第3章 注射模浇注系统课件

第3章注射模浇注系统3.1主流道的设计

3.2冷料穴设计

3.3分流道设计3.4浇口设计原则3.5浇口的类型浇注系统定义——指注射模中从主流道的始端到型腔之间的熔体进料通道。分类

普通流道浇注系统无流道凝料浇注系统

普通流道浇注系统

如图3—1所示为卧式注射机用注射模的普通流道浇注系统，另一类无流道凝料浇注系统。普通流道浇注系统的组成：主流道、分流道、浇口、冷料穴四部分。浇注系统的作用：使来自注射机喷嘴的塑料熔体平稳而顺利的充模、压实和保压。

3.1

主流道的设计

在卧式或立式注射机用的模具中，主流道垂直于分型面，其几何形状如图3-2所示。其设计要点如下:

①主流道轴线垂直于分型面，通常设计成圆锥形，其锥角对流动性较差的塑料可取α=2°～4°

以便于凝料从主流道中拔出。α=3°～6°

内壁表面粗糙度一般为Ra=0.63μm

②为防止主流道与喷嘴处溢料，主流道对接处紧密对接，主流道对接处应制成半球形凹坑，其半径

R2=R1+(1～2)mm

其小端直径

d2

=d1

+(0.5～1)mm

凹坑深

h=3～5mm

③为减小料流转向过渡时的阻力：主流道大端呈圆角过渡，其圆角半径

r=1～3mm。

④在保证塑料良好成型的前提下，在模具结构允许的情况下，主流道长度L应尽量短，否则将增多流道凝料，且增加压力损失，使塑料降温过多而影响注射成型。通常主流道长度由模板厚度确定，一般取L≤60mm。⑤由于主流道与塑料熔体及喷嘴反复接触和碰撞，因此常将主流道制成可拆卸的主流道衬套(浇口套)，便于用优质钢材加工和热处理。其类型有A型和B型[如图6—3(a)所示]，其中A型衬套大端高出定模端面H=5～10mm，起定位环作用，与注射机定位孔呈间隙配合(见图6—2)。⑥当浇口套与塑料接触面很大时，其受到模腔内塑料的反压增大，从而易退出模具，这时可设计成如图6—3(b)右侧所示结构，将定位环与衬套分开设计。使用时，用固定在定模上的定位环压住衬套大端台阶防止衬套退出模具。3.2

冷料穴设计

冷料穴的作用：贮存因两次注射间隔而产生的冷料以及熔体流动的前锋冷料，以防止熔体冷料进入型腔。

冷料穴的位置：

①冷料穴一般设计在主流道的末端；

②当分流道较长时，有时也在分流道的末端设冷料穴。

冷料穴的形状：

冷料穴底部常作成曲折的钩形或下陷的凹槽，使冷料穴兼有分模时将主流道凝料从主流道衬套中拉出并滞留在动模一侧的作用。

冷料穴的结构：常见的冷料穴有以下几种结构

(1)带Z形头拉料杆的冷料穴

这是一种常用的冷料穴，底部作成钩形，尺寸如图3-4(a)。

工作原理：塑件成型后，穴内冷料与拉料杆的钩头搭接在一起，拉料杆固定在推杆固定板上。开模时，拉料杆通过钩头拉住穴内冷料，使主流道凝料脱出定模；推出时，将凝料与塑件一起推出动模。

带Z形头拉料杆的冷料穴缺点：

①不能实现自动化操作

②有些制件由于结构的限制（如图3－5）不能侧向移动。

倒锥形或环槽形冷料穴

结构特征：图3-4(b)、(c)为倒锥形和环槽形冷料穴，凝料推杆也固定在推出固定板上。开模时靠倒锥或环形凹槽起拉料作用，然后由推杆强制推出。塑件与凝料不需侧向移动，可自动坠落，易实现自动化操作。

适应情况：这两种冷料穴用于弹性较好的塑料品种。(2)带球形头(或菌形头)的冷料穴

这种类型的冷料穴专用于推板脱模机构，如图3—6所示。

工作原理：塑料进入冷料穴后，紧包在拉料杆的球形头或菌形头上，拉料杆的底部固定在动模边的型芯固定板上，开模时将主流道凝料拉出定模，然后靠推板推顶塑件时，强行将其从拉料杆上刮下脱模。

