塑料橡膠成型模具設(shè)計(jì)：澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 3.3澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.3.1概述 澆注系統(tǒng)是指模具中從注射機(jī)噴嘴開始到型腔為止的塑料熔體流動(dòng)的通道，英文名稱runner and gate system 它向型腔中的傳質(zhì)、傳壓、傳熱情況決定著塑件的內(nèi)在和外觀質(zhì)量，它的布置和安排影響著塑件成型的難易程度和模具的復(fù)雜程度。 塑料熔體是在注射機(jī)螺桿或柱塞推擠加壓下快速流經(jīng)澆注系統(tǒng)進(jìn)入型腔的，流動(dòng)過(guò)程服從一般流體的流動(dòng)規(guī)律，又有自身的特點(diǎn)，對(duì)澆注系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)，必須以認(rèn)識(shí)塑料熔體的流動(dòng)規(guī)律和特點(diǎn)為基礎(chǔ)。3.3.2塑料熔體的流動(dòng)行為非牛頓流體：對(duì)于圓形管道 （3-12） （3-13）對(duì)于矩形流道 （3-14） （3-15） 由式（3-13）和（3-1

2、5）可知，當(dāng)Q恒定時(shí)，流道中的壓力損失P與下列因素有關(guān)：壓力損失隨著流動(dòng)長(zhǎng)度增加而增大；壓力損失和流道及型腔斷面尺寸有關(guān)；壓力損失和熔融塑料的表觀粘度成正比。3.3.3模具型腔壓力周期 熔體進(jìn)入型腔并充滿型腔后，不僅型腔不同部位壓力不同，同一部位的壓力也隨著時(shí)間變化。若選取型腔內(nèi)某點(diǎn)（例如靠近澆口的某點(diǎn)）將壓力P對(duì)成型周期t作圖，就得到壓力周期圖，如 所示。 圖3-8模腔內(nèi)壓力周期圖解釋 圖中與曲線上OA相應(yīng)的一段時(shí)間Ot1是注射機(jī)螺桿或柱塞開始向前推擠塑料熔體，熔體通過(guò)噴嘴和澆注系統(tǒng)達(dá)到澆口的時(shí)間，稱為引料入模時(shí)間，此時(shí)噴嘴通道和澆注系統(tǒng)內(nèi)熔體壓力已經(jīng)升高，但型腔內(nèi)尚未進(jìn)入熔體。與AB段對(duì)應(yīng)

3、的時(shí)間t1t2是熔體進(jìn)入型腔并達(dá)到最遠(yuǎn)處，腔內(nèi)壓力有所升高，稱為充模時(shí)間。型腔充滿后，螺桿或柱塞仍需向型腔內(nèi)擠入一些熔體，以獲得塑件的精確形狀，如曲線BC段所示，此時(shí)型腔內(nèi)壓力迅速升至最高，與此對(duì)應(yīng)的時(shí)間t2t3稱為壓實(shí)增密時(shí)間，以上三段時(shí)間合稱注射時(shí)間，對(duì)于薄壁塑件或澆口斷面很小的塑件,注射時(shí)間結(jié)束后,螺桿就可以退回。但在大多數(shù)情況下，注射時(shí)間結(jié)束后，由于型腔內(nèi)熔體冷卻收縮使體積縮小，尚需補(bǔ)充一定的塑料彌補(bǔ)收縮，這相應(yīng)于曲線上CD段，對(duì)應(yīng)的時(shí)間為t3t4稱為保壓補(bǔ)料時(shí)間，模腔內(nèi)壓力周期圖解釋 保壓補(bǔ)料時(shí)型腔壓力基本不變或因冷卻之故略有下降。保壓補(bǔ)料結(jié)束后，螺桿退回，此時(shí)如果澆口處熔體尚未冷卻

