塑料模现代设计5

§3.3浇注系统设计三、无流道浇注系统概念：无流道浇注系统是利用加热或绝热的办法，使从注射机喷嘴起到型腔入口为止这一段流道中的塑料一直保持熔融状态，从而在开模时只需取产品，而不必取浇注系统凝料。不需修剪浇口，省去浇口料挑选、粉碎、回收等工序，大大节省了人力缩短成型和脱模周期，有利于实现自动化生产，提高生产率、降低成本压力损失小，可低压注射，同时有利于压力传递、提高塑件质量基本上实现了无废料加工，节约塑料原料优点：缩短了模具的开模行程，提高了设备对深腔塑件的适应能力缺点：模具结构复杂、制造成本高，小批量生产时效果不大模具的设计和维护较难，生产中模具易产生各种故障对制件形状和使用的塑料适应性不广对于多型腔模具，采用无流道成型技术难度较高第一页，共三十七页。§3.3浇注系统设计设计原则：对温度不敏感，低温下易流动成型，高温下具有优良的热稳定性对压力敏感，不加注射压力不流动，但在低压下易流动热变形温度较高，制品在较高温度下可快速固化从模具内顶出塑件的热量应能迅速向模具传导，故热传导性能要好比热容小，塑料既易熔融又易凝固※原料：

※

流道和模体必须实行热隔离

※热流道板材料最好选用稳定性好、膨胀系数小的材料

※合理选用加热元件

※在需要的部位配备温度控制系统

※模具结构复杂，在设计时应考虑装拆检修方便第二页，共三十七页。§3.3浇注系统设计分类：单型腔井式喷嘴注射模多型腔的绝热流道模点浇口主流道型浇口绝热流道模单型腔延伸式喷嘴热流道模外加热式多型腔热分流道模内加热式热分流道模阀式浇口热流道模热管式热流道模热流道模第三页，共三十七页。§3.3浇注系统设计(一)绝热流道注射模具

模具的主流道和分流道都很粗大，模具不需加热，主要靠料流的冷硬层绝热保持流道内塑料的熔融状态。1.井坑式喷嘴(井式喷嘴、绝热主流道)在喷嘴与模具入口间加有主流道杯3（井坑），适用于单型腔模具。由于主流道杯内的物料层较厚，而且被喷嘴和每次通过的塑料不断地加热，所以其中心部分保持流动状态，允许物料通过。浇口离热源喷嘴甚远，这种形式仅适用于操作周期较短(3~5次/分钟)的模具。井坑式喷嘴用于加工温度范围较宽的塑料品种，如聚乙烯，聚丙烯等，但对聚苯乙烯、ABS等塑料则比较困难，对聚甲醛、硬聚氯乙烯等热敏性塑料则不适用。1－注射机喷嘴2－定位环3－主流道杯4－定模5－型芯第四页，共三十七页。§3.3浇注系统设计主流道杯尺寸：杯内塑料容积应为制件重量的1/2左右。流道杯料腔的直径不宜过大，否则在注射时，由于塑料反压力，使喷嘴后退而发生漏料。第五页，共三十七页。§3.3浇注系统设计结构改进：防主流道杯中熔体凝固过量，使浇口堵塞开模分离型：开模时使流道杯同喷嘴一道与模具主体稍微分离，可避免流道杯中的塑料因向模具传热而凝固。延伸喷嘴加热型：使高温的喷嘴前端伸入流道杯中一段距离的设计便于清理型：同上，且在停车时，可使流道杯中的凝料随喷嘴拔出1－定位环2－主流道杯3－注射机喷嘴4－型芯5－压缩弹簧6－定模第六页，共三十七页。§3.3浇注系统设计2.多型腔的绝热流道模具(绝热分流道模具)主流道和分流道都作得特别粗大，其断面呈圆形，分流道直径φ13~30mm，成型周期长的宜取大值。熔融料最后通过尺寸较小的浇口进入型腔。由于塑料的导热性甚差，因此流道内的塑料仅表层冻结，内芯保持熔融状态。停车后流道内的塑料即全部冻结，故在分流道的中心线上应设置能快速启闭的分型面，在下次开车前必须打开此分型面，并彻底清理全部凝料。流道内所有转弯交叉处都要圆滑过渡，减小流动的阻力。