适应情况：这两种冷料穴和拉料杆也主要用于弹性较好的塑料品种。(3)带尖锥头拉料杆及无拉料杆的冷料穴

①带尖锥头拉料杆冷料穴尖锥头拉料杆为球形头拉料杆的变异形式，这类拉料杆一般不配用冷料穴，而靠塑料收缩时对尖锥头的包紧力，将主流道凝料拉出定模。显然其可靠性不如前面几种，但由于尖锥的分流作用好，在单腔模成型带中心孔的塑件(如齿轮)时还常采用，为提高它的可靠性，可用减小锥度或增大锥面粗糙度来增大摩擦力(如图3—7所示)。

②无拉料杆的冷料穴图3—8所示为无拉料杆的冷料穴。

特点：在主流道末端开设一锥形凹坑，在凹坑锥壁上垂直钻一深度不大的小盲孔；开模时靠小盲孔内塑料的固定作用将主流道凝料从定模中拉出，脱模时推杆顶在塑件或分流道上，穴内冷料先沿小盲孔轴线移动，然后全部脱出。为使冷料能沿斜向移动，分流道必须设计成S形或类似带有挠性的形状。

3.3分流道设计

分流道——主流道与浇口之间的通道。在多型腔的模具中分流道必不可少，而在单型腔的模具中，如果只有一个浇口时，则可省去分流道。

设计时应考虑的问题：①尽量减小熔体在流道内的压力损失；

②尽可能避免熔体温度降低；

③同时还要考虑减小流道的容积。

(1)分流道的截面形状

常用的流道截面形状有圆形、梯形、U形和六角形等。在流道设计中要减少在流道内的压力损失，则希望流道的截面积大；要减少传热损失，又希望流道的表面积小。

流道效率——流道的截面积与周长的比值，该比值大则流道的效率高。各种流道截面的效率如图3—9所示：

圆形和正方形流道的效率最高。但是：

圆形截面流道：加工较困难，少用；

正方形截面流道：不易于顶出凝料，少用；

梯形截面流道：效率次之，但便于加工，又方便顶出，因此常采用梯形截面的流道。一般梯形流道的深度为梯形流道截面上端宽边的2/3～3/4，脱模斜度取5°～

10°。

U形和六角形截面流道:均是梯形截面流道的变异形式，六角形截面的流道实质上是一种双梯形截面流道。

半圆形截面流道:效率较差，但加工方便，还是常用。

当塑料熔体在流道中流动时，冷却会在流道管壁处形成凝固层，塑料的导热性又差，该凝固层起绝热的作用，使熔体能在流道中心畅通。以这一点考虑分流道的中心最好能与浇口中心位于同一直线上。图3—10(a)，所示的圆形截面流道能与浇口位于同一直线，而图3-10(b)所示的梯形流道则达不到这一要求。

从表中可见，对于流动性很好的聚乙烯和尼龙，当分流道很短时，分流道可小到2mm左右；对于流动性差的塑料，如丙烯酸类，分流道直径接近10mm。

多数塑料的分流道直径在4.8～8mm左右变动。

(2)分流道的尺寸

1）根据流动性粗略地估计因为各种塑料的流动性有差异，所以可以根据塑料的品种来粗略地估计分流道的直径，常用塑料的分流道直径如表3—1所示:

2）经验公式

①对于壁厚小于3mm，质量小于200g

的塑料制品，还可采用如下经验公式确定分流道的直径

(3—1)

式中D——分流道直径，mm；

m——制品质量，g；

L——分流道的长度，mm。

②以剪切速率、体积流率来计算当注射模主流道和分流道的剪切速率、浇口的剪切速率时，所成型的塑件质量较好。计算中使用如下经验公式

(3—2)

式中Re——为表征流道断面尺寸的当量半径，cm；

qv——体积流量，cm3/s；

(4)分流道与浇口连接形式

分流道与浇口通常采用斜面和圆弧连接[如图3—12(a)、(b)]，这样有利于塑料的流动和填充，防止塑料流动时产生反压力，消耗动能。

图6—12(c)、(d)为分流道与浇口在宽度方向连接;