4、凝固，由于腔內(nèi)壓力較高，熔體會(huì)倒流到腔外澆注道，使型腔內(nèi)壓力有較大的下降，倒流持續(xù)到澆口處熔體冷卻凝固使?jié)部诜忾]為止，相應(yīng)于曲線上的E點(diǎn)。此后腔內(nèi)熔體沿曲線的EF段冷卻定形直到模具打開。如果延長(zhǎng)保壓時(shí)間至D點(diǎn)，這時(shí)澆口已經(jīng)封閉，由于腔內(nèi)無(wú)熔體向外倒流，腔內(nèi)熔體會(huì)沿著較高的DF線冷卻定型。模具打開時(shí)，有熔體倒流的腔內(nèi)余壓Pr小于無(wú)熔體倒流時(shí)的余壓Pr熔體倒流過(guò)多或補(bǔ)料量過(guò)少，模具打開時(shí)，腔內(nèi)可能出現(xiàn)負(fù)壓。模具打開的合理?xiàng)l件 型腔內(nèi)的塑件應(yīng)該冷卻到具有足夠的剛度和硬度，能夠承受頂出元件的作用而不變形。這意味著模具打開時(shí)塑件溫度應(yīng)該至少低于塑料的熱變形溫度Ts，因此模具打開的溫度范圍是在Ts和模具工

5、作溫度Tm之間。 模具打開時(shí)的余壓不能高于某一值+Pr，壓力太高，會(huì)引起塑件粘模，脫模阻力大，劃傷、開裂和塑件變形等；余壓也不能小于某一值Pr。否則會(huì)出現(xiàn)塑件縮孔、凹陷、尺寸偏小，對(duì)型芯包得過(guò)緊等弊端。這樣的兩組溫度和壓力限制條件，就定出了模具打開的合理區(qū)域。3.3.4澆注系統(tǒng)的組成及設(shè)計(jì)要求3.3.4.1組成澆注系統(tǒng)有四個(gè)部分組成：如圖所示。 主流道（sprue）是指緊接注射機(jī)噴嘴到分流道為止的那一段流道，熔融塑料進(jìn)入模具首先經(jīng)過(guò)它。它和注射機(jī)噴嘴在同一軸線上。物料在主流道中不改變流動(dòng)方向，主流道斷面一般為圓形，其斷面尺寸可變，可不變。 分流道（runner）是主流道與澆口之間的一段將塑料熔

6、體沿分型面引入各個(gè)型腔的那一段流道，因此它開設(shè)在分型面上，分流到的斷面可以呈圓形、半圓形、梯形、矩形、U字形，它可以由動(dòng)模和定摸兩邊的溝槽組成，如圓形，也可單開在定?；騽?dòng)模一側(cè)，如梯形、矩形等。3.3.4澆注系統(tǒng)的組成及設(shè)計(jì)要求 澆口（gate）指流道末端將塑料引入型腔的狹窄部分，是進(jìn)入型腔的門戶，一般說(shuō)來(lái)，其斷面尺寸比分流道斷面尺寸小，長(zhǎng)度也短，起著控制料流速度，補(bǔ)料時(shí)間的作用，其斷面形狀常見的有圓形、矩形。 冷料井（cold slug well）是為了去除料流中的前鋒冷料而設(shè)置的。在注射過(guò)程的循環(huán)中，由于噴嘴與低溫的模具接觸，使噴嘴前端存在有一小段低溫料，常稱冷料。在注射入模時(shí)，冷料在料流

7、最前端。如冷料進(jìn)入型腔將造成塑件的冷接縫，甚至在未進(jìn)入型腔前，冷料頭將澆口堵塞而不能進(jìn)料。冷料井一般設(shè)在主流道末端,有時(shí)分流道末端也設(shè)有冷料井。3.3.4.2澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的具體要求對(duì)模腔的填充迅速有序；可同時(shí)充滿各個(gè)型腔；對(duì)壓力和熱量損失最??；盡可能消耗較少的塑料；能夠使型腔順利排氣；澆注系統(tǒng)凝料容易與塑件分離或切除；不會(huì)使冷料進(jìn)入型腔；澆口痕跡對(duì)塑件外觀影響小。3.3.5普通澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.3.5.1主流道的設(shè)計(jì)。 錐度。主流道垂直于分型面，為了使凝料從主流道中拔出，設(shè)計(jì)成圓錐形，具有24的錐角，內(nèi)有Ra0.8以上的表面粗糙度。 徑向尺寸。主流道徑向尺寸的小端應(yīng)大于噴嘴口孔徑0.51.0mm

