塑料橡胶成型模具设计：浇注系统设计

1、 3.3浇注系统设计3.3.1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熔体流动的通道，英文名称runner and gate system 它向型腔中的传质、传压、传热情况决定着塑件的内在和外观质量，它的布置和安排影响着塑件成型的难易程度和模具的复杂程度。 塑料熔体是在注射机螺杆或柱塞推挤加压下快速流经浇注系统进入型腔的，流动过程服从一般流体的流动规律，又有自身的特点，对浇注系统的合理设计，必须以认识塑料熔体的流动规律和特点为基础。3.3.2塑料熔体的流动行为非牛顿流体：对于圆形管道 （3-12） （3-13）对于矩形流道 （3-14） （3-15） 由式（3-13）和（3-1

2、5）可知，当Q恒定时，流道中的压力损失P与下列因素有关：压力损失随着流动长度增加而增大；压力损失和流道及型腔断面尺寸有关；压力损失和熔融塑料的表观粘度成正比。3.3.3模具型腔压力周期 熔体进入型腔并充满型腔后，不仅型腔不同部位压力不同，同一部位的压力也随着时间变化。若选取型腔内某点（例如靠近浇口的某点）将压力P对成型周期t作图，就得到压力周期图，如 所示。 图3-8模腔内压力周期图解释 图中与曲线上OA相应的一段时间Ot1是注射机螺杆或柱塞开始向前推挤塑料熔体，熔体通过喷嘴和浇注系统达到浇口的时间，称为引料入模时间，此时喷嘴通道和浇注系统内熔体压力已经升高，但型腔内尚未进入熔体。与AB段对应

3、的时间t1t2是熔体进入型腔并达到最远处，腔内压力有所升高，称为充模时间。型腔充满后，螺杆或柱塞仍需向型腔内挤入一些熔体，以获得塑件的精确形状，如曲线BC段所示，此时型腔内压力迅速升至最高，与此对应的时间t2t3称为压实增密时间，以上三段时间合称注射时间，对于薄壁塑件或浇口断面很小的塑件,注射时间结束后,螺杆就可以退回。但在大多数情况下，注射时间结束后，由于型腔内熔体冷却收缩使体积缩小，尚需补充一定的塑料弥补收缩，这相应于曲线上CD段，对应的时间为t3t4称为保压补料时间，模腔内压力周期图解释 保压补料时型腔压力基本不变或因冷却之故略有下降。保压补料结束后，螺杆退回，此时如果浇口处熔体尚未冷却

4、凝固，由于腔内压力较高，熔体会倒流到腔外浇注道，使型腔内压力有较大的下降，倒流持续到浇口处熔体冷却凝固使浇口封闭为止，相应于曲线上的E点。此后腔内熔体沿曲线的EF段冷却定形直到模具打开。如果延长保压时间至D点，这时浇口已经封闭，由于腔内无熔体向外倒流，腔内熔体会沿着较高的DF线冷却定型。模具打开时，有熔体倒流的腔内余压Pr小于无熔体倒流时的余压Pr熔体倒流过多或补料量过少，模具打开时，腔内可能出现负压。模具打开的合理条件 型腔内的塑件应该冷却到具有足够的刚度和硬度，能够承受顶出元件的作用而不变形。这意味着模具打开时塑件温度应该至少低于塑料的热变形温度Ts，因此模具打开的温度范围是在Ts和模具工

5、作温度Tm之间。 模具打开时的余压不能高于某一值+Pr，压力太高，会引起塑件粘模，脱模阻力大，划伤、开裂和塑件变形等；余压也不能小于某一值Pr。否则会出现塑件缩孔、凹陷、尺寸偏小，对型芯包得过紧等弊端。这样的两组温度和压力限制条件，就定出了模具打开的合理区域。3.3.4浇注系统的组成及设计要求3.3.4.1组成浇注系统有四个部分组成：如图所示。 主流道（sprue）是指紧接注射机喷嘴到分流道为止的那一段流道，熔融塑料进入模具首先经过它。它和注射机喷嘴在同一轴线上。物料在主流道中不改变流动方向，主流道断面一般为圆形，其断面尺寸可变，可不变。 分流道（runner）是主流道与浇口之间的一段将塑料熔