(d)图所示因分流道逐步变窄，补料阶段冷却较快，产生不必要的压力损失，以(c)图形式较好。

3.4

浇口设计原则

浇口——连接流道与型腔之间的一段细短的通道。

作用：浇口是浇注系统的关键部分，起着调节控制料流速度、补料时间及防止倒流等作用。

重要性：浇口的形状、尺寸和进料位置等对塑件成型质量影响很大，塑件上的一些缺陷，如缩孔、缺料、白斑、熔接痕、质脆、分解和翘曲等往往是由于浇口设计不合理而产生的，因此正确设计浇口是提高塑件质量的重要一环。

影响因素：浇口设计与塑料性能、塑件形状、截面尺寸、模具结构及注射工艺参数等因素有关。

总的要求：使熔料以较快的速度进入并充满型腔，同时在充满后能适时冷却封闭。因此浇口截面要小，长度要短，这样既可增大料流速度，快速冷却封闭，又便于塑件与浇口凝料分离，不留明显的浇口痕迹，保证塑件外观质量。

浇口位置的选择需遵循下述原则：

(1)浇口尺寸及位置选择应避免熔体破裂而产生喷射和蠕动(蛇形流)

喷射和蠕动的产生：浇口的截面尺寸如果较小，正对着宽度和厚度较大的型腔，则高速熔体流经浇口时，由于受较高的切应力作用，将会产生喷射和蠕动等熔体破裂现象：

①在塑件上形成波纹状痕迹；

②在高速下喷出高度定向的细丝或断裂物，它们很快冷却变硬，与后来的塑料不能很好地熔合，而造成塑件的缺陷或表面疵瘢；

③喷射还使型腔内的空气难以顺序排出，形成焦痕和空气泡。

克服上述缺陷的办法：加大浇口截面尺寸，改换浇口位置并采用冲击型浇口.

冲击型浇口——浇口开设方位正对着型腔壁或粗大的型芯。这样，当高速料流进入型腔时，直接冲击在型腔壁或型芯上，从而降低了流速，改变了流向，可均匀地填充型腔，使熔体破裂现象消失。

图3—13中A为浇口位置，图(a)、(c)、(e)为非冲击型浇口，图(b)、(d)、(f)为冲击型浇口，后者对提高塑件质量、克服表面缺陷较好，但塑料流动能量损失较大。(2)浇口位置应有利于流动、排气和补料

①浇口应选在制件壁厚较大处

当塑件壁厚相差较大时，在避免喷射的前提下，为减少流动阻力，保证压力有效地传递到塑件厚壁部位以减少缩孔，应把浇口开设在塑件截面最厚处，这样还有利于填充补料。如塑件上有加强筋，则可利用加强筋作为流动通道以改善流动条件。

图3—14所示塑件：图(a)的浇口位置，塑件因严重收缩而出现凹痕；图(b)选在塑件厚壁处，可克服上述缺陷；图(c)选用直接浇口则大大改善了填充条件，提高了塑件质量。

②浇口位置应有利于排气

通常浇口位置应远离排气部位，否则进入型腔的塑料熔体会过早封闭排气系统致使型腔内气体不能顺利排出，影响塑件成型质量。如图3—15(a)所示浇口的位置，充模时，熔体立即封闭模具分型面处的排气空隙，使型腔内气体无法排出，而在塑件顶部形成气泡；改用图(b)所示位置，则克服了上述缺陷。(3)浇口位置应使流程最短，料流变向最少，并防止型芯变形在保证良好充填条件的前提下，为减少流动能量的损失，应使塑料流程最短，料流变向最少。图3—15(a)所示浇口位置，塑料流程长，流道曲折多，流动能量损失大，填充条件差。改用图3—15(b)所示形式和位置则可克服上述缺陷。图3—16(b)、(c)所示为防止型芯变形的进料位置。对有细长型芯的塑件，浇口位置应避免偏心进料，防止料流冲击而使型芯变形、错位和折断。如图3—16(a)所示为单侧进料，易产生此缺陷。(4)浇口位置及数量应有利于减少熔接痕和增加熔接强度