8、。這樣當(dāng)主流道與噴嘴同軸度稍有偏差時(shí)，可以防止主流道凝料不易從定模一側(cè)拉下來(lái)。凹球半徑R應(yīng)比噴嘴球徑大12mm，可以保證注射過(guò)程中噴嘴與模具緊密接觸，防止兩球面間產(chǎn)生間隙，使熔體充入這一間隙中，妨礙主流道凝料順利從定摸拉出。如 所示。圖3-93.3.5.1主流道的設(shè)計(jì) 主流道應(yīng)專門開設(shè)在主流道襯套上。由于主流道要與高溫的塑料和噴嘴反復(fù)接觸和碰撞，所以模具的主流道部分常設(shè)計(jì)成可拆卸更換的主流道襯套，以便選用優(yōu)質(zhì)鋼材單獨(dú)進(jìn)行加工和熱處理。當(dāng)主流道貫穿幾塊模板時(shí)，若無(wú)主流道襯套，則模板間的拼合縫可能溢料，以至主流道凝料無(wú)法脫出，有時(shí)將主流道襯套大端的圓盤凸出定模板端面510mm，并與注射機(jī)定模板的定

9、位孔成間隙配合，起定位環(huán)作用。也常有將模具定位環(huán)與主流道襯套分開設(shè)計(jì)的。如圖3-103.3.5.2冷料井和拉料桿的設(shè)計(jì) 臥式或立式注射機(jī)用模具的冷料井，設(shè)在主流道正對(duì)面的動(dòng)模上，直徑稍大于主流道大端直徑，以利冷料流入。冷料井底部常作成曲折的鉤形或下陷的凹槽，使冷料井兼有分模時(shí)將主流道凝料從主流道中拉出附在動(dòng)模邊的作用。常見的冷料井拉料桿結(jié)構(gòu)可分為以下三種類型：帶Z型頭拉料桿的冷料井 在冷料井底部有一根和冷料井公稱直徑相同的Z型頭的頂桿稱為拉料桿。拉料桿的根部是固定在頂出板上的,故在制件頂出時(shí)，冷料也一同被頂出。取產(chǎn)品時(shí)朝著拉料鉤的側(cè)向稍許移動(dòng)，即可將制件連同澆注系統(tǒng)凝料一道取下，同類型的還有帶

10、頂桿的倒錐型冷料井和圓環(huán)槽冷料井續(xù)冷料井和拉料桿的設(shè)計(jì)帶球型頭拉料桿的冷料井。 這種拉料桿專用于直徑以推板脫模的模具中。塑料進(jìn)入冷料井后，緊包在拉料桿的球型頭上，開模時(shí)即可將主流道凝料從主流道中拉出。球型頭拉料桿的根部固定在動(dòng)模邊的型芯固定板上，并不隨頂出裝置移動(dòng)，故當(dāng)推板動(dòng)作推制件時(shí)，就將主流道凝料從球型頭拉料桿上硬刮下來(lái)。菌型拉料桿和錐型拉料桿為這種拉料桿的變異形式， 無(wú)拉料桿的冷料井3.3.5.3分流道的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)要求 充模要保證融合線最??； 對(duì)熔體流動(dòng)的阻礙盡可能??； 所占注射重量比盡可能??； 易于脫模； 分流道長(zhǎng)度在工藝條件允許下應(yīng)盡可能短，以保證將壓力溫度以及材料的損耗為最小； 分

11、流道橫截面所選的尺寸應(yīng)使冷卻時(shí)間等于或略大于塑件的冷卻時(shí)間，只有這樣才能在塑件固化前保證足夠的保壓壓力。分流道斷面形狀 實(shí)際設(shè)計(jì)中所采用的分流道斷面形狀有圓形、梯形、U形、半圓形和矩形。從減小壓力損失和熱量損失出發(fā)，衡量分流道端面形狀有效性的尺度是斷面面積與斷面周長(zhǎng)之比，稱為比斷面，用符號(hào)Sr表示。各種不同形狀分流道比斷面分別為：圓形分流道 Sr = 0.25D半圓形分流道 Sr 0.153D矩形分流道 當(dāng) 時(shí)，Sr = 0.2D 時(shí)，Sr = 0.166D 時(shí)，Sr = 0.125D 時(shí)，Sr = 0.25D（正方形）梯形分流道 將兩側(cè)邊取5左右斜度，這時(shí) 當(dāng) 時(shí)，Sr = 0.2495D，

