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[摘 要]打火机的诞生改变了人们很多的生活习惯，而一次性打火机由于它特殊的情况（价格、方便性等等）更加得到人们的喜欢，所以在我们的生活中被普遍使用。其中塑胶支撑件是连接打火机按键与发火装置的关键部位。本文采用目前模具设计中先进的热流道技术，包括喷嘴的设计、流道板的具体参数的选择与设计等等。在整个设计工作中，本文主要运用3D软件SolidWorks2006来完成，此外还利用了Moldflow软件对塑件进行模流分析。
[关键词]热流道；注塑模设计；SolidWorks2006；Moldflow；CAD
中图分类号：TB 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）11-0188-02
1.概述
热流道系统是相对于冷流道系统说的，热流道注塑模是无流道凝料注塑模中最常见的一种，是注塑成型技术发展的新阶段。由于快速自动化注塑成型工艺的发展，热流道注塑模具正逐步推广使用，且应用的厂家越来越广泛，积累起来的技术成果也与日俱增。
热流道注塑模与一般注塑模具（冷流道注塑模具）相比，具有以下几方面的优势：
（1）由于有加热器，流道凝料不需脱模，整个注塑过程可实现自动化，从而大大提高了材料利用率；
（2）对浇口系统的统一控制，使长流程流道成为可能，保证多型腔注塑生产的一致性，提高了制件的精度；
（3）浇注系统更人性化，通过温度控制可实现充模过程的平衡；
（4）减少进料系统压力损失，充分利用注塑压力，有利于保证制件质量；
（5）与双分型面的三板模相比，流道更短；
（6）保压时间更长，减小塑料制件的收缩率。
如前所述，热流道模具可分为单型腔热流道模具、多型腔热分流道模具（外加热）、阀式浇口热流道模、内加热的热分流道模具等四种。
典型的热流道结构，主要由主流道喷嘴、流道板、喷嘴、加热和测温元件以及其他安装和紧固零件组成。
热流道系统的塑料熔料输送过程可描述为：注射机料筒射来的熔体经过主流道分送到流道板中的分流道，最后经过喷嘴将熔体射进模具的型腔内，熔体进入型腔需经浇口的调节[12]。
2.喷嘴
热流道喷嘴是热流道系统的终端，它包括加热器，热电偶和浇口。它将熔体输送到模具的型腔中。热流道喷嘴也是热流道系统的购置部件，包括主流道喷嘴和注射点的喷嘴。
主流道喷嘴，也称中央喷嘴，有关零件组成部件也被称为主流道杯。主流道喷嘴可直接注射成型塑料制件的型腔，也就是没有分流道和流道板，这种热流道喷嘴被称为单喷嘴。另外一类的主流道喷嘴下游有多个喷嘴注射型腔，这是多喷嘴的热流道系统。
本文设计的是后者，注射机射来的熔体经过主流道杯送到流道板里面的分流道，后经注射点的喷嘴由浇口进入模具型腔内。
另外一种就是注射点的喷嘴，许多场合，这种购置的喷嘴没有浇口套零件，由模具制造者将浇口制造在定模上。不带浇口的喷嘴，有输出的流道，把熔体导入到注射点。
喷嘴是热流道系统中的复杂部件，其种类繁多。分类也有很多种，以下是其中一些分类形式：
从加热类型分类，喷嘴有外部加热、内部加热、两者混合加热。
从功能分类，分主流道喷嘴和注射点喷嘴。
从浇口类型分类，有开式喷嘴、顶针式喷嘴、开关式喷嘴和边缘式喷嘴，热流道行业通常以浇口的类型来命名喷嘴。
从注射点的数目分类，分单喷嘴和多点喷嘴。
除了按以上的形式来分类外，还有按喷嘴的流道分类、按浇口布置和喷嘴的壳体分类等等[13]。
本次设计的制件的几何尺寸较小，宽度为13mm，所以选用的喷嘴必须考虑到这些因素。在常见的四种喷嘴中，我选用了顶针式喷嘴，如图23所示。在热流道行业，这种喷嘴的应用在增加中。这种喷嘴的主要特点就是喷嘴在制件上残留的废料少，无定形和结晶型塑料都需要应用这种喷嘴。它有较小的浇口直径范围，为φ0.8～φ3mm，留在制品上的是很低的环圈。对于很小的制件，可用直径为φ0.5mm的浇口。对于不同类型的塑料，为了得到美观的制件外表，浇口直径的选择范围也有差异。