6、体沿分型面引入各个型腔的那一段流道，因此它开设在分型面上，分流到的断面可以呈圆形、半圆形、梯形、矩形、U字形，它可以由动模和定摸两边的沟槽组成，如圆形，也可单开在定模或动模一侧，如梯形、矩形等。3.3.4浇注系统的组成及设计要求 浇口（gate）指流道末端将塑料引入型腔的狭窄部分，是进入型腔的门户，一般说来，其断面尺寸比分流道断面尺寸小，长度也短，起着控制料流速度，补料时间的作用，其断面形状常见的有圆形、矩形。 冷料井（cold slug well）是为了去除料流中的前锋冷料而设置的。在注射过程的循环中，由于喷嘴与低温的模具接触，使喷嘴前端存在有一小段低温料，常称冷料。在注射入模时，冷料在料流

7、最前端。如冷料进入型腔将造成塑件的冷接缝，甚至在未进入型腔前，冷料头将浇口堵塞而不能进料。冷料井一般设在主流道末端,有时分流道末端也设有冷料井。3.3.4.2浇注系统设计的具体要求对模腔的填充迅速有序；可同时充满各个型腔；对压力和热量损失最小；尽可能消耗较少的塑料；能够使型腔顺利排气；浇注系统凝料容易与塑件分离或切除；不会使冷料进入型腔；浇口痕迹对塑件外观影响小。3.3.5普通浇注系统设计3.3.5.1主流道的设计。 锥度。主流道垂直于分型面，为了使凝料从主流道中拔出，设计成圆锥形，具有24的锥角，内有Ra0.8以上的表面粗糙度。 径向尺寸。主流道径向尺寸的小端应大于喷嘴口孔径0.51.0mm

8、。这样当主流道与喷嘴同轴度稍有偏差时，可以防止主流道凝料不易从定模一侧拉下来。凹球半径R应比喷嘴球径大12mm，可以保证注射过程中喷嘴与模具紧密接触，防止两球面间产生间隙，使熔体充入这一间隙中，妨碍主流道凝料顺利从定摸拉出。如 所示。图3-93.3.5.1主流道的设计 主流道应专门开设在主流道衬套上。由于主流道要与高温的塑料和喷嘴反复接触和碰撞，所以模具的主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套，以便选用优质钢材单独进行加工和热处理。当主流道贯穿几块模板时，若无主流道衬套，则模板间的拼合缝可能溢料，以至主流道凝料无法脱出，有时将主流道衬套大端的圆盘凸出定模板端面510mm，并与注射机定模板的定

9、位孔成间隙配合，起定位环作用。也常有将模具定位环与主流道衬套分开设计的。如图3-103.3.5.2冷料井和拉料杆的设计 卧式或立式注射机用模具的冷料井，设在主流道正对面的动模上，直径稍大于主流道大端直径，以利冷料流入。冷料井底部常作成曲折的钩形或下陷的凹槽，使冷料井兼有分模时将主流道凝料从主流道中拉出附在动模边的作用。常见的冷料井拉料杆结构可分为以下三种类型：带Z型头拉料杆的冷料井 在冷料井底部有一根和冷料井公称直径相同的Z型头的顶杆称为拉料杆。拉料杆的根部是固定在顶出板上的,故在制件顶出时，冷料也一同被顶出。取产品时朝着拉料钩的侧向稍许移动，即可将制件连同浇注系统凝料一道取下，同类型的还有带

10、顶杆的倒锥型冷料井和圆环槽冷料井续冷料井和拉料杆的设计带球型头拉料杆的冷料井。 这种拉料杆专用于直径以推板脱模的模具中。塑料进入冷料井后，紧包在拉料杆的球型头上，开模时即可将主流道凝料从主流道中拉出。球型头拉料杆的根部固定在动模边的型芯固定板上，并不随顶出装置移动，故当推板动作推制件时，就将主流道凝料从球型头拉料杆上硬刮下来。菌型拉料杆和锥型拉料杆为这种拉料杆的变异形式， 无拉料杆的冷料井3.3.5.3分流道的设计 设计要求 充模要保证融合线最小； 对熔体流动的阻碍尽可能小； 所占注射重量比尽可能小； 易于脱模； 分流道长度在工艺条件允许下应尽可能短，以保证将压力温度以及材料的损耗为最小； 分

11、流道横截面所选的尺寸应使冷却时间等于或略大于塑件的冷却时间，只有这样才能在塑件固化前保证足够的保压压力。分流道断面形状 实际设计中所采用的分流道断面形状有圆形、梯形、U形、半圆形和矩形。从减小压力损失和热量损失出发，衡量分流道端面形状有效性的尺度是断面面积与断面周长之比，称为比断面，用符号Sr表示。各种不同形状分流道比断面分别为：圆形分流道 Sr = 0.25D半圆形分流道 Sr 0.153D矩形分流道 当 时，Sr = 0.2D 时，Sr = 0.166D 时，Sr = 0.125D 时，Sr = 0.25D（正方形）梯形分流道 将两侧边取5左右斜度，这时 当 时，Sr = 0.2495D，