1－定模底板2－流道板3－浇口衬套4－绝热层5－定模型腔板6－型芯多型腔绝热流道模具第七页，共三十七页。§3.3浇注系统设计(1)主流道型浇口绝热流道模具特点：浇口的始端向流道内凸出，深入分流道的中心，从流道芯部进热料，能有效避免浇口冻结注意：尽量减少流道板和浇口衬套与型腔板的接触面积，来减少接触传热。缺点：塑件上带一小段浇口凝料待后序处理图a：列有主要尺寸图b：在主流道衬套始端周围装有加热圈，可用于成型周期较长的模具1.5~14°衬套加热第八页，共三十七页。§3.3浇注系统设计(2)点浇口绝热流道模具特点：脱模时制件从浇口处断开，不必再进行修整。缺点：浇口处易冻结失效。只能用于成型周期甚短和容易成型的塑料品种。为了克服这一缺点，可在模具给料喷嘴处安放加热装置。121－主流道衬套2－冻结层3－熔融塑料4－定模底板5－流道使用时的锁链6－导柱7－导套8－型芯固定板9－动模垫板10－型芯11－脱模板12－定模型腔板第九页，共三十七页。§3.3浇注系统设计对浇口进行加热，但分流道仍然处于绝热状态探针不能与浇口的边壁相碰，否则其尖端的温度迅速降低浇口处的物料既不能凝结也不能因温度过高而发生流延和拉丝现象分流道的主体部位无加热器，应设置流道分型面，以便在停车后清理流道凝料模具流道部分的温度(M段)亦应高于型腔部分的温度(N段)。三角形的翼片可保证其对中性蝶形弹簧控制加热探针上下运动第十页，共三十七页。§3.3浇注系统设计(二)热流道注射模具分流道带有加热器的热流道是无流道模具的主要形式模具不受塑件成型周期的限制停机后也不需打开流道板取出流道凝料，开车时再加热即可对流道的加热装置、温度调节系统、模具绝热措施要求更严注意防止浇口的凝固和流涎现象适用的塑料品种范围甚宽分流道中压力传递好，可以降低塑料成型温度和注射压力，这样减少了塑料的热降解，又降低了制品的内应力模具内设加热器，使浇注系统塑料一直保持熔融状态第十一页，共三十七页。§3.3浇注系统设计1.单型腔延伸式喷嘴热流道模具将喷嘴延伸至浇口附近，采用点浇口进料，只能用于单型腔注射模喷嘴与型腔间采用(a)塑料绝热或(b)空气绝热(a)喷嘴伸入模具直到浇口附近，喷嘴2与模具之间有一圆环形承压面A，此面积宜小，以减少二者间的热传递。喷嘴的球面与模具间留有不大的间隙，此间隙为塑料所充满起绝热作用。间隙最薄处在浇口附近，厚约0.5mm，最大不能超过1.5mm，若厚度太大则浇口容易凝固绝热间隙的投影面积不能过大，否则注射时反推力将超过注射座移模油缸的推力，喷嘴后退造成漏料。浇口尺寸一般为0.75～1.5mm左右与井式喷嘴相比，浇口不易堵塞，应用范围较广。由于绝热间隙存料，故不适于热敏性塑料。图3-3-58第十二页，共三十七页。§3.3浇注系统设计(b)