顶针式喷嘴也有不同的种类，大体可分为三类：加热鱼雷顶针、鱼雷顶针、管道顶针[13]。其中，加热鱼雷顶针式喷嘴有较小的径向直径，较多地用于多型腔的小制件注塑。根据这三类顶针各自的性质，本次设计选用不带浇口的加热鱼雷顶针式喷嘴，型号为KBS13，喷嘴的外直径为φ25mm，喷嘴的流道直径D为φ8mm，浇口直径d为φ1mm，喷嘴长度L=104mm
3.流道板
热流道的流道板是整个热流道系统的中心部件，它的作用是将主流道喷嘴传输来的塑料熔体经流道平衡的输送到各个注射点的喷嘴里面。
流道板的结构繁多，而且随着模具行业的不断发展，该部件的技术也在不断发展。流道板常见有管式和板式结构。其中管式流道板虽然体积小、热效率高、防腐蚀，但是需专门设计，而且加工和装配也较为困难。所以常用的是板式结构，而且是外加热的。
板式结构的流道板悬架在热板框中，上有定模固定板，下有定模板（有时会在定模板上添加一块板）。流道板是由电加热器加热的高温器件，四周是低温模板。为了与外界绝热，流道板的上下平面以及它的四周和模板间都有间隙。
在模具中央轴線上，流道板与定模板（或附加板）之间配有中心定位销，中心定位销与流道板是紧密配合的。流道板的边缘还设计有止转定位销，它在模板平面的径向，必须有足够的间隙，它只能限制流道板的转动。流道板上的这两种定位销保证了流道板与其他部件的定位精度，保证了流道板与喷嘴的流道的对准，同时防止了流道板产成过大的热应力和热变形。
热流道板的选择或设计有些基本要求必须满足：对于多型腔的塑料充模要有合理的分配；流道板加热升温较快，且温度控制可靠有效；流道板与模具的绝热良好，且与喷嘴间无熔体泄漏等等。 为了熔体能平衡地输送到注射点的喷嘴上，流道板上的流道就应该有合理的几何参数，流道的长度和直径首先在满足注射点的数目和排布的情况下，输送熔体的流动速率也要合理。为了实现充模的平衡，可以通过两个途径来实现：
（1）通过设计相等的流径长度，给予几何参量的平衡，也就是自然平衡。这种平衡是基于对各注射点流径的排布，对所有的型腔的流道、浇口的长度都是相等的。流道分叉后，常见的有一分二、一分三和一分四，将流道合理的缩小。
（2）根据流径长度的不同，以各注射点有相同压力降为基础，对流道截面积进行补偿，也就是流变学平衡。这种平衡相对于自然平衡，流道的长度较短，总的体积较小，因此流道板较简单、体积小、重量轻。用流变学平衡设计流道，其计算结果要在一定的工艺条件下得到[14][15]。
本次設计为一模四腔，而且制件需要左右的侧抽芯结构，为了保证塑料熔体在相等的压力和相同的温度和速率输送到每个型腔，所以选择一字型热流道板，流道设计为两层次的排布方式，如图24所示。
（a）流道板结构 （b）流道的排布
流道板上常见的流道直径为φ6-φ10mm。流道直径小于φ6mm将使传输压力降过大，流道直径大于φ10mm则会使熔体在流道中花费时间过长，但是大型制件的流道直径有达到φ16mm。
为了充模的平衡性，流道的直径根据自然平衡的方法来计算。在多层分流道直径计算时，推荐采用下式[13]
（1-1）
式中 ——上游流道的直径；
——下游流道的直径；
——下游流道分支数。
由于设计的注射点喷嘴的流道直径为8mm，根据上式，算得上游流道的直径为10mm。
4.注塑模的热流道系统的装配
这次设计的注塑模热流道部分主要由喷嘴，流道板等组成，如图25所示。
在模具生产厂家，为了保证热流道系统无塑料熔体的泄漏，各部件之间的装配精度和安装次序都要有很高的要求。下面的装配步骤是大多厂家所执行的。
（1）将注射点的喷嘴安装在定模板中，校核所有喷嘴的装配平面高度，公差为±0.01mm。
（2）磨削支撑垫的高度，公差为±0.01mm。
（3）在不安放金属密封圈的情况下，试装流道板，校核止转销是否有必需的间隙。如果用螺栓联接的，将流道板固定在定模板上（或附加板上）。
（4）用螺栓将垫板固定在定模板上（或附加板上）。
（5）配合所有的承压圈，获得制造商推荐的间隙，间隙的大小要根据喷嘴加热后的膨胀系数等来计算。
