱动和气缸驱动2种，在同等条件下，气缸缸体体积大于液压缸缸体体积，液压缸的压力较大但不太环保，气缸的压力较小更环保。实例中的模具因塑件重、热喷嘴长、注射压力大而选用液压缸驱动。

塑件工艺分析

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成型塑件为汽车内外饰件中的后侧尾，其工艺分析如图5所示。

图5 塑件工艺分析

塑件材质采用PP+T20，外形尺寸1320mm×758mm×329mm，质量1.853kg，平均壁厚2.2mm。推荐模具温度45℃，推荐塑料熔融温度220℃，顶出温度124℃，最大剪切速率100000s-1。翘曲分析要求模具中塑件成型温差需控制在±20℃。

热流道喷嘴冷却

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对于热流道喷嘴的冷却水路设计，经过多年的跟踪与改进，在样式上不断优化与创新，以符合所制造模具的特色与成本控制，以下列举几种热喷嘴冷却水路的设计方案。

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喷嘴冷却方案1

 

图6 热流道厂商提供的水路样式和实际设计的水路位置

对于汽车内外饰件注射模，厂商提供热流道系统的热喷嘴两侧有冷却水路的情况，如图6所示，成型内外饰件的模具一般是中大型模具，进料点周围是复杂的成型面或分型面。

图7 水路距离推荐取值范围

进料点周围没有大平面提供排布水路的位置时，在模具结构允许的条件下，冷却水路尽量设计均匀，水路孔径尽量大、水路数量尽量多，冷却水路孔径与型腔表面距离尽量相等，如图7所示。其中热流道喷嘴周围因热量大需加强冷却，在设计喷嘴周围的水路时，通常取值比正常水路的距离更小，因此，需要设计更好的冷却水路方案。

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喷嘴冷却方案2

 

图8 进料点处增设镶件

在塑件进料点处增设1个镶件，如图8所示，可避免复杂的成型面或分型面造成水路排布困难的情况，这样排布的水路能保证镶件的温度与模具型腔温度保持一致，保证塑件的表面质量。

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喷嘴冷却方案3

 

图9 进料点四周设计水塔与斜水路

对于不适合设计镶件的进料点位置，可在进料点四周设计水塔，如图9所示，还可设计斜水路冷却。但水塔和斜水路的冷却效果并不理想，因为水塔及斜水路与进料点距离较远，进料点中心与冷却水塔四周存在一定温差，对成型塑件的表面质量有一定影响，并不是最佳生产状态。

 

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喷嘴冷却方案4

 

图10 热喷嘴冷却水套

在设计水塔的基础上对进料点冷却效果进一步改进，为热喷嘴设计1个环形水路，即增设1个热喷嘴冷却水套，如图10所示。该冷却水套加工简单、安装方便、冷却均匀，缺点是喷嘴冷却不到位，与进料点有一定距离，喷嘴处的温度还不是最佳温度，其温度还需模具型腔与模温机进行调节。

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喷嘴冷却方案5

 

图11随形水路镶件

塑件表面质量要求较高，热喷嘴镶件需要冷却均匀、尺寸又较小、零件机构较紧凑，可采用随形水路镶件，如图11所示。随形水路镶件的冷却效果很好，但成本也很高。

图12 随形水路镶件分割加工

随形水路镶件是一种硬钎焊镶件，是将零件分割成若干块，在分割块上加工预设水路，再钎焊成1个零件，外形留1.5~3mm精加工余量，如图12所示。其缺点是不能氩弧焊，温度超过400℃则会导致随形水路镶件中的钎料熔化，零件漏水，但可采用成本较高的激光焊。此外，分割块的硬钎焊位置厚度不能大于30mm，否则会影响分割块焊接质量。

随形水路镶件内部形状复杂，传统加工方法会受到限制，但现在可采用新的加工方法成型，一是3D打印成型零件，能满足模具的使用要求，零件硬度也能达到46~50HRC，镶件内部质量和表面质量也合格；二是扩散焊，与硬钎焊制造随形水路镶件类似，先将零件分割成若干块，再在分割块上加工好预设水路，只是焊接方法不同，扩散焊不需要加钎料焊接，但加工要求高，零件表面粗糙度要求非常高，相当于镜面，分割块合在一起加压并加高温，还需要数天的时效，才能使分割块很好地粘合在一起，焊接成功后具有整块材料的性能。

无论随形水路镶件是硬钎焊、扩散焊，还是3D打印成型，镶件内部使用的冷却水都必须是净化水，如使用普通冷却水，模具使用时间长，水路中会沉淀出水垢粘附在水路管壁上难以清理，同时会降低冷却水的冷却效果，导热性变差会导致模具冷却情况恶化。使用这种复杂的镶件水路，注射模冷却效果好，但后期的模具使用成本和维护成本高。此外，加工随形水路镶件的热喷嘴水套的费用也较高。

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喷嘴冷却方案6

 

图13 整体式热喷嘴冷却水套

目前常用的整体式热喷嘴水套如图13所示，这种冷却方式不仅能将喷嘴水套头部冷却到位，而且加工工艺简单，拆装与维护方便。如后侧尾模具有7个进料点，对应有7个整体热喷嘴水套，每个水套都有单独的冷却水回路，在外接模温机的温度控制下，与后侧尾注射模型腔保持温度一致比较容易实现。

经过多副模具验证了这种水套的结构可靠，冷却水在水套上流通均匀，制造工艺简单。在此基础上进一步对水套进行了标准化规范，水套材料用热作模具钢SKD61，硬度50~55HRC，标准外形尺寸是ϕ89mm×200mm，单个水套的材料和所有加工成型费用约2000元。

Moldflow分析及试模验证

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经过模流分析，再通过试模验证得出了结果，成型后侧尾的这副模具使用了热喷嘴水套，冷却效果明显，冷却时间单次生产周期减少3~4s，一般类似零件的生产周期为45s，现在直接降到41s（见图14），生产效率提升了8%以上，节约了资源。

图14后侧尾进料填充样式及生产周期 

图15 高表面质量的塑件

经过多副模具验证后，对比了成型塑件的表面质量，如图15所示。通过设计整体式热喷嘴冷却水套，不仅得到了高表面质量的成型件，且冷却效果好，对于提升成型塑件的质量和缩短生产周期有重要意义。

 

▍内容来源：《模具工业》2019年第4期

▍原文作者：俞淼锋，邬瑜鸿

▍作者单位：宁波双林模具有限公司