浇注系统设计

浇注系统设计重点：浇注系统作用和流道设计原则冷料井作用常用浇口形式常用分流道截面形式如何确定浇口位置重点、难点难点：浇口位置选择浇注系统是指模具中，从注射机喷咀起，到模具型腔入口为止的塑料熔体的流动通道，或者是指在这个流动通道內冷凝的固体塑料。概述浇注系统分为普通浇注系统（冷流道）以及热流道系统两大类型。概述浇口主流道分流道普通流道系统包括:主流道、分流道、冷料井和浇口。普通浇注系统设计

(FeedSystem)主流道(sprue)为了方便脱模，主流道设计成锥形，具有2～6°的锥度。D1＜D2

D2＝D1＋（0.5～1）［mm］R1＜R2

R2＝R1＋1～2［mm］D1:喷嘴孔径

D2:注口衬套孔径

R1:喷嘴顶端SR

R2:注口衬套SR合理不合理主流道经常与高温喷咀接触，故温度最高，应该加强冷却。由于主流道的入口经常与高温喷咀接触、碰撞，所以一般把主流道部分作成可单独更换的主流道衬套，以便容易更换或选用较好的钢材或单独地热处理。另一原因是为了防止定模底板和型腔板之间溢料。主流道设计主流道设计对角式注射机用的模具，因为主流道开在分型面上，故主流道设计成等粗圆形。并把和注射机的接触部分作成一个镶块，以便单独利用硬度较高的钢材，或单独进行热处理。模具中设计定位环的目的是保证模具的顺利安装和保证模具的主流道中心线与注射机的喷咀的中心线对中。定位环和注射机定模板上定位孔的配合形式为动配合或直接在定位环的直径上减一个下偏差0.1到0.3mm，这视定位环直径的大小。定位环设计定位环有时和主流道衬套设计成一个整体。但更常见的情况是分开设计。定位环一端要倒角。(右图)由于定位环被压在注射机定模板上，故能承受很大的塑料熔体对主流道衬套的反作用力。（左图)用螺钉紧固的方法也能使主流道衬套承受较大的力。如果熔体对主流道衬套的作用力较小，则只靠注射机喷咀的力己足够。定位环设计定位环和主流道衬套都用螺钉固定冷料井冷料井(cold_slugwell)（冷料穴）冷料井是为了储存前锋冷料而设计的。对主流道末端的冷料井，一般设计在动模一边，其尺寸随主流道的斜度继续增大，更有利储存冷料。其大小与制品大小有关，分流道冷料井长度一般5～8mm。冷料井冷料井作成一锥形凹坑，为了能拉出浇注系统凝料，在锥形凹坑的锥壁上平行于锥边钻一深度不大的小孔，开模时靠这个小孔把主流道凝料拉出。要脱出主流道凝料，则必须先沿小孔轴线移动，故分流道必须设计成S形或类似的容易变形的形状。冷料井一模两件主流道设计：拉料杆拉料杆(spruepuller)的设计目的是在开模时把主流道凝料从主流道中拉出使其和制品一起留在动模。Z字形拉料杆(spruepullerz_shaped)

