GATE-澆口設(shè)計(jì)

1、技術(shù)專欄 : 塑料射出成型模具的澆口設(shè)計(jì)澆口(Gate)在射出成型模具的澆注系統(tǒng)(Feed System)中是連接流道(Runner)和型腔(Cavity)的熔膠通道。澆口設(shè)計(jì)和塑件質(zhì)量有著密不可分的關(guān)系。1. 澆口的位置和數(shù)目1.1. 澆口位置與噴流(Jetting)的關(guān)系澆口若能布置成沖擊型澆口 - 也就是使得進(jìn)澆后的塑料熔體立刻沖擊到一阻擋物(如型腔壁、芯型銷等)，讓塑流穩(wěn)定下來(lái)，就可以減少噴流的機(jī)率。1.2. 澆口的位置和數(shù)目與熔接線(Weld Line)的關(guān)系熔接線是兩股熔膠的波前(Melt Front)相遇后所形成的線條。 就塑件的外觀或是強(qiáng)度而言，熔接線都是負(fù)

2、面的。每增加一個(gè)澆口，至少要增加一條熔接線，同時(shí)還要增加一個(gè)澆口痕(Gate Mark)、較多的積風(fēng) (Air Trap)以及流道的體積。所以在型腔能夠如期充填的前提下，澆口的數(shù)目是愈少愈好。為了減少澆口的數(shù)目，每一澆口應(yīng)在塑流力所能及的流動(dòng)比之內(nèi)(Flow Length to Thickness Ratio)，找出可以涵蓋最大塑件面積的進(jìn)澆位置。更改澆口位置以后，能夠?qū)⑷劢泳€自敏感處移除為上策。 如果熔接線無(wú)法移除，那么增加波前的熔膠溫度(Melt Temperature)；或是減少兩相遇波前的熔膠溫度差(Melt Temperature Difference)；或是增加兩波前相遇后的熔膠壓

3、力(Melt Pressure)；或是增加熔膠波前相遇時(shí)的遇合角(Meeting Angle)，都可以改善熔接線的質(zhì)量。1.3. 澆口的位置和數(shù)目與積風(fēng)(Air Trap)的關(guān)系積風(fēng)是型腔內(nèi)的空氣和熔膠釋出的氣體被熔膠包圍后的缺陷。 積風(fēng)的存在，重則導(dǎo)致短射(Short Shot)或焦痕(Burn Mark)，輕亦影響外觀和強(qiáng)度。每增加一個(gè)澆口，就會(huì)增加積風(fēng)發(fā)生的機(jī)率。 當(dāng)塑件厚薄差異大時(shí)，如果澆口位置設(shè)置不當(dāng)，就會(huì)因?yàn)榕艿垃F(xiàn)象(Race Track Effect)而導(dǎo)致積風(fēng)。1.4. 澆口位置與遲滯效應(yīng)(Hesitation Effect)的關(guān)系遲滯效應(yīng)是熔膠流到厚薄交接處的時(shí)候，由于薄處的

4、流阻較大，而在該處阻滯不前的效應(yīng)。 這種效應(yīng)重則產(chǎn)生短射，輕亦形成遲滯痕(亦即高殘余應(yīng)力帶)。澆口應(yīng)置于距離可能發(fā)生遲滯效應(yīng)的最遠(yuǎn)處，以消除或減輕遲滯。1.5. 澆口位置與縮痕(Sink Mark)和縮孔(Void)的關(guān)系澆口應(yīng)置于厚壁處以確保補(bǔ)縮的塑流(Compensation Flow)能夠維持得最久， 厚壁處才不會(huì)因?yàn)檩^大的收縮，而使得縮痕和縮孔更容易發(fā)生。1.6. 澆口位置與溢料(Flash)的關(guān)系型腔布置和澆口開設(shè)部位應(yīng)立求對(duì)稱，防止模具承受偏載而產(chǎn)生溢料現(xiàn)象。 如(圖一)所示，b)的布置較之a(chǎn))為合理。1.7. 澆口位置與流動(dòng)平衡(Flow Balance)的關(guān)系就單型腔模具而言，

5、熔膠波前于同一時(shí)間抵達(dá)型腔各末端，就叫做流動(dòng)平衡。 流動(dòng)平衡的設(shè)計(jì)使得熔膠的壓力、溫度以及體積收縮率的分布比較均勻，塑件的質(zhì)量較好。所以澆口位置的選擇以是否達(dá)成流動(dòng)平衡為準(zhǔn)。流動(dòng)平衡與否，可以模擬充模的CAE進(jìn)行確認(rèn)。對(duì)澆口數(shù)目相同但是澆口位置不同的設(shè)計(jì)而言，能以最小的射壓 (Injection Pressure)和鎖模力(Clamp Force)充模的設(shè)計(jì)是流動(dòng)最平衡的設(shè)計(jì)。就多型腔模具(Multi-cavity Mould)而言，熔膠波前于同一時(shí)間抵達(dá)各型腔末端，就叫做流動(dòng)平衡。在非平衡布置的多型腔模具中，注道到各型腔的流道長(zhǎng)度不同，或者各型腔的形狀和尺寸不盡相同。 這時(shí)可以調(diào)整澆口上游的

