注塑模普通浇注系统设计

注塑模普通浇注系统设计第三节 注塑模普通浇注系统设计
一,概述
浇注系统是指模具中从注射机喷嘴开始到型腔为止的塑料流动通道.它可分为普通流道浇注系统和无流道浇注系统两大类型.浇注系统设计好坏对制品性能,外观和成型难易程度影响颇大.设计浇注系统时,应从以下几个方面综合考虑（五个方面）.
1,1 了解塑料及其流动特性
由于塑料在注射模浇注系统中和型腔内的温度,压力和剪切速率是随时随处变化的,在设计浇注系统时,应对聚合物的可压宿性,表观粘度随压力增高而增加,剪切速率增加表观粘度降低等性能综合加以考虑,以期在充模这一阶段,以尽可能低的表现粘度和较快的速度充满整个型腔;而在保压这一阶段,又能通过浇注系统使压力充分地传递到型腔各部位.
1,2 :通过浇注系统中浇口的适时凝固来控制
补料时间,以获得外形清晰,尺寸稳
定,内应力小,无气泡,无缩孔,无凹
陷的制件;
1,3:制品的外形,尺寸和对外观的要求也影
响着整个浇注系统的形状和尺寸;
1,4:多腔模中型腔的数量直接关系着浇注系
统中分流道的布置;
1,5:注射机的形式也和浇注系统有关,角式
注射机和卧式注射机所要浇注系统的型
式就各有不同.

采用普通流道的浇注系统制件脱模后还需要把浇注系统凝料从制件上切除（点浇口除外）,这部分浇口废料经粉碎,染色,造粒等工序重新加以利用,因此在设计浇注系统时,应在不影响制品质量的前提下减少浇道尺寸.
二,普通浇注系统的组成
由主流道,分流道,浇口（铸口）,冷料井组成.各部分的作用见P48-49
三,塑料熔体的流动行为
研究塑料熔体在流道中流动的压力降,流动速率,物料特性和流道几何尺寸之间的关系,使所设计的浇注系统能保证在充模阶段塑料熔体能顺利通过流道,充满型腔,不产生喷射,不夹带入空气,不产生或少产生熔接痕,在保压阶段能把注塑机料筒传来的压力通过流道和浇口传递到型腔内,达到充分地压实塑料熔体和补料的目的.在补料结束时能迅速冻结,不产生过度的补料,降低低温补料带来的内应力.
牛顿液体:剪应力τ与剪切速率dμ/dy成正比.
非牛顿液体:
式中n:非牛顿指数,表示该液体与牛顿液体偏离的程度,对牛顿液体 n=1.
不同的流道截面其压力损失计算方法如下:
1,圆形流道:
2,窄缝形或矩形流道:
3,对六边形,梯形,U形流道可看成相同当量半径的圆形流道求解
当充模速率恒定时,流动中的压力损失（即模具入口处压力）△P,由公式可知与下列因素有关,:
（1）压力损失随着流动长度L增大而增大,流道和型腔长度愈长,压力损失就越大;
（2）压力损失和流道及型腔断面尺寸有关,对圆形流动通道与流道半径四次方成反比,对矩形流动通道与流道深度三次方及流道宽度成反比,即流道断面尺寸愈小,压力损失愈大,矩形流道深度对压力降影响比宽度影响大得多;
（3）压力损失和熔融塑料表观粘度成正比,即粘度 愈大压力损失也愈大.
四,主流道的设计
1,位置:
2,设计要点:
（1）,为便于凝料从直浇道中拔出,主流道设计成圆锥形（卧式）.
（2）,设计主浇道截面直径时,应注意喷嘴轴线和主浇道轴线对中.
为了补偿对中误差并解决凝料的脱模问题,主浇道进口端直径应比喷嘴直径大0.5-1mm.（p53）
（3）,主浇道进口端与喷嘴头部接触的形式一种是平面,另一种是弧面.由于平面连接在密封时需要有很高的压力.实际中很少应用.一般情况下,均是采用弧面（或球面）接触定位（见图）.通常主浇道进口端凹下的球面半径R2比喷嘴球面半径Rl大1-2mm,凹下深度约3-5mm.
（4）,主浇道与分浇道结合处采用圆角过渡,其半径R为1-3mm,以减小料流转向过渡时的阻力.