拉料杆固定在顶出板上，开模时，和动模板一起移动把浇注系统凝料从主流道中拉出，顶出时再把浇注系统凝料从动模中顶出。如果安装得当，拉料杆的侧凹朝下，制品可以自动落下。否则，需要用手把制品转动一个方向。可用于脆性塑料。主流道设计：拉料杆如果由于制品形状的限制，在开模时制品无法在垂直于开模的方向上移动，则不能采用Z字形拉料杆。原因?主流道设计：拉料杆倒锥形冷料井及拉料杆(spruepullerconical-headed)：利用倒锥拉出浇注系统凝料。顶出时强制顶出。适用于何种塑料?如何安装?适用于弹性较好的塑料品种；固定于顶出板上。主流道设计：拉料杆环形槽冷料井(spruegroove):利用环形槽拉出浇注系统凝料。顶出时强制顶出。适用于何种塑料?如何安装?适用于弹性较好的塑料品种；固定于顶出板上。1.定模2.推件板3.拉料杆4.动模5.推块不像Z字形拉料杆被固定在顶出板上，而是固定在型芯固定板上。开模时随动模一起移动，顶出时并不随顶出板移动，由顶杆推动推板把浇注系统凝料从拉料杆上刮下。主流道设计：拉料杆球头形拉料杆(Spruepullerball-headed)动作原理是什么？如何固定？主流道设计：拉料杆球头形拉料杆的变异形式：菌形拉料杆1.定模2.推件板3.拉料杆4.动模其作用和固定方式与球形拉杆相似。1.定模2.推件板3.拉料杆4.动模5.推块用于成型单型腔带中心孔的制品（如齿轮模具），头部为锥形起到很好的分流作用。但是，无冷料井,靠塑料的收缩包紧力把主流道凝料从主流道中拉出，故不可靠。主流道设计：拉料杆球头形拉料杆的变异形式：锥形拉料杆如何提高可靠度？改进的方法有减小锥度或增加锥面的粗糙度。分流道设计分流道（Runner)设计一般只在多腔模或者一模多点进浇时才设计分流道。要求是：利于充模、补料、冷却、易脱模、省料、尽量让塑料熔体均匀地被分配到各个型腔。从充模和补料的角度：分流道应短而粗从省料的角度：分流道尺寸越小越好从冷却的角度：分流道尺寸也不能太大具体如何设计尺寸？综合考虑分流道设计分流道断面形状半圆形和矩形:比表面积较大，故不常采用。a.圆形b.梯形c.U字形d.半圆形e.矩形分流道设计圆形:比表面积小（流道表面积与体积之比为比表面），阻力小，热量不容易散失，从这点来看是最好的。但是，两个半圆不易对中，对常规制造来说比较困难。由于目前加工技术的进步，这已经不再是问题，故圆形截面流道是一种常用的流道。单位

mm标准尺寸46(7)8(9)1012d467891012分流道设计U形流道:常用的分流道截面形式，热量和压力损失均不太大。H=（1～1.25）×R，侧壁5～10o斜度。单位：mm标准尺寸46(7)8(9)1012R233.544.556H467891012分流道设计梯形:常用的分流道截面形式，热量和压力损失均不太大与U形流道相似。H=(1~2/3)W,X=3W/4或者保持侧壁5~10o斜度。单位：mm标准尺寸46(7)8(9)1012W467891012H34.055.56.078由求出各段流道的压力降,总压力降为各段压力降之和。经过计算后，如果总压降小于100MPa,则可以减小流道的尺寸。反之则加大流道的尺寸。结合非牛顿指数n算出表观剪切速率，由图表查出表观粘度りa，再由幂律方程求出剪切应力。分流道设计---尺寸计算（补充）分流道尺寸的确定假设一般注射机的注射压力为150MPa,对中等尺寸制品要求型腔入口压力为50MPa即可,即允许流道中有100MPa的压力损失。先对流道预设一个尺寸，计算总体积，求出体积流量。一般各段分流道的尺寸是逐级减小的。具体计算是以单位流道长度的压力降相等为依据的。分流道设计---尺寸计算（补充）流量和压降的关系是：如果各段单位流道长度的压力降相等，即相等，则有大部分情况是：故若是牛顿流体n=1