12、 當(dāng) 時(shí)，Sr = 0.1997D； U形分流道 當(dāng) 時(shí)，Sr接近0.25D， 當(dāng) 時(shí)，Sr = 0.193D。 分流道應(yīng)用效比較 從上述分析可知：斷面為圓形和正方形的分流道比斷面最大，應(yīng)用效果應(yīng)是最好。但圓形和正方形分流道工藝性都較差。圓形分流道要求開設(shè)在分型面兩側(cè)，對(duì)稱分布加工難度大。正方形分流道脫出分流道凝料阻力大，若取斜度，實(shí)質(zhì)上就變成梯形分流道。從實(shí)用觀點(diǎn)看，梯形分流道和U形分流道是最佳的。分流道的長(zhǎng)度和斷面尺寸 分流道的長(zhǎng)度取決于模具型腔的總體布置方案和澆口位置。從輸送熔體時(shí)減少壓力損失和熱量損失出發(fā)應(yīng)力求縮短。 分流道的斷面尺寸視制品大小、塑料品種、注射速率以及分流道的長(zhǎng)度而定。

13、圓形分流道的直徑一般在510mm之間變動(dòng)；但對(duì)于流動(dòng)性特別好的PP、PA等，當(dāng)分流道很短時(shí)，可小到2；對(duì)于流動(dòng)性特別差的塑料，可大于10。實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)多數(shù)塑料，分流道直徑在56mm以下時(shí)，對(duì)流動(dòng)性影響較大。但在8以上時(shí)，再增大其直徑對(duì)流動(dòng)性的影響就很小了。 式中 W成型件的重量，g； L分流到長(zhǎng)度。 此式適用于重量在200克以下的塑件。分流道的布置 在多腔模中，分流道的布置可分為平衡式和非平衡式，以平衡式為佳。所謂平衡式的布置就是從主流道到各個(gè)型腔的分流道，其長(zhǎng)度、形狀、斷面尺寸都對(duì)應(yīng)相等。這種設(shè)計(jì)可達(dá)到各個(gè)型腔均衡的進(jìn)料。 非平衡式布置的分流道如圖所示。由于主流道到各個(gè)型腔的分流道長(zhǎng)度各不相

14、同，為了達(dá)到各個(gè)型腔均衡地同時(shí)充滿，必須將澆口開成不同的尺寸，使熔體從主流道流經(jīng)不同長(zhǎng)度的分流道，并經(jīng)過(guò)斷面大小不同的各型腔澆口產(chǎn)生相同的壓降，達(dá)到使各型腔同時(shí)充滿。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，可能存在兩種情況：存在的兩種情況 型腔愈遠(yuǎn)，澆口愈大當(dāng)分流道比較長(zhǎng)，斷面尺寸又較小時(shí)，熔體流至較遠(yuǎn)型腔會(huì)產(chǎn)生較大壓降和溫降；型腔愈遠(yuǎn)，澆口斷面積應(yīng)愈大，才能保證各型腔同時(shí)充滿。 型腔愈遠(yuǎn)，澆口愈小一般當(dāng)分流道斷面尺寸較大時(shí)容易出現(xiàn)，因?yàn)榉至鞯赖牧鲃?dòng)阻力比澆口流動(dòng)阻力小的多。從主流道流向分流道的熔體首先不會(huì)越過(guò)斷面很小的澆口充滿較近的型腔，而是首先充滿整個(gè)分流道待壓力升高后，再由遠(yuǎn)及近地充入各個(gè)型腔。這時(shí)型腔愈遠(yuǎn)，澆口