（5）,在保证塑件成型良好的前提下,主浇道的长度L尽量短,为了减小压力损失及废料,一般主浇道长度L不超过60mm,应视模板的厚度,水道的开设等具体情况而定.
（6）,设置主浇道衬套.
由于主浇道要与高温塑料和喷嘴反复接触和碰撞,容易损坏,所以一般不将主浇道直接开在模板上.而是将它单独设在一个主浇道衬套中.主浇道衬套选用T8A类钢材,硬度为53-57HRC,衬套长度与定模板配合部分的厚度一致.但主浇道出口处的端面,不得突出于分型面.
常用的主浇道衬套有A,B两种,其中B型是为了防止衬套在熔体反压力作用下退出定模板而设计的.使用时用固定在定模上的定位环压住衬套大端台阶,用螺钉将定位环紧固在定模座板上.对于小型注射机,可将衬套与定位环设计成—个整体.衬套与定模板之间的配合采用H 7/m 6.
（7）,圆柱形截面的主浇道一般用于角式注塑机用模具中,主流道开设在分型面上,轴线应开在动定模合模面上.
P49图3-3-2
五,冷料井和拉料杆的设计
1,位置及作用
2,结构
（1）.钩形（z形）拉料杆 如图所示,拉料杆的头部为z形,伸入冷料穴中,开模时钩住主浇道凝料并将其从主绕道中拉出.
拉料杆的固定端装在推杆固定板上,故塑件推出时,凝料也被推出,稍作侧移即将塑件连同浇注系统凝料一起取下.
不宜使用钩形拉料杆秆的例子
1-塑件
2-螺纹型芯
3-拉料杆
4-推杆
5-动模
（2）,锥形或沟槽冷料井
该形状的冷料井开设在主浇道末端,储藏冷料.将拉料井作成锥形或沟槽形,开模时起拉料作用.其底部推杆在塑件推出时,也对凝料强制推出.这种拉料形式适用于弹性较好的塑料成型.与钩形拉料杆相比,取凝料时不需要侧移,因此,适宜自动化操作.而且前面讲的钩形拉料杆不宜使用的例子,可以采用这两种形式的拉料井.对硬质塑料或热固性塑料也有使用的,但锥度要小或沟槽要浅.
（3）,球形头拉料杆
如图所示,这种拉料杆头部为球形,开模时靠冷料对球形头的包紧力,将主浇道凝料从主浇道中拉出,拉料杆固定端装在型芯固定板上,故当推件板推动塑件时,将主浇道凝料从球形头拉料杆上强制脱出.因此,这种拉料杆常用于弹性较好的塑料件并采用推件板脱模的情况,也常用于点浇口凝料自动脱落时,起拉料作用,但这时拉料杆的装固位置则应视模具的具体情况而定.球形头拉料杆还适用于自动化生产,但球形头部分加工较困难.
上图分别为菌形头拉料杆和倒锥形拉料杆,它们均是球形头拉料杆的变异形式,使用,安装情况也相同.
锥形拉料杆无储存冷料的作用,它靠塑料收缩的包紧力而将主流道拉住,故可靠性亦不如上面两种.为增大锥面的摩擦力,可采用小锥度,或增加锥面的粗糙度.但尖锥的分流作用较好,用在单腔模成型带中心孔的制件上,例如齿轮模具中经常采用.
（4）,无拉料杆冷料井
无拉料杆冷料井如图所示.在主流道对面的动模板上开一锥形凹坑,为了拉出主流道凝料,在锥形凹坑的锥壁上平行于相对锥边钻有一深度不大的小孔,分模时靠小孔的固定作用将主流道凝料从主流道中拉出,顶出时顶杆顶在制件上或分流道上,这时冷料头先沿着小孔的轴线移动,然后被全部拔出.为了能让冷料头进行这种斜向移动,分流道必须没计成S型或类似的带有挠性的形状.
（5）,主流道衬套装弹簧的形式 P56
六,分流道系统设计
对于小型塑件单型腔的注射模,通常不设分浇道,对于大型塑件采用多点进料或多型腔的注射模都需要设置分浇道.