若n=1/3则可以看出R1和R2相差不大，为加工方便，相等也行。分流道尺寸与塑料品种、制品大小及形状等有关。对圆形分流道，截面直径一般在5~10mm之间。对流动性特别好的塑料如：PP、PE、PA等，如果分流道的长度又短，其直径可小到ф2；对流动性差的塑料可大于ф10。分流道尺寸确定以制品重量为确定流道尺寸的依据标准分流道尺寸（mm）成形制品重量（g）4856340810340以上12大型需综合考虑:比如制品材料、制品形状、壁厚、流动距离等分流道尺寸确定以制品投影面积为确定流道尺寸的依据标准流道尺寸（mm）成型制品投影面积(cm2)<710以下750（7﹒5）20085009800101200需综合考虑:比如制品材料、制品形状、壁厚、流动距离等分流道设计---布置方式分流道的布置方式（对多腔模）有平衡式布置和非平衡式布置。这几种属于非平衡式还是平衡式？分流道设计---布置方式尽量设计成平衡式流道系统，即从主流道到各个型腔的分流道的长度、形状和截面尺寸都对应相等。使塑料熔体能以相同的压力，在相同的时间内到达各个型腔，在相同的时间封闭浇口，使补料时间也相同，从而加工出性能完全相同的制品。对平衡式流道，各断面尺寸和长度的误差最好控制在1%以内。分流道设计---布置方式如果到各型腔的各流道对应的断面形状和尺寸不同，则是非平衡式流道。在非平衡流道中，如果浇口的尺寸相同，则在充模时，是先充满离主流道较远的型腔，还是先充满离主流道较近的型腔？分流道设计---布置方式对非平衡式流道，通过修浇口和修流道来都可以达到流动平衡。哪个更好:修浇口和修流道?修浇口：虽然可以达到平衡进料，但不能保证浇口同时冻结，从而使各型腔的补料时间可能不一样，各个型腔的产品尺寸和性能也就可能不一样。修流道：可以使各个浇口入口处的压力相等，补料相同。所以，不但进料平衡，而且补料也平衡。修流道更合理分流道设计---布置方式非平衡分流道的优点是可以缩短分流道的总长度。在塑料熔体流入型腔之前，最好在分流道上也设置冷料井储存前锋冷料。在布置分流道时，最好让塑料和分流道的投影面积的重心与锁模力的重心相重合。对一模同时生产不同制品的情况，应该使各型腔的充模时间相同为依据来计算。浇口设计浇口(Gate)作用：物料在浇口处先于流道冻结，可防止倒流；对多腔模可平衡进料；对单腔多点进浇的模具，不同的进浇点可控制熔合线位置；可控制熔体流速。浇口尺寸在制品大小相同的非平衡浇注系统中，各浇口应有相同的平衡浇口值：BGV（BalancedGateValue)Sg:浇口截面积LR：流道长度Lg：浇口长度先设一个浇口尺寸，按BGV相同，算出另外的浇口尺寸。一般浇口的截面积大约等于分流道截面积的0.03~0.09，一般取0.07。浇口的截面形状为矩形或圆形，浇口的长度一般为0.5~2.5mm.浇口的作用是什么?浇口设计浇口的断面尺寸也可以用剪切速率的办法来确定，比如取ŕ=103~105S-1，ŕ的具体取值视聚合物不同而异。物料热稳定性差、高粘度：物料非牛指数n小：例如：POM热稳定性差，性能接近于牛顿流体，所以ŕ最大取6X103S-1。对MI=4~6g/10min的HDPE，其最大的ŕ取5X105S-1。对重量不同的制品，可以用下面的式子计算。浇口的尺寸虽然很小，但是和分流道相比其压力损失仍是比较主要的，故应该注意其尺寸的精度。ŕ取小值ŕ取大值，因为n小的熔体对ŕ较敏感，故提高ŕ能有效地降低粘度，有利于充模。浇口设计浇口断面尺寸对流动性的影响决定于原料的牛顿性与非牛顿性或者是原料对剪切速率和温度的敏感性。在注射速率一定的情况下，浇口断面尺寸的增大反而会减小充模速率，但压力损失会减小。在任何情况下，减小浇口的长度尺寸，都是有利的，这降低了流动的阻力，对充模有利。小浇口优点小浇口虽然使流动阻力增加，但小浇口有以下的一些优点：提高流速，增大剪切速率，降低表观粘度，使充模容易。这对一些对剪切速率敏感的原料有利，比如PE、PS等。流动摩擦增大，发热使温度上升，粘度下降，提高流动性。缩短补料时间，降低制品的内应力。小浇口的固化时间短，在生产某些制品时，可以不待整个截面完全固化，就可顶出，而不用担心熔体从浇口的倒流。在多腔模中，可以平衡各型腔的进料速度。因为小浇口的阻力比分流道的大，从而可以保证先充满分流道，然后再充型腔。小浇口更容易与制品分离，切除后的疤痕较小。