喷嘴2与浇口衬套4间，浇口衬套与定模型腔板5间除必要的定位面外，均流出1mm的间隙，起绝热作用。延伸式喷嘴通过直径0.75～1.2mm，台阶长度1mm左右的点浇口直接注入型腔。喷嘴与型腔在浇口附近是直接接触，为了降低传热量，应减少二者间接触面积。由于与喷嘴尖端接触处的型腔壁很薄，易被喷嘴顶坏或变形，不能靠它来承受喷嘴的全部推力，因此在喷嘴与模具之间还设计有一环形的承压面A图3-3-59空气绝热的延伸式喷嘴第十三页，共三十七页。§3.3浇注系统设计图3-3-60为喷嘴端面构成型腔一部分的空气绝热延伸式喷嘴，其优点是喷嘴不易凝固堵塞。空气绝热的延伸式喷嘴型腔靠近喷嘴的部分温度较高，因此生产某些塑料制件(例如聚苯乙烯等)时，在浇口附近容易出现变形，表面质量和透明度降低。1－延伸式喷嘴2－加热圈3－浇口衬套4－定模5－型芯A－圆环形承压面图3-3-60喷嘴端面构成型腔的延伸式喷嘴第十四页，共三十七页。§3.3浇注系统设计图3-3-61为在模具内有一段外加热流道的空气隔热的热流道模具，其原理类似于空气绝热的延伸式喷嘴(图3-3-59)，结构简单可靠。浇口直径为φ0.5～1.5mm，台阶长度1.5～3mm，台阶有锥度。流道大端φ6mm，小端φ3mm。外面有电阻丝加热套，流道前端与型腔有φ6～10mm的圆形接触面积，其余为空气间隙。图3-3-61空气绝热外加热热流道单腔模1－喷嘴2－加热线圈3－定模型腔板第十五页，共三十七页。§3.3浇注系统设计图3-3-62结构原理与3-3-60所示的延伸式喷嘴相似，加热流道的端面伸入型腔，构成型腔的一部分。与图3-3-61不同的是，空气间隙中填充了其它绝热材料。图3-3-62喷嘴构成型腔一部分的外加热热流道单腔模1－喷嘴2、6－隔热层3－加热线圈4－线圈骨架5－支持套7－定模8－型芯第十六页，共三十七页。§3.3浇注系统设计2.外加热式多型腔热分流道模具特点：流道板加热，它与其余部分利用绝热材料或空气间隙尽量隔离绝热；主流道、分流道断面多为圆形，其尺寸约φ5～12mm，均在流道板内。(1)多型腔主流道型浇口热分流道模具(a)浇口部分不加热

热流道板2加热之后要发生明显的热膨胀，在模具设计时必须予以充分考虑，留出膨胀间隙，否则由于膨胀产生的力会使模具变形、破坏或发生其它问题。图3-3-63所示结构中流道板的热膨胀，可以通过端面接触的喷嘴和滑动压环5的滑动来补偿。图3-3-63第十七页，共三十七页。§3.3浇注系统设计(b)浇口部分设加热器图3-3-64利用软质钢或高强度镍青铜所作的喷嘴的挠性来补偿流道板的热膨胀。主流道浇口在制品上残留有较长的料把(图3-3-64所示由于喷嘴外加热，料把较短)，脱模后还得再行除掉。图3-3-64多型腔主流道型浇口热流道模具1－定模底板2－垫块3－圆销4－堵头5－螺钉6－热流道板7－支架8－喷嘴

9－加热线圈10－定模型腔板11－动模型腔板第十八页，共三十七页。§3.3浇注系统设计(2)多型腔点浇口热分流道模具(最常用)热流道板用电热棒或电热圈加热。二级喷嘴用导热性能优良、强度高的铍铜合金制造，以利热量传至前端。喷嘴前端有塑料隔热层，与塑料隔热的延伸式喷嘴相似，绝热层中部最薄处厚0.4～0.8mm。二级喷嘴与型腔外壁有一环状的接触面积，故称半绝热式喷嘴。喷嘴与流道板间是滑动连接，以胀圈作密封。典型结构：图3-3-65多型腔点浇口热流道模具(半绝热式喷嘴)1－支架2－定位螺钉3－压紧螺钉4－流道密封钢球5－定位螺钉6－定模底板7－加热孔道8－热流道板9－胀圈10－热流道喷嘴11－浇口衬套12－浇口板13－定模型腔板14－型芯第十九页，共三十七页。§3.3浇注系统设计多型腔点浇口热分流道模具第二十页，共三十七页。§3.3浇注系统设计喷嘴局部放大图与上图类似，但铍铜喷嘴不与型腔直接接触，两者通过滑动压环9隔离，使它全部由塑料层隔热(全绝热式喷嘴)。浇口直径为0.7mm，用于生产小型制品图3-3-66多型腔点浇口热流道模具(全绝热式喷嘴)1－定位环2－主流道衬套3－石棉垫圈4－支撑柱5－热流道板6－热电偶测温孔7－热流道喷嘴8－浇口衬套9－滑动压环10－动模板11－定模板12－加热器13－压紧螺钉14－堵头15－定模底板16－定位螺钉第二十一页，共三十七页。§3.3浇注系统设计浇口直径为1.5mm，用于生产重量1.3kg以上的大型制品。滑动压环5与浇口衬套3的接触平面应加工良好，并维持适当的接触压力。