设计分浇道的要求是:
塑料熔体在流动中热量和压力损失zui小,同时使流道中的塑料量zui小;塑料熔体能在相同的温度,压力条件下,从各个浇口尽可能同时地进入并充满型腔;从流动性,传热性等因素考虑,分浇道的比表面积（分浇道侧表面积与体积之比）应尽可能小.
1,分浇道截面形状及尺寸
分浇道的形状尺寸主要取决于塑件的体积,壁厚,形状,以及所加工塑料的种类,注射速率,分浇道长度等.分浇道断面积过小,会降低单位时间内输送的塑料量,并使填充时间延长,塑料常出现缺料,波纹等缺陷.分浇道断面积过大,不仅积存空气增多,塑件容易产生气泡,而且增大塑料耗量,延长冷却时间.在注射粘度较大或透明度要求较高的塑料（如有机玻璃）时,应采用断面积较大的分浇道.
2,分浇道的布置形式
分浇道的布置形式,取决于型腔的布局,其遵循的原则应是排列紧凑,能缩小模板尺寸,减小流程,锁模力力求平衡.
分浇道的布置形式有平衡式和非平衡式两种,以平衡式布置*.平衡式的布置形式如表4-8所示.其主要特征是:从主浇道到各个型腔的分浇道长度,断面形状及尺寸均相等,以达到各个型腔能同时均衡进料的目的.
非平衡式布置分流道如图所示.由于主流道到各个型腔的分流道长度各不相同,为了达到各个型腔均衡地同时充满,必须将浇口开成不同的尺寸.
3,按允许流动阻力优化分流道尺寸
合理的办法:根据塑件大小和塑料品级设定一理想充模时间,通常在型腔入口处设定一适当压力P1,根据注塑机注塑压力P确定浇注系统允许压力降P2, （P2 = P-P1）,一般注塑机能给出150MPa注塑压力,中型塑料型腔入口处约需50MPa,因此浇注系统允许压力降约100MPa,通过试差计算即可得出满足该压力降的zui小流道尺寸.
流道尺寸大小对成型的影响P58
计算过程:先对各段流道长度和半径凭经验设定后进行反复验算,直到合乎要求,流道各段因剪切速率不同,其表观粘度ηai也应查取不同的值.流道总体积为:
由此可算出流道的*尺寸.
4,分浇道设计要点
（1）分浇道的断面和长度设计,应在保证顺利充模的前提下,尽量取小,尤其对小型塑件更为重要.
（2）分浇道的表面积不必很光,表面粗糙度一般为1.6μm即可,这样可以使熔融塑料的冷却皮层固定,有利于保温.
（3）当分浇道较长时,在分浇道末端应开设冷料穴,以容纳冷料,保证塑件的质量.
（4）分浇道与浇口的连接处要以斜面或圆弧过渡,有利于塑件的流动及填充,否则会引起反压力,消耗动能,见下图.
（5）,分浇道的直径（或相当直径）一般应大于制品壁厚,推荐值见P59 表3-3-1.
（6）,型腔和浇注系统投影面积的重心应尽可能接近注塑机锁模力的中心,一般在模板的中心上.
七,浇口设计
1,概述
浇口是连接分浇道和型腔的桥梁;它具有两个功能:
*,对塑料熔体流入型腔起控制作用;
第二,当注射压力撤消后,浇口固化,封锁型腔,使型腔中尚未冷却固化的塑料不会倒流.
浇口是浇注系统的关键部分,它对塑件的质量影响很大,一般情况浇口采用长度很短（o.5-2mm）而截面又很狭窄的小浇口.
原因如下:
（1）,小浇口可使经过分浇道之后压力和温度都已有所下降的塑料熔体,产生加速度和较大的剪切热,降低粘度,提高充模能力;
（2）,小浇口容易冷却固化（俗称浇口冻结）,缩短模塑周期,防止保压不足而引起的倒流现象;
（3）,小浇口还便于控制补料时间,降低塑件的内应力;
（4）,小浇口便于塑件与废料的分离;
（5）,浇口痕迹小,表面质量好;
（6）,但小浇口流动阻力大,压力损失也随之增大,保压补缩作用小,易出现缩孔等.
（7）,高粘度塑料,壁厚,收缩率较大的塑件及成型大型塑件时,浇口还是应适当放大.
2,浇口尺寸设计
浇口断面形状有圆形,矩形和又宽又薄的狭缝形.
浇口尺寸包括浇口断面尺寸和浇口长度尺寸.