熔接痕——熔体流在型腔中汇合时产生的接缝，其强度直接影响塑件的使用性能。①在流程不太长且无特殊需要时，最好不设多个浇口，否则将增加熔接痕的数量。图3—17(a)中(A处为熔接痕)；对于轮辐式浇口可在熔接处外侧开冷料穴，使前锋冷料溢出，增加熔接强度，且消除熔接痕[如图3—17(a)]

；图3—17(b)中，对底面积大而浅的壳体塑件，为兼顾减小内应力和翘曲变形可采用多点进料。熔接痕方位

对熔接痕方位也应注意，如图3—18(a)所示为带圆孔的平板塑件，其左侧较合理，熔接痕(图中A处)短且在边上；右侧的熔接痕与小孔连成一线，使塑件强度大大削弱。熔接痕强度

图3—18(b)所示为大型框架塑件，其左侧由于流程过长，使熔接处的料温过低而熔接不牢，且形成明显的熔接痕，而右侧增加了过渡浇口，虽然熔接痕数量有所增加，但缩短了流程，提高了料头温度，增加了熔接痕强度，且易于充满型腔。(5)浇口位置应考虑取向作用对塑件性能的影响大分子取向后，会产生各向异性，平行于取向方向，强度↗，垂直于取向方向，强度↘。图3—19（a）为带有金属嵌件的聚苯乙烯塑件，由于塑件收缩使嵌件周围塑料层有很大周向应力，当浇口开在A处时，其取向方位与周向应力方向垂直，塑件几个月后即开裂；浇口开在B处，取向作用顺着周向应力方向，使应力开裂现象大为减少。利用分子高度取向作用改善塑件的某些性能

聚丙烯铰链几千次弯折而不断裂，要求在铰链处高度取向。在A的位置上，如图3—19(b)。

(6)浇口位置应尽量开设在不影响塑件外观的部位

浇口应开设在塑件的边缘、底部和内侧。

(7)流动比校核

最大流动距离比——指熔体在型腔内流动的最大长度与相应的型腔厚度之比，简称流动比。

型腔厚度↗，熔体所能够达到的最大流动距离↗。

流动比随熔体的性质、温度和注射压力而变化，表4—12列出常用塑料流动比的经验数据，供设计浇注系统时参考。若计算得到的流动比大于允许值，就需要改变浇口位置或增加塑件厚度，或采用多浇口等方式来减小流动比。在确定大型塑料制件浇口位置时，应校核塑料所允许的最大流动距离比.6.5浇口的类型

(1)直接浇口

如图3—21所示，这种浇口由主流道直接进料，故熔体的压力损失小，成型容易，因此它适用于任何塑料，常用于成型大而深的塑件。

冷料穴：在采用直接浇口时，为了防止前锋冷料流入型腔，常在浇口内侧开设深度为半个塑件厚度的冷料穴。

缺点：由于浇口处固化慢，容易造成成型周期延长，产生较大的残余应力，超压填充，浇口处易产生裂纹，浇口凝料切除后塑件上疤痕较大等缺陷。直接浇口为非限制性浇口，而其他类型的浇口则为限制性浇口。

塑料种类（D~d为大小端直径）m<85g85g<m<340gm≥340g

dDdDdD聚苯乙烯2.54.03.06.03.08.0聚乙烯2.54.03.06.03.07.0ABS2.55.03.07.04.08.0聚碳酸酯3.05.03.08.05.010.0

直接浇口的尺寸受塑料种类和塑件质量的影响，常用塑料的经验数据见表3-3：(2)矩形侧浇口

矩形侧浇口一般开设在模具的分型面上，从制品的边缘进料，因此又称为边缘浇口。

侧浇口的厚度决定着浇口的固化时间，在实践中通常是在容许的范围内首先将侧浇口的厚度加工得薄一些，在试模时再进行修正，以调节浇口的固化时间。

矩形侧浇口广泛应用于中小型制品的多型腔注射模。

优点：截面形状简单、易于加工、便于试模后修正。

缺点：在制品的外表面留有浇口痕迹。

矩形侧浇口尺寸的确定：

矩形侧浇口尺寸由其厚度h、宽度b和长度L决定。确定侧浇口厚度h(mm)和宽度b(mm)的经验公式如下：

h=nt

(3－5)