12、 当 时，Sr = 0.1997D； U形分流道 当 时，Sr接近0.25D， 当 时，Sr = 0.193D。 分流道应用效比较 从上述分析可知：断面为圆形和正方形的分流道比断面最大，应用效果应是最好。但圆形和正方形分流道工艺性都较差。圆形分流道要求开设在分型面两侧，对称分布加工难度大。正方形分流道脱出分流道凝料阻力大，若取斜度，实质上就变成梯形分流道。从实用观点看，梯形分流道和U形分流道是最佳的。分流道的长度和断面尺寸 分流道的长度取决于模具型腔的总体布置方案和浇口位置。从输送熔体时减少压力损失和热量损失出发应力求缩短。 分流道的断面尺寸视制品大小、塑料品种、注射速率以及分流道的长度而定。

13、圆形分流道的直径一般在510mm之间变动；但对于流动性特别好的PP、PA等，当分流道很短时，可小到2；对于流动性特别差的塑料，可大于10。实验证明，对多数塑料，分流道直径在56mm以下时，对流动性影响较大。但在8以上时，再增大其直径对流动性的影响就很小了。 式中 W成型件的重量，g； L分流到长度。 此式适用于重量在200克以下的塑件。分流道的布置 在多腔模中，分流道的布置可分为平衡式和非平衡式，以平衡式为佳。所谓平衡式的布置就是从主流道到各个型腔的分流道，其长度、形状、断面尺寸都对应相等。这种设计可达到各个型腔均衡的进料。 非平衡式布置的分流道如图所示。由于主流道到各个型腔的分流道长度各不相

14、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，使熔体从主流道流经不同长度的分流道，并经过断面大小不同的各型腔浇口产生相同的压降，达到使各型腔同时充满。根据实际经验，可能存在两种情况：存在的两种情况 型腔愈远，浇口愈大当分流道比较长，断面尺寸又较小时，熔体流至较远型腔会产生较大压降和温降；型腔愈远，浇口断面积应愈大，才能保证各型腔同时充满。 型腔愈远，浇口愈小一般当分流道断面尺寸较大时容易出现，因为分流道的流动阻力比浇口流动阻力小的多。从主流道流向分流道的熔体首先不会越过断面很小的浇口充满较近的型腔，而是首先充满整个分流道待压力升高后，再由远及近地充入各个型腔。这时型腔愈远，浇口

15、断面应该愈小。 此外在作分流道和型腔布置时，最好使塑料投影面积总重心和锁模力的重心相重合，如下图所示。 主流道的中心及偏心位置3.3.5.4浇口的设计 浇口是连接分流道和型腔或者说是塑件的桥梁，是整个浇注系统的最薄点。其形状和安放位置应根据各种实际需要来确定。确定浇口位置、大小、形状的各种因素影响 通常来讲，浇口应该小且易于脱模，易于与塑件分离。浇口与塑件的连接方式应保证塑件不变形，表面无疵痕。成型塑件几何形状 壁厚有关尺寸、外观质量及机械性能的要求流程/壁厚成型材料表观粘度温度流动特性填料收缩率综合因素变形熔合线易于脱模与塑件的分离费用2.小浇口的优点应用公式（3-23） （3-25） 小浇

16、口可以增加物料通过时的流速，同时浇口前后两端有较大的压力差，这样可以明显地降低某些非牛顿流体的粘度，使充模容易。 小浇口处有较大的摩擦阻力，塑料熔体通过浇口时，一部分能量变成摩擦热，使塑料熔体的温度明显升高，温度上升会降低表观粘度，增加流动性。 小浇口可以控制并缩短补料时间，从而降低制品内应力。 降低模塑周期。由于小浇口固化快在生产某些制品时，可以不待整个截面完全固化就可脱模，而无未固化的塑料从浇口倒流之虞。 在多腔模中，小浇口可以平衡各型腔的进料速度。 便于制件修整。3.小浇口的缺点必须采用三板模结构，增加了模具的复杂性；要求采用较高的注射压力；不适用于高粘度的塑料和粘度对剪切速率不敏感的塑