图3-3-67生产大型制品的点浇口喷嘴1－动模板2－塑件3－浇口衬套4－定模板5－滑动压环6－热流道喷嘴7－热流道板第二十二页，共三十七页。§3.3浇注系统设计热流道板和型腔部分在工作时，由于温度不同而产生不同的横向热膨胀值，但由于喷嘴和型腔之间有绝热间隙，两者即使有少量的相对位移亦不致发生干涉，设计时应事先考虑好由于温差而应预留的偏心距，如图3-3-68所示。当定模和动模间温差较大时，也会引起热膨胀的不一致。在要求高的模具中可将其中一半(型芯)作成浮动的结构，如图3-3-69所示，图中A为浮动距离以保持型腔准确配合。图3-3-68热膨胀产生的偏心距图3-3-69采用浮动结构以补偿热膨胀带来的偏心1－运转时喷嘴中心线2－运转时喷嘴位置3－浇口中心4－常温时喷嘴中心线5－常温时喷嘴位置1－型芯2－动模板3－定模板4－凹模第二十三页，共三十七页。§3.3浇注系统设计热流道模具最重要的是准确地控制浇口附近的温度。热流道板一般沿流道四周钻孔插入棒状电热器，或在板的外围装上电热圈。图3-3-70所示为带有四个喷嘴的热流道板加热器的配置情况。加热器应能在半小时到一小时的时间内，将热流道板的温度从常温升到200~300℃，其功率可按下式进行计算：

图3-3-70四型腔热流道板(外加热式)还可粗略认为每公斤流道板需要0.1～0.15千瓦的加热功率。喷嘴加热器孔分流道第二十四页，共三十七页。§3.3浇注系统设计图3-3-71喷嘴内加热的热流道模具在给料喷嘴内部安装棒状加热器(即中心鱼雷体)，如图3-3-71所示，可防止成型周期过长时浇口发生冻结。鱼雷体4的尖端呈针形，延伸到浇口的中心。1－定模板2－喷嘴3－鱼雷头

4－鱼雷体5－内加热器6－引线接头7－冷却水孔图3-3-72浇口加热探针局部放大图圆锥形的喷嘴头部与型腔之间留有0.5mm的塑料绝热层，加热器的尖端从喷嘴前端伸出，深入浇口中部，离型腔约0.5mm，图3-3-72所示为该处局部放大图。安装在鱼雷体中心的棒式加热器体积很小(φ6.25~9.42mm)，功率较大(150~600W)，其制造安装和引线是比较困难的，运转中也容易过载而提前损坏。第二十五页，共三十七页。§3.3浇注系统设计给料喷嘴附近无塑料绝热层的结构，如图3-3-73所示，只有流道中靠近型腔壁的塑料形成绝热层，而在分流梭表面的塑料，由于受内加热器的加热，维持一个流动层，塑料在压力下沿加热探针尖端一直进入型腔。图a、b在分流梭尖端无外壳，使型腔上开设浇口的位置比较灵活，甚至可在制品的加强筋、棱角以及形状不规则的表面开设浇口，同时浇口周围的模壁较厚，耐压比c高。图c的结构喷嘴前端有外壳和