15、斷面應(yīng)該愈小。 此外在作分流道和型腔布置時(shí)，最好使塑料投影面積總重心和鎖模力的重心相重合，如下圖所示。 主流道的中心及偏心位置3.3.5.4澆口的設(shè)計(jì) 澆口是連接分流道和型腔或者說(shuō)是塑件的橋梁，是整個(gè)澆注系統(tǒng)的最薄點(diǎn)。其形狀和安放位置應(yīng)根據(jù)各種實(shí)際需要來(lái)確定。確定澆口位置、大小、形狀的各種因素影響 通常來(lái)講，澆口應(yīng)該小且易于脫模，易于與塑件分離。澆口與塑件的連接方式應(yīng)保證塑件不變形，表面無(wú)疵痕。成型塑件幾何形狀 壁厚有關(guān)尺寸、外觀質(zhì)量及機(jī)械性能的要求流程/壁厚成型材料表觀粘度溫度流動(dòng)特性填料收縮率綜合因素變形熔合線易于脫模與塑件的分離費(fèi)用2.小澆口的優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用公式（3-23） （3-25） 小澆

16、口可以增加物料通過(guò)時(shí)的流速，同時(shí)澆口前后兩端有較大的壓力差，這樣可以明顯地降低某些非牛頓流體的粘度，使充模容易。 小澆口處有較大的摩擦阻力，塑料熔體通過(guò)澆口時(shí)，一部分能量變成摩擦熱，使塑料熔體的溫度明顯升高，溫度上升會(huì)降低表觀粘度，增加流動(dòng)性。 小澆口可以控制并縮短補(bǔ)料時(shí)間，從而降低制品內(nèi)應(yīng)力。 降低模塑周期。由于小澆口固化快在生產(chǎn)某些制品時(shí)，可以不待整個(gè)截面完全固化就可脫模，而無(wú)未固化的塑料從澆口倒流之虞。 在多腔模中，小澆口可以平衡各型腔的進(jìn)料速度。 便于制件修整。3.小澆口的缺點(diǎn)必須采用三板模結(jié)構(gòu)，增加了模具的復(fù)雜性；要求采用較高的注射壓力；不適用于高粘度的塑料和粘度對(duì)剪切速率不敏感的塑

17、料；(4)不適用于厚壁塑料成型；4澆口類型（1）針點(diǎn)式澆口 又名橄欖形澆口、菱形澆口，是一種尺寸很小的澆口，針點(diǎn)澆口的直徑為0.32mm，最常見為0.51.8mm；臺(tái)階長(zhǎng)度0.52mm，常見為0.81.2mm。（2）潛伏式澆口 又名隧道式澆口，剪切澆口是由針點(diǎn)式澆口變而來(lái)的，它除了具備針點(diǎn)式澆口的特點(diǎn)外其進(jìn)料部分一般選在制件側(cè)面較隱避處，使不致影響制件的美觀，澆口潛入分型面的上面或下面，沿斜向進(jìn)入型腔，在頂出時(shí)流道和制件被自動(dòng)切斷。（3）邊緣澆口 又名側(cè)澆口,一般開在分型面上，從制件邊緣進(jìn)料。邊緣澆口具有矩形（或接近矩形）的斷面形狀。其寬度和厚度可以分別調(diào)整充模時(shí)的剪切速率和澆口封閉時(shí)間。典型

18、尺寸：深度為0.52.5mm通常取制品最大壁厚的1323，視材料的收縮情況和補(bǔ)縮需要而定；寬1.55mm，臺(tái)階長(zhǎng)1.02.5mm視制件重量和材料流動(dòng)性而定。（4）扇形澆口 是邊緣澆口的一種變異形式，常用來(lái)成型寬度較大的薄片狀制品。澆口沿進(jìn)料方向逐漸變寬，厚度逐漸減薄并在澆口處減至最薄，塑料通過(guò)長(zhǎng)約1mm的澆口臺(tái)階進(jìn)入型腔，塑料經(jīng)過(guò)扇形澆口在橫向得到更均勻的分配，可降低制品的內(nèi)應(yīng)力和帶入空氣的可能性。扇形澆口與型腔連接處的澆口臺(tái)階寬而淺。常用的尺寸是深0.251.6mm寬6mm至澆口邊型腔寬度的14澆口的橫斷面積不宜大于分流道的橫斷面積。（5）平縫式澆口 又稱薄片式澆口，對(duì)于表面積更大的扁平狀塑