17、料；(4)不适用于厚壁塑料成型；4浇口类型（1）针点式浇口 又名橄榄形浇口、菱形浇口，是一种尺寸很小的浇口，针点浇口的直径为0.32mm，最常见为0.51.8mm；台阶长度0.52mm，常见为0.81.2mm。（2）潜伏式浇口 又名隧道式浇口，剪切浇口是由针点式浇口变而来的，它除了具备针点式浇口的特点外其进料部分一般选在制件侧面较隐避处，使不致影响制件的美观，浇口潜入分型面的上面或下面，沿斜向进入型腔，在顶出时流道和制件被自动切断。（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。边缘浇口具有矩形（或接近矩形）的断面形状。其宽度和厚度可以分别调整充模时的剪切速率和浇口封闭时间。典型

18、尺寸：深度为0.52.5mm通常取制品最大壁厚的1323，视材料的收缩情况和补缩需要而定；宽1.55mm，台阶长1.02.5mm视制件重量和材料流动性而定。（4）扇形浇口 是边缘浇口的一种变异形式，常用来成型宽度较大的薄片状制品。浇口沿进料方向逐渐变宽，厚度逐渐减薄并在浇口处减至最薄，塑料通过长约1mm的浇口台阶进入型腔，塑料经过扇形浇口在横向得到更均匀的分配，可降低制品的内应力和带入空气的可能性。扇形浇口与型腔连接处的浇口台阶宽而浅。常用的尺寸是深0.251.6mm宽6mm至浇口边型腔宽度的14浇口的横断面积不宜大于分流道的横断面积。（5）平缝式浇口 又称薄片式浇口，对于表面积更大的扁平状塑

19、件，由于塑件侧边很长，即使采用扇形浇口，因浇口宽度有限，也难以改善熔体沿塑件宽度可接近或等于塑件侧边长度。才能改善熔体流动的均衡性，保证获得平直塑件。成型后加工量大因而提高了产品的成本。尺寸，厚度0.250.65mm宽度为浇口边型腔的14至此边的全宽。浇口台阶长约0.65mm。（6）盘形浇口 它主要用于圆筒形制品或中间带有孔的制品。这样可使进料均匀，在整个圆周上取得大致相同的流速，空气容易顺序排出。同时避免了侧浇口型芯的对面的接缝。典型厚度0.251.6mm台阶长约1mm。（7）环形浇口环形浇口 上图表示环形浇口适于孔径较小的管状，筒形塑件浇口也成圆环形，但与盘形浇口的区别是：浇口开设在塑件外

20、表面，一端的侧周，分流道也成圆环形。环形浇口适于一模多腔，浇口长度，厚度与盘形浇口相同。（8）轮辐式浇口 它的适用范围类似于盘形浇口，但它是把整个圆周进料改成几小段圆弧进料。这样不但浇口去除方便，浇口回头料较少，同时还由于型芯上部得以定位而增加了型芯的稳定性。缺点是制件上带有好几条拼合缝，对制件强度有一定影响。浇口处的典型尺寸为：深0.84.8mm,宽1.66.4mm。（9）爪浇口 它是轮辐式浇口的一种变异形式，与轮辐式浇口的区别仅在于分流道与浇口不在一个平面内，它适用于管状制件，尤其适于制件内孔较小的管状制件和同心度要求高的制件。由于型芯的顶端伸入定模内，起到定位作用，避免了弯曲变形，保证了

21、同心度。（10）护耳式浇口 又名分接式浇口，小尺寸的内浇口虽然有一系列的优点，但易产生喷射，喷射造成制件的各种缺陷，或因在浇口附近有较大的内应力而引起翘曲，在浇口附近形成脆弱点。采用护耳式浇口通过小浇口的塑料由于摩擦生热可以改善其流动性，塑料冲击在凸出块对面的壁上，从而降低了速度，改变了流向，均匀地进入型腔。缺点是切除麻烦。护耳式浇口的典型尺寸为：凸出块的长度L1520mm，宽度WL/2，厚度为进口处型腔断面厚度的7/8，浇口在凸出块的侧面1/2处，宽1.63.2mm，深度与凸出块深度相同，台阶长1mm。当制品的宽度大时（300mm以上）可采取多个突出块。直接浇口 又叫中心浇口，主流道型浇口。由于它的尺寸大，故固化时间长，延长了补料时间，注射压力直接作用在制品上，容易产生残余应力。当采用这种浇口时，主流道的根部不宜设计的太粗，否则该处的温度高，容易产生缩孔，浇口去除后缩孔留在制品表面上。加工薄壁制品时，浇口根部的直径最多等于制品壁厚的两倍。浇口去除困难。但它的流体阻力小，进料速度快，常用于大型长流程的制品，如大型容器壳体或用于厚度大的制品，以利于补缩。5.塑件上浇口开设部位和数目的选择 浇口在塑件上开设的位置与数目，对制品的质量影响很大。因此在选择