（1）,断面积:约为分流道断面积的3%-9%;
其中浇口截面的厚度h:通常h可取塑件浇口处壁厚的1/3-2/3（或o.5-2mm）;浇口的截面宽度b:矩形截面的浇口,对于中小型塑件通常取b=（5-10）h.对于大型塑件取b>10h.
（2）,浇口长度L:浇口的长度L尽量短,对减小塑料熔体流动阻力和增大流速均有利,通常取L=o.5-2mm.
一般根据经验确定并取下限,然后试模修正.
3,浇口形式及其特点
常见的浇口形式有下述10种.
（1）针点式浇口: 针点浇口又名橄榄形浇口,菱形浇口,是一种尺寸很小的浇口.
（2）潜伏式浇口（又名隧道式浇口,剪切浇口）是由针点式浇口演变而来的.
（3）边缘浇口（又名侧浇口） 一般开在分型面上,从制件边缘进料.
（4）扇形浇口:它是边缘浇口的一种变异形式.
（5）平缝式浇口（又称薄片式浇口）.
（6）圆环形浇口,盘形浇口.
（7）轮辐式浇口.
（8）爪浇口.
（9）护耳式浇口（又名分接式浇口）.
（10）直接浇口 又叫中心浇口,主流道型浇口.
圆形截面浇口常用的有:针点式浇口 ,潜伏式
浇口,主流道型浇口（中心浇口）
矩形截面浇口常用的有:边缘浇口（侧浇口） ,
轮辐式浇口,圆环形浇口,盘形浇
口,爪浇口,护耳式浇口.
狭缝形浇口常用的有:扇形浇口, 平缝式浇口
各种浇口形式的特点如下:
主
流
道
浇
口
环型浇口
4,浇口位置的设计
浇口的设置是一个很复杂的问题,它开设正确与否,对塑件质量影响很大,尤其对那些尺寸精度和外观要求很高的塑件,更为至关重要.因此,在确定浇口位置时,设计者应针对塑件的几何形状特征及技术要求,来综合考虑塑料的流动状态,填充顺序,排气,补缩条件等因素.一般情况选择浇口位置时,具体应考虑如下几个问题:

（1）,避免熔体破裂现象在塑件上产生缺陷
浇口的尺寸如果比较小,同时正对着—个宽度和厚度都比较大的型腔,则高速的塑料流过浇口时,由于受到很高的剪切应力,将产生喷射和蠕动（蛇形流）等熔体断裂现象.有时塑料熔体直接从型腔一端喷到型腔的另一端,造成折迭,使制品上产生波纹状痕迹,或在高剪切速率下,喷出的高度定向的细丝或断裂物很快冷却变硬,与后进入的塑料不能很好地熔合,而造成制品缺陷或表面疵瘢.喷射还会使型腔中空气难以顺序排除,形成空气饱和焦痕
克服的办法:可以加大浇口断面尺寸,或采用冲击型浇口,叫浇口开设方位正对着型腔壁或粗大的型芯.这样一来,高速塑料流冲击在型壁或型芯上,从而改变流向,降低流速,均匀地填充型腔,使熔体破裂现象消失（熔体破裂现象是可逆的）.
（2）,考虑定向方位对塑件性能影响
一般来说注射塑件应尽量减少在流动方向上由于充模和补料而造成的定向作用.但要完
全避免则是不可能的,对一个制品来说,垂直流向和平行于流动方向的强度,应力开裂倾向等都有差别.例如图示意为一带有金属嵌件的聚苯乙烯制件,由于塑料收缩而使金属嵌件周围的塑料层有很大的周向应力,浇口开在A的位置定向与周向应力方向垂直,此制件使用几个月后即开裂;浇口开在B的位置,定向顺着周向应力的方向使应力开裂现象大为减小.
流动距离愈长,由于冻结层与中心流动层之间流动速率增加,补料引起的内应力愈大,反之流动距离愈短,内应力减小,翘曲变形因之大为减少.上图所示的大型平板形制件,如果只用一个中心浇口,制品将出现翘曲变形,但若改用四点或五点浇口,则可有效地防止翘曲变形,这已为大量的实践所证明.