19、件，由于塑件側(cè)邊很長(zhǎng)，即使采用扇形澆口，因澆口寬度有限，也難以改善熔體沿塑件寬度可接近或等于塑件側(cè)邊長(zhǎng)度。才能改善熔體流動(dòng)的均衡性，保證獲得平直塑件。成型后加工量大因而提高了產(chǎn)品的成本。尺寸，厚度0.250.65mm寬度為澆口邊型腔的14至此邊的全寬。澆口臺(tái)階長(zhǎng)約0.65mm。（6）盤形澆口 它主要用于圓筒形制品或中間帶有孔的制品。這樣可使進(jìn)料均勻，在整個(gè)圓周上取得大致相同的流速，空氣容易順序排出。同時(shí)避免了側(cè)澆口型芯的對(duì)面的接縫。典型厚度0.251.6mm臺(tái)階長(zhǎng)約1mm。（7）環(huán)形澆口環(huán)形澆口 上圖表示環(huán)形澆口適于孔徑較小的管狀，筒形塑件澆口也成圓環(huán)形，但與盤形澆口的區(qū)別是：澆口開設(shè)在塑件外

20、表面，一端的側(cè)周，分流道也成圓環(huán)形。環(huán)形澆口適于一模多腔，澆口長(zhǎng)度，厚度與盤形澆口相同。（8）輪輻式澆口 它的適用范圍類似于盤形澆口，但它是把整個(gè)圓周進(jìn)料改成幾小段圓弧進(jìn)料。這樣不但澆口去除方便，澆口回頭料較少，同時(shí)還由于型芯上部得以定位而增加了型芯的穩(wěn)定性。缺點(diǎn)是制件上帶有好幾條拼合縫，對(duì)制件強(qiáng)度有一定影響。澆口處的典型尺寸為：深0.84.8mm,寬1.66.4mm。（9）爪澆口 它是輪輻式澆口的一種變異形式，與輪輻式澆口的區(qū)別僅在于分流道與澆口不在一個(gè)平面內(nèi)，它適用于管狀制件，尤其適于制件內(nèi)孔較小的管狀制件和同心度要求高的制件。由于型芯的頂端伸入定模內(nèi)，起到定位作用，避免了彎曲變形，保證了

21、同心度。（10）護(hù)耳式澆口 又名分接式澆口，小尺寸的內(nèi)澆口雖然有一系列的優(yōu)點(diǎn)，但易產(chǎn)生噴射，噴射造成制件的各種缺陷，或因在澆口附近有較大的內(nèi)應(yīng)力而引起翹曲，在澆口附近形成脆弱點(diǎn)。采用護(hù)耳式澆口通過(guò)小澆口的塑料由于摩擦生熱可以改善其流動(dòng)性，塑料沖擊在凸出塊對(duì)面的壁上，從而降低了速度，改變了流向，均勻地進(jìn)入型腔。缺點(diǎn)是切除麻煩。護(hù)耳式澆口的典型尺寸為：凸出塊的長(zhǎng)度L1520mm，寬度WL/2，厚度為進(jìn)口處型腔斷面厚度的7/8，澆口在凸出塊的側(cè)面1/2處，寬1.63.2mm，深度與凸出塊深度相同，臺(tái)階長(zhǎng)1mm。當(dāng)制品的寬度大時(shí)（300mm以上）可采取多個(gè)突出塊。直接澆口 又叫中心澆口，主流道型澆口。由于它的尺寸大，故固化時(shí)間長(zhǎng)，延長(zhǎng)了補(bǔ)料時(shí)間，注射壓力直接作用在制品上，容易產(chǎn)生殘余應(yīng)力。當(dāng)采用這種澆口時(shí)，主流道的根部不宜設(shè)計(jì)的太粗，否則該處的溫度高，容易產(chǎn)生縮孔，澆口去除后縮孔留在制品表面上。加工薄壁制品時(shí)，澆口根部的直徑最多等于制品壁厚的兩倍。澆口去除困難。但它的流體阻力小，進(jìn)料速度快，常用于大型長(zhǎng)流程的制品，如大型容器殼體或用于厚度大的制品，以利于補(bǔ)縮。5.塑件上澆口開設(shè)部位和數(shù)目的選擇 澆口在塑件上開設(shè)的位置與數(shù)目，對(duì)制品的質(zhì)量影響很大。因此在選擇