6、支流道的剖面尺寸(如直徑或厚度等)，以達(dá)到流動(dòng)平衡的目的。 一般調(diào)整澆口剖面尺寸的作法并不可取，一來(lái)此非長(zhǎng)久之計(jì)(澆口小，容易耗蝕，流動(dòng)平衡不能持久) ，二來(lái)若是澆口厚度也在調(diào)整之列，就會(huì)失去澆口作為劃一封凝時(shí)間 (Freeze Time或Seal Time)的功能。當(dāng)支流道比較細(xì)長(zhǎng)(一般在200mm以上)，可采用以下公式來(lái)平衡塑流：1.8. 澆口位置與塑件平面度的關(guān)系澆口的布置若能形成單一方向流(Uni-directional Flow) - 也就是塑料熔體進(jìn)入型腔后，其波前能以一平直的形式推進(jìn)，那么塑料在流動(dòng)方向和垂直流動(dòng)方向的收縮就不會(huì)相互牽制，可以產(chǎn)生平面度高的塑件。澆口的布置若能使得

7、塑料熔體先流經(jīng)型腔的平直部分，后流到型腔的彎曲部分，就可以減少殘余應(yīng)力對(duì)塑件中心面的不對(duì)稱度，發(fā)生翹曲的可能性可以減少。1.9. 澆口位置與型芯偏移的關(guān)系正確的澆口位置使得進(jìn)澆后的塑料熔體對(duì)型芯施加相互抵消的壓力，免得型芯因單邊受力太大而偏移，以致成型的塑件在壓力大的一側(cè)較厚，而在壓力小的一側(cè)較薄，這也會(huì)造成脫模困難以及塑件損壞。2. 澆口的型式和尺寸2.1. 邊緣澆口(Edge Gate)又稱為側(cè)澆口(Side Gate)，剖面有矩形，也有圓形，一般開設(shè)在分模面上，從型腔外側(cè)面進(jìn)料。矩形邊緣澆口(Rectangular Edge Gate)是最常見(jiàn)的澆口，常用于兩板式多型腔模具，形狀簡(jiǎn)單，加

8、工方便，去除澆口容易，澆口痕跡小但是容易形成熔接線和積風(fēng)。如(圖二)所示。主要的尺寸有三：考慮單面(凸?；虬寄Ｐ颓幻?即可。2.2. 扇形澆口(Fan Gate)通過(guò)以上公式中算出的邊緣澆口的寬度若大于澆口上游的支流道直徑或?qū)挾龋涂刹捎蒙刃螡部?。?圖三)所示，澆口開設(shè)在分模面上，從型腔外側(cè)面進(jìn)料，澆口沿進(jìn)料方向逐漸加寬，厚度則逐漸減薄。 從此澆口進(jìn)入型腔的塑料熔體波前較為平直，可減少翹曲變形，用來(lái)成型寬度較大的板狀塑件頗為適宜。主要的尺寸有三：2.3. 薄片式澆口(Film Gate)又稱為平縫式澆口，常用來(lái)成型平直的大面積薄壁塑件。如(圖四)所示，澆口的分配流道與型腔側(cè)邊平行，其長(zhǎng)度通常

9、大于塑件寬度。從此澆口進(jìn)入型腔的塑料熔體波前可保持單一方向流，可避免翹曲變形，常用來(lái)成型平直的大面積薄壁塑件。2.4. 重迭式澆口(Overlap Gate)又稱為搭接澆口，如(圖五)所示。可布置為沖擊型澆口，有效的防噴流，但是澆口處易產(chǎn)生縮痕，澆口切除較為困難，澆口痕跡明顯。主要的尺寸有三： 2.5. 凸耳式澆口(Tab Gate)如(圖六)所示，在型腔側(cè)面開設(shè)耳槽，熔膠通過(guò)澆口沖擊在耳槽側(cè)面上，經(jīng)調(diào)整方向和速度后再進(jìn)入型腔，如此應(yīng)力得以釋放，可以避免噴流。但是這種澆口切除較為困難，澆口痕跡較大。 主要的尺寸有六：2.6. 針點(diǎn)澆口(Pin Point Gate或Pin Gate)針點(diǎn)澆口位

10、置限制小，澆口痕跡小，開模時(shí)澆口可自動(dòng)拉斷，有利于自動(dòng)化操作，如(圖七)所示。就薄壁塑件而言，澆口附近剪切速率(Shear Rate)過(guò)高，殘余應(yīng)力高，容易開裂，可局部增加澆口處塑件壁厚，如上圖所示，以圓弧R形成酒窩(Dimple)狀過(guò)渡，以行改善。主要的尺寸有二：2.7. 潛伏式澆口(Submarine Gate或Subsurface Gate)又稱為隧道式澆口(Tunnel Gate)，如(圖八)所示，流道開設(shè)在分模面上，澆口潛入分型面下，熔膠斜向進(jìn)入型腔。塑件和流道分別設(shè)置推出機(jī)構(gòu)，開模時(shí)澆口自動(dòng)被切斷，流道凝料自動(dòng)脫落。 塑料過(guò)軔(如PA)或過(guò)脆(如PS)并不適用，前者不易切斷，后者易于斷裂，容易堵塞澆口。主要的尺寸有：2.8. 盤形澆口(Diaphragm Gate)盤形澆口用于內(nèi)孔較大的圓筒形塑件，或具有較大長(zhǎng)方形內(nèi)孔的塑件，澆口在整個(gè)內(nèi)孔周邊上。如圖九(a)和(b)所示，塑料熔體從內(nèi)孔周邊以大致同步的方式注入型腔，型芯受力勻稱，熔接線可以避免，排氣順暢，但是會(huì)在塑件內(nèi)緣留下明顯的澆口痕跡。盤形澆口的主要的尺寸有二：2.9. 圓環(huán)形澆口(Ring Gate) 圓環(huán)形澆口設(shè)置在與圓筒形型腔的外側(cè)，即在型腔周圍設(shè)置澆口，適用于薄壁長(zhǎng)管型塑件，如(圖十)所示，塑料熔體環(huán)繞型芯以大致同步的方式注入型腔，型芯受力勻稱，熔接線可以避免，排氣順暢，但是會(huì)在塑