P68 图3-3-36
在特殊的情况下,也可利用分子高度定向来改善制件的某些性能,例如聚丙烯铰链为达到几千万次弯折而不断裂,要求在铰链处高度定向.
浇口设在A的位置.塑料通过很薄的铰链（约o.25毫米厚）充满盖部的型腔,在铰链处产生高度定向（脱模时又立即使它弯曲,以使获得拉伸定向）.又如注射模制杯状塑件,在注射的适当阶段使型芯转动,由于型芯和型腔壁的相对运动使其间的塑料受到剪切作用而沿圆周定向,大大地提高了制品的周向强度.
（3）,有利于流动,排气和补料
当制件壁厚相差较大时,应在避免喷射的前提下,把浇口开在接近截面zui厚处,如果浇口开设在截面zui薄的地方,则物料进入型腔后,不但流动阻力大,而且很容易冷却,这都会影响物料的流动距离.当制件上设有加强筋时,可以利用加强筋作改善塑料流动的通道（顺着加强筋开设的方向流动）.同时浇口位置应有利于型腔内气体的排出;如果型腔内的气体不能顺利排出,将造成制品的气泡,疏松,充模,不满,熔接不牢,或者在注射时,出于气体被压缩所产生的高温,使制品局部碳化烧焦.因此在远离浇口的部位,在型腔zui后充满处,应设置排气槽,或利用顶出杆的间隙,活动型芯的间隙来排气.
同时还应注意,由于型腔通道阻力不一致,塑料熔体易首先充满阻力zui小的空间,因此
zui后充满的地方不一定是在离浇口zui远处,而往往是制件zui薄处,这些地方如果没有排气间隙,则常会造成封闭的气囊.
（4）,减少熔接痕增加熔接牢度
为了减少制件上熔接痕的数量,在塑料流程不太长的时候,如无特殊需要,不要开设一个以上的浇口,如图所示,但对大型板状制件也应兼顾内应力和翘曲变形问题.
（5）,校核流动距离比
在设计浇口位置和确定大型制品浇口数量时,必须要考虑流动比,因为型腔厚度不大,流动距离过长时,不但内应力增加,塑料在流动过程中还会因温度降低而不能充满整个型腔.这时只有增加制品壁厚或改变浇口位置.例如薄长形制件由短边进料改为由长边进料,或采用过渡浇口或多点浇口来缩短zui大流动距离.
实践证明,zui大流动距离是由流动通道的zui大流动长度和流动通道厚度之比来确定的,也就是说当型腔厚度增大时zui大流动距离也长一些.当浇注系统和型腔断面尺寸各处发生变化时,流动比应按下式进行计算.
Li:流道各段长度,毫米
ti:流道各段厚度,毫米
塑料的流动距离比的大致范围见P72
（6）,防止料流将型芯或嵌件挤歪变形
第四节 无流道（绝热流道,热流道）
浇注系统
采用无流道浇注系统是注射模具的一项重大改革,它系利用加热的办法或绝热的办法,使从注射机喷咀起到型腔入口为止这一段流道中的塑料一直保持熔融状态,从而在开模时只需取产品,而不必取出浇注系统凝料.
分类: 绝热流道注塑模具和热流道注塑模具
特点:P74-75
适宜的塑料品种:P75
一,概述
该模具的特点是:
（1）避免了普通浇注系统中产生的大量的浇注系统回头料（在生产小制品时浇口 料重量可能超过制品重量）.
（2）制品不需要修剪浇口.
（3）省略了染色回收等工序,因而大大节省了人力,降低了成本.
（4）注射料中也不再大量渗入经过反复加工已经降解了的浇口料,因而提高了产品质量.
（5）热浇口有利于压力传递,在一定程度上克服了制件因补料不足而产生凹陷,缩孔等缺陷.
（6）在操作上与普通点浇口相比制件的脱模周期短,容易实现全自动操作.
（7）制品脱模时不再带有主流道和分流道,可以缩短开模距离与合模行程,缩短成型周期,成型较长的制品.
二,绝热流道注塑模具
所谓绝热式流道系由于流道相当粗大,以致流道中心部位的塑料在连续注射时来不及疑固而保持熔融状态,从而让塑料熔融体能通过它顺利地进入型腔.
一般可分为井坑式喷咀和多型腔的绝热流道模具两种.