（6）拆卸流道板，在喷嘴上放置金属密封圈，该高度应该高于喷嘴平面约0.3mm。然后再次安装流道板。（如果不安装密封圈，步骤6就不执行）
（7）固定定模座板。
流道板在受热之后会线膨胀，每100℃的升温，100mm就有0.1mm的膨胀，如果装配不正确，很容易会产生高压泄料[16]。
[关键词]热流道；注塑模设计；SolidWorks2006；Moldflow；CAD
中图分类号：TB 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）11-0188-02
1.概述
热流道系统是相对于冷流道系统说的，热流道注塑模是无流道凝料注塑模中最常见的一种，是注塑成型技术发展的新阶段。由于快速自动化注塑成型工艺的发展，热流道注塑模具正逐步推广使用，且应用的厂家越来越广泛，积累起来的技术成果也与日俱增。
热流道注塑模与一般注塑模具（冷流道注塑模具）相比，具有以下几方面的优势：
（1）由于有加热器，流道凝料不需脱模，整个注塑过程可实现自动化，从而大大提高了材料利用率；
（2）对浇口系统的统一控制，使长流程流道成为可能，保证多型腔注塑生产的一致性，提高了制件的精度；
（3）浇注系统更人性化，通过温度控制可实现充模过程的平衡；
（4）减少进料系统压力损失，充分利用注塑压力，有利于保证制件质量；
（5）与双分型面的三板模相比，流道更短；
（6）保压时间更长，减小塑料制件的收缩率。
如前所述，热流道模具可分为单型腔热流道模具、多型腔热分流道模具（外加热）、阀式浇口热流道模、内加热的热分流道模具等四种。
典型的热流道结构，主要由主流道喷嘴、流道板、喷嘴、加热和测温元件以及其他安装和紧固零件组成。
热流道系统的塑料熔料输送过程可描述为：注射机料筒射来的熔体经过主流道分送到流道板中的分流道，最后经过喷嘴将熔体射进模具的型腔内，熔体进入型腔需经浇口的调节[12]。
2.喷嘴
热流道喷嘴是热流道系统的终端，它包括加热器，热电偶和浇口。它将熔体输送到模具的型腔中。热流道喷嘴也是热流道系统的购置部件，包括主流道喷嘴和注射点的喷嘴。
主流道喷嘴，也称中央喷嘴，有关零件组成部件也被称为主流道杯。主流道喷嘴可直接注射成型塑料制件的型腔，也就是没有分流道和流道板，这种热流道喷嘴被称为单喷嘴。另外一类的主流道喷嘴下游有多个喷嘴注射型腔，这是多喷嘴的热流道系统。
本文设计的是后者，注射机射来的熔体经过主流道杯送到流道板里面的分流道，后经注射点的喷嘴由浇口进入模具型腔内。
另外一种就是注射点的喷嘴，许多场合，这种购置的喷嘴没有浇口套零件，由模具制造者将浇口制造在定模上。不带浇口的喷嘴，有输出的流道，把熔体导入到注射点。
喷嘴是热流道系统中的复杂部件，其种类繁多。分类也有很多种，以下是其中一些分类形式：
从加热类型分类，喷嘴有外部加热、内部加热、两者混合加热。
从功能分类，分主流道喷嘴和注射点喷嘴。
从浇口类型分类，有开式喷嘴、顶针式喷嘴、开关式喷嘴和边缘式喷嘴，热流道行业通常以浇口的类型来命名喷嘴。
从注射点的数目分类，分单喷嘴和多点喷嘴。
除了按以上的形式来分类外，还有按喷嘴的流道分类、按浇口布置和喷嘴的壳体分类等等[13]。
本次设计的制件的几何尺寸较小，宽度为13mm，所以选用的喷嘴必须考虑到这些因素。在常见的四种喷嘴中，我选用了顶针式喷嘴，如图23所示。在热流道行业，这种喷嘴的应用在增加中。这种喷嘴的主要特点就是喷嘴在制件上残留的废料少，无定形和结晶型塑料都需要应用这种喷嘴。它有较小的浇口直径范围，为φ0.8～φ3mm，留在制品上的是很低的环圈。对于很小的制件，可用直径为φ0.5mm的浇口。对于不同类型的塑料，为了得到美观的制件外表，浇口直径的选择范围也有差异。
顶针式喷嘴也有不同的种类，大体可分为三类：加热鱼雷顶针、鱼雷顶针、管道顶针[13]。其中，加热鱼雷顶针式喷嘴有较小的径向直径，较多地用于多型腔的小制件注塑。根据这三类顶针各自的性质，本次设计选用不带浇口的加热鱼雷顶针式喷嘴，型号为KBS13，喷嘴的外直径为φ25mm，喷嘴的流道直径D为φ8mm，浇口直径d为φ1mm，喷嘴长度L=104mm