浇口设计---不宜用小浇口的情形下述情况不宜用小浇口：由于小浇口流动阻力大，某些高粘度和其表观粘度对剪切速率不太敏感的物料，不宜采用小浇口。一般对大型制品（多浇口除外）或者壁较厚、收缩率大的制品，为了增加补料的时间，也要加大浇口的尺寸。热敏性物料（如RPVC）不宜用小浇口，因小浇口会导致大量发热而可能使物料分解。浇口类型---针点浇口（PinPointGate)浇口的类型针点浇口（PinPointGate）（橄榄形浇口、菱形浇口）属于小浇口，开设位置灵活，在开模时能自动地从制品上切断、分离，且浇口痕迹小。必须用较复杂的三板式模具。对左下图中末端的台阶是为了不损伤制品。对大型制品，可以采用多点进浇，以缩短流程，降低流动阻力，减少翘曲变形。对薄壁制品，因为浇口处的剪切速率高，造成的很高的内应力，甚至造成应力开裂。为避免此种情况的出现，可以在浇口的对面加大壁厚，并呈圆弧形过渡。浇口类型---针点浇口（PinPointGate)浇口类型---潜伏式浇口潜伏式浇口(tunnelgate\submarinegate)又名：隧道式浇口、剪切浇口。由针点式浇口演变而来,有针点浇口的特点,另外,其位置一般选在制品的较隐蔽处,不影响制品的外观。浇口没有开在分型面上，在顶出或开模时，浇口能被自动切断。故有较强的冲击力，对强度高、韧性好的塑料不宜采用此种浇口。浇口在何时被切断？浇口设计—边缘浇口边缘浇口（又名侧浇口）（Edge/SideGate)。此类浇口的封闭时间由厚度尺寸决定,剪切速率由宽度尺寸决定。多用于一模多腔，在制品侧边有明显的浇口痕迹。优点：制造容易，易于修整，易保证精度。对中小制品,浇口厚度尺寸为0.5～2mm,宽1.5～5mm,长0.5～2mm.对大型制品,浇口厚度尺寸为2.0～2.5mm,宽7～10mm,长2～3mm.或者：h=k·tk-是材料系数；t:制品硬度；A-是凹模边的型腔表面积，其单位决定了w的单位。浇口设计—边缘浇口背光板浇口设计---扇形浇口扇形浇口（FanGate)它是侧浇口的一种变异形式，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，厚度逐渐变薄，并在快进入型腔处变至最薄。这种浇口可以使进料更均匀，可降低制品的内应力和带入空气的可能性。浇口的厚度为0.25～1.6mm,宽度取6mm以上,但不要大于浇口边型腔宽1/4。浇口设计---平缝式浇口平缝式浇口(薄片浇口\膜片浇口)（FilmGate)用于大面积的扁平制品，可以减少制品的内应力，减少了因取向而发生翘曲的可能性。但和扇形浇口一样，浇口切除的工作量大。浇口的厚度为0.25～0.65mm或者取为0.7kt（k为材料系数，t为壁厚）,宽度为浇口边型腔宽度的1/4至全宽。浇口在流动方向上长度为1～1.5mm。浇口设计---圆环形浇口圆环形浇口（RingGate)用来成型圆筒形或中间带有孔的制品。这种浇口可以使制品的整个圆周上均匀地进料,使排气更容易。此种浇口切除困难，可以用车削或冲头去除浇口料(b,c)。b图为对内孔要求较高的制品,在外搭接一块,而在端面切除浇口,也叫隔膜式浇口(DiaphragmGate).d图成型通孔制品,中间型芯同时也起分流作用.e图为旁侧进料的环形浇口,不能完全避免熔结缝.此制品有无熔接缝？无熔接缝浇口设计---轮辐式浇口轮辐式浇口（SpokeGate/SpiderGate)和圆环形浇口比较，这类浇口去除方便，回头料少；型芯的上部可以得到比较好的定位。此制品有无熔接缝？有四个熔接缝浇口设计---爪浇口爪形浇口(PawGate)这是轮辐式浇口的一种变异形式，只是分流道和浇口不在一个平面内。适用于内径较小的管状制品，由于型芯可以得到定位，故保持了较高的同心度。浇口设计---护耳式浇口护耳式浇口(分接式浇口)(TabGate)直接开在制品上的小尺寸浇口有一些优点，但容易产生喷射，而且浇口附近的内应力也比较大。护耳式浇口就是一种改进的小尺寸浇口。同样熔体通过小尺寸的浇口处能很好地改善其流动性，但熔体并不是直接进入型腔，而是进入制品上的凸出块上，使熔体流动转向，减速，再均匀地进入型腔，能有效地避免喷射。缺点：难以去除。如果制品尺寸太大（大于300mm），也可以采用多个凸出的块。常用于PC、ABS、PMMA等塑料的成型。