1,井坑式喷咀（单型腔绝热流道模具）
1-注射机喷嘴
2-定位环
3-主流道杯
4-定模
5-型芯
主流道杯主要尺寸图
为避免主浇道杯内的塑料凝固,对井坑改进设计的图例
a图:喷嘴后退时,使主浇道杯在弹簧作用下与模具 分开且切断浇口.
b图:用于小井坑时,喷嘴伸入流道杯中一段距离.
c图:将喷嘴前端做成平的,使传热面积加大,有利于中心保持熔融状态,同时在停机时能顺利清除井坑中的凝料.
2,多型腔的绝热流道模具
1,定模底板
2,浇道板
3,浇口衬套
4,定模型腔板
5,型芯
6,绝热层
又称绝热分流道模具
无论是主流道或分流道都作得特别粗大,其断面呈圆形,常用的分流道直径为16-30毫米（zui大达74毫米）,视成型周期长短和制件大小而定.
绝热流道的浇口常见有主流道型浇口和针点绕口两种
1,主流道衬套道 2,定模底板 3,熔融塑料 4,凝固塑料 5,流道板 6,给料喷嘴 7,动模 8,型芯 9,冷却水孔 10,加热器
（1）主流道型浇口绝热流道模具
（2）针点浇口
9,型芯 10,脱模板 11,型芯固定板 12,定模型腔板 13,流道开启时的锁链
1,主流道衬套
2,凝固塑料 3,熔融塑料 4,定模底板 5,流道使用时的锁链
6,导柱
7,导套
8,动模垫板
清理状态
闭模操作状态
C探针端部直径,D浇口台阶长度,E探针端部角度,F流道端部扇形角,G浇口角度
（3）半绝热流道注射模P78
三,热流道注塑模具
1,单型腔延伸式喷嘴模具
喷嘴前端构成型腔
空气绝热
塑料绝热
2.多型腔热流道注射模
根据对分浇道加热方式的不同,这类模具又可分为外加热式和内加热式,共同特点是:设热流道板.
（1）,间接进料的热分流道注射模
主流道型浇口
P81
图3-4-12
外加热式
（2）,点浇口热流道注射模
P81 图3-4-14
A带塑料绝热层的导热喷嘴
B:空气绝热层的加热式喷嘴 图3-4-17
C:带导热探针的喷嘴 图3-4-18
D:带导热探针的多孔喷嘴 图3-4-19
E:带加热探针的喷嘴 图3-4-20 图3-4-23
F:矛式喷嘴 图3-4-25
3,针阀式浇口热流道喷嘴模具
P86图3-4-27
注射,保压阶段阀芯开启（靠注射压力打开阀芯）,保压结束后阀芯关闭,避免熔体粘度低的塑料发生流涎现象.
4,热流道板
（1）外加热流道板
（ 2）内加热流道板
A为蒸发段,B为冷凝段.液体工作介质在加热区域受电加热器加热而蒸发,并把热量以蒸汽形式扩散到冷却部分,
在冷却部分蒸汽冷凝而放出热量,冷凝液通过毛细管再返回加热区,由于蒸汽输送热量,可保持热管各部分之间温差极小.
热管加热热流道模具的核心问题之一是控制主流道,分流道适直至给料喷嘴头部的温度均匀一致,由于与给料喷嘴相邻的型腔处于较低的温度,虽然采取了各种隔热措施,但仍有不少热量从喷嘴头部散失,使得流道两端温差增大.在普通热流道中,为了缩小给料喷嘴头部和流道之间温度差,采用了铍铜等导热性良好的材料来制造给料喷嘴,但仍不能达到理想的程度.国外采用热管作为流道到给料喷嘴之间的导热元件,其导热能力可达铜的几百倍到一千倍,其原理如上页
热管用于模具主流道套的情况,热管作成夹套形式围绕在主流道周围,塑料沿中心流道流动,热管将其上部电加热圈的热量传到给料喷嘴头部,从主流道始端到结料喷嘴头部的流道各个部位,其温差均可控制在1.5-2℃以下,保持极其理想的加工温度,在给料喷嘴头部到型腔浇口之间有—塑料绝热层以减少热传递,国外这种用于主流道夹套的热管已规格化,商品化.另外,它还有塑料流动阻力小,与带分流梭的热流道相比较更换塑料品种时易清洗,使用寿命长等优点.