3.流道板
热流道的流道板是整个热流道系统的中心部件，它的作用是将主流道喷嘴传输来的塑料熔体经流道平衡的输送到各个注射点的喷嘴里面。
流道板的结构繁多，而且随着模具行业的不断发展，该部件的技术也在不断发展。流道板常见有管式和板式结构。其中管式流道板虽然体积小、热效率高、防腐蚀，但是需专门设计，而且加工和装配也较为困难。所以常用的是板式结构，而且是外加热的。
板式结构的流道板悬架在热板框中，上有定模固定板，下有定模板（有时会在定模板上添加一块板）。流道板是由电加热器加热的高温器件，四周是低温模板。为了与外界绝热，流道板的上下平面以及它的四周和模板间都有间隙。
在模具中央轴線上，流道板与定模板（或附加板）之间配有中心定位销，中心定位销与流道板是紧密配合的。流道板的边缘还设计有止转定位销，它在模板平面的径向，必须有足够的间隙，它只能限制流道板的转动。流道板上的这两种定位销保证了流道板与其他部件的定位精度，保证了流道板与喷嘴的流道的对准，同时防止了流道板产成过大的热应力和热变形。
热流道板的选择或设计有些基本要求必须满足：对于多型腔的塑料充模要有合理的分配；流道板加热升温较快，且温度控制可靠有效；流道板与模具的绝热良好，且与喷嘴间无熔体泄漏等等。 为了熔体能平衡地输送到注射点的喷嘴上，流道板上的流道就应该有合理的几何参数，流道的长度和直径首先在满足注射点的数目和排布的情况下，输送熔体的流动速率也要合理。为了实现充模的平衡，可以通过两个途径来实现：
（1）通过设计相等的流径长度，给予几何参量的平衡，也就是自然平衡。这种平衡是基于对各注射点流径的排布，对所有的型腔的流道、浇口的长度都是相等的。流道分叉后，常见的有一分二、一分三和一分四，将流道合理的缩小。
（2）根据流径长度的不同，以各注射点有相同压力降为基础，对流道截面积进行补偿，也就是流变学平衡。这种平衡相对于自然平衡，流道的长度较短，总的体积较小，因此流道板较简单、体积小、重量轻。用流变学平衡设计流道，其计算结果要在一定的工艺条件下得到[14][15]。
本次設计为一模四腔，而且制件需要左右的侧抽芯结构，为了保证塑料熔体在相等的压力和相同的温度和速率输送到每个型腔，所以选择一字型热流道板，流道设计为两层次的排布方式，如图24所示。
（a）流道板结构 （b）流道的排布
流道板上常见的流道直径为φ6-φ10mm。流道直径小于φ6mm将使传输压力降过大，流道直径大于φ10mm则会使熔体在流道中花费时间过长，但是大型制件的流道直径有达到φ16mm。
为了充模的平衡性，流道的直径根据自然平衡的方法来计算。在多层分流道直径计算时，推荐采用下式[13]
（1-1）
式中 ——上游流道的直径；
——下游流道的直径；
——下游流道分支数。
由于设计的注射点喷嘴的流道直径为8mm，根据上式，算得上游流道的直径为10mm。
4.注塑模的热流道系统的装配
这次设计的注塑模热流道部分主要由喷嘴，流道板等组成，如图25所示。
在模具生产厂家，为了保证热流道系统无塑料熔体的泄漏，各部件之间的装配精度和安装次序都要有很高的要求。下面的装配步骤是大多厂家所执行的。
（1）将注射点的喷嘴安装在定模板中，校核所有喷嘴的装配平面高度，公差为±0.01mm。
（2）磨削支撑垫的高度，公差为±0.01mm。
（3）在不安放金属密封圈的情况下，试装流道板，校核止转销是否有必需的间隙。如果用螺栓联接的，将流道板固定在定模板上（或附加板上）。
（4）用螺栓将垫板固定在定模板上（或附加板上）。
（5）配合所有的承压圈，获得制造商推荐的间隙，间隙的大小要根据喷嘴加热后的膨胀系数等来计算。
（6）拆卸流道板，在喷嘴上放置金属密封圈，该高度应该高于喷嘴平面约0.3mm。然后再次安装流道板。（如果不安装密封圈，步骤6就不执行）
（7）固定定模座板。
流道板在受热之后会线膨胀，每100℃的升温，100mm就有0.1mm的膨胀，如果装配不正确，很容易会产生高压泄料[16]。