(3－6)式中：t——塑件壁厚，mm；

n——与塑料品种有关系数，见表3—4；

A——为塑件外表面面积，mm2

。塑料品种n塑料品种nPEPS0.6PAPMMA0.8POMPCPP0.7PVC0.9

(3)扇形浇口

扇形浇口是矩形侧浇口的一种变异形式，如图3—23所示。

适应情况：成型大平板状及薄壁塑件时，采用扇形浇口，可使料流均匀，能减小塑件的翘曲变形。

一般侧浇口的尺寸为：

h=0.5～1.5mm，

b=1.5～5.0mm，

L=1.5～2.5mm。对于大型复杂的制件：

h=2.0～2.5mm(约为塑件厚度的0.7～0.8)b=7.0～10.0mm，

L=2.0～3.0mm。从这组经验数据可以看到，侧浇口的宽度与厚度的比例为

b/h=3：1

设计：在扇形浇口的整个长度上，为保持断面积处处相等，浇口的厚度应逐渐减小。

1）扇形浇口的宽度

按式(3－6)计算，为了能够充分发挥扇形浇口在横向均匀分配料流的优点，可以采用比计算结果更大的浇口宽度。如图3—23所示。

2）浇口出口厚度h1

计算与矩形侧浇口厚度的计算公式相同[用式(3—5)计算]。

3）浇口入口厚度h2

按下式计算：

(3-7)

式中h1

——浇口出口厚度，mm；

D——分流道直径，mm。

4）注意事项

①浇口的截面积不能大于分流道的截面积，即

(3-8)

②因为扇形浇口的中心部位与浇口边缘部位的流道长度不同，所以塑料熔体在中心部位和两侧的压力降与流量也不相同，为了达到一致，图(b)中增加了扇形浇口两侧的厚度，这种做法使浇口的加工要困难一些，但有助于熔体均匀地流过扇形浇口。

5)扇形浇口的长度可比矩形侧浇口的长度长一些

L=1.3～6.0mm

(4)膜状浇口

膜状浇口用于成型管状塑件及平板状塑件，其特点是将浇口的厚度减薄，而把浇口的宽度同塑件的宽度作成一致，故这种浇口又称为平面浇口或缝隙浇口。

(5)轮辐浇口

轮辐浇口将整个圆周进料改为几小段圆弧进料，这样浇口料较少，去除浇口方便，且型芯上部得以定位而增加了稳定性，克服了圆环形浇口难去除和型芯定位不良的缺点，它也适用于圆筒形塑件。

缺点：增加了熔接痕，对塑件强度有一定影响。

(6)爪形浇口

爪形浇口是轮辐式浇口的变异形式，在型芯头部开设流道，分流道与浇口不在同一平面内，主要用于塑件内孔较小的管状塑件和同轴度要求高的塑件，由于型芯顶端伸入定模内起定位作用，避免了弯曲变形，保证了同轴度。

(7)点浇口

点浇口又称针点浇口，是一种在塑件中央开设浇口时使用的圆形限制性浇口，常用于成型各种壳类、盒类塑件。

优点：

①浇口位置能灵活地确定，浇口附近变形小；

②多型腔时采用点浇口容易平衡浇注系统；

③对于投影面积大的塑件或易变形的塑件，采用多个点浇口能够取得理想的效果；

④浇口在开模时自动切断。

缺点：

①由于浇口的截面积小，流动阻力大，需提高注射压力，适用于成型流动性好的热塑性塑料；

②采用点浇口时，为了能取出流道凝料，必须使用三板式双分型面模具或二板式热流道模具，费用较高。

尺寸设计1）经验公式

点浇口截面为圆形，一般点浇口的截面积与矩形侧浇口的截面积相等，设点浇口直径为d(mm)，则：

即

(3-9)

式中n——与塑料品种有关的系数，见表6—4；

t——塑件壁厚，mm；

A——塑件外表面积，mm2

2）经验值见图3－26

浇口直径

d=0.5~1.8mm

浇口长度L=0.5~2.0mm

为了防止在切除浇口时损坏制品表面，可采用图(b)的结构。

在成型薄壁塑件时若采用点浇口，则塑件易在点浇口附近产生变形甚至开裂。为了改善这一情况，在不影响使用的前提下，可将浇口对面的