浇口设计---护耳式浇口对凸出块，Z=1.5D,厚为0.9t，宽Y=D，t为制品的壁厚；或者，Z=15～20mm,Y=Z/2，厚度为进浇处型腔断面厚的7/8。浇口在凸出块侧面的1/2处。浇口宽1.6～3.2mm,厚与凸出块相同，浇口长约1mm。浇口设计—直接浇口直接浇口(中心浇口\主流道型浇口)（DirectGate/SprueGate)此种浇口尺寸大，固化时间和补料时间长，注射压力直接作用在制品上，故残余应力大。浇口的根部不能设计得太粗，因此处温度高易产生缩孔，浇口去除后，缩孔直接暴露在制品的表面。如果成型薄壁制品，浇口根部的直径最多取壁厚的2倍。此种浇口因尺寸大，流动阻力小，进料快，常用于大型长流程的制品。也可以用于粘度较高的制品，比如：PC和PSU。制品主流道末端加工一球形冷料井，且在制品进浇处有一凹进去的平台，以便切除流道凝料后没有高出制品平面的部分。浇口设计---搭接浇口（补充）搭接浇口（OverlapGate)料流进入浇口后先转弯再进入型腔，可以避免产生喷射。a=0.5～0.75mm,h=kt,w=b=h+w/2A为型腔表面积，t为壁，k为物料系数。浇口位置选择选择浇口位置的时候应充分考虑熔体在流道和型腔中的流动、填充顺序、冷却和补缩等因素。具体讲应有以下几个方面：喷射取向排气补料熔结痕流动充模型芯变形浇口位置选择流体呈扩展流,避免熔体喷射(Jetting)小尺寸浇口如果正对着宽度和厚度尺寸都比较大的型腔，则高速、高剪切速率的熔体会产生喷射，造成表面缺陷。另外喷射还会使型腔中的空气难以顺序地被排出，而产生空气泡或焦痕。流体从一受限的小区域到一大区域后形成的弯曲似蛇的流痕。浇口位置-喷射避免的办法：加大浇口的断面尺寸，使熔体出浇口发生出模膨胀后的尺寸大于型腔的相应尺寸。浇口位置-喷射避免的办法：用冲击型浇口。即让浇口正对着型腔壁或粗大的型芯，使塑料熔体进入型腔后改变流动方向，降低流速，均匀地充模。搭接浇口和护耳式浇口有此功效。分子取向对制品性能的影响(机械性能\收缩率\翘曲等)一般对注塑件不希望有太大的取向度。因为取向度在垂直于流动方向和平行于流动方向会有很大的差异，这相应会造成制品性能和收缩的很大差异。下图中不同的进浇位置,有什么不同结果?浇口位置-取向浇口开在A位置，分子沿上下方向取向，制品的周向强度则很差，而金属镶嵌件造成的很大的应力使制品很快开裂。相反浇口开在B位置则分子沿周向取向，使周向的强度大大提高，减小了开裂的可能性。翘曲变形的原理如下图：浇口位置-取向中心浇口PE矩形盖翘曲变形例子浇口位置-取向防止翘曲变形措施一般流动距离愈长，则取向的程度会愈大，造成的内应力就越大，翘曲变形的可能性就越大。因此对一些大型制品可以增加浇口的数量，以减小熔体的流程。改变进浇方式,如图b,c浇口位置-取向有时我们也可以用制品的取向来改善制品的性能，满足使用要求。典型的例子是带铰链的PP制品，成型后应马上对铰链进行折叠，使其拉伸取向。浇口位置-取向另一个例子是成型杯状制品，为了加大周向的强度，而在成型过程中，使型芯旋转让分子在制品的周向上取向。浇口位置-流动排气补料有利于流动、排气和补料从流动的角度，在不产生喷射的前提下，可以把浇口开在截面较厚的地方。如果有加强筋，则可以利用加强筋处的流动阻力较小来改善塑料的流动性。下图中的制品，由于有加强筋的地方阻力小，流动性较好，故在顶部形成气囊。可以在顶部开设一条纵向的筋来改善顶部的流动性。浇口位置-流动排气补料在塑料熔体充模的过程中，如果空气不能完全从型腔中排出，则将使制品产生一些缺陷，比如：气泡、疏松、充模不满、熔接不牢和被压缩的气体的高温把塑料烧焦。故从排气的角度，应让型腔里空气完全有序地排出。而且尽量利用顶杆间隙、活动型芯间隙或者分型面等来排气。否则应在塑料熔体最后充模的地方设置排气槽或者排气孔。其尺寸应小于所用塑料的溢料间隙。由于型腔的各通道处的阻力不一样，故熔体最后到达的地方不一定是离浇口最远的地方，往往是阻力最大的地方，也即是型腔壁最薄的地方。这些地方如果不能利用本身的结构来排气，则应设排气槽。从有利于补料的角度，浇口应开在截面最厚的地方。因为此处是最后凝固的地方，收缩最大，故加强补料。浇口位置-流动排气补料上图中有波浪线的地方表示熔结缝，也就是熔体最后充满的地方。从排气的角度，图c是最好的进浇方式。而图a,b中的情况，就必须采取排气措施。比如：在图a中有波浪线的地方设顶杆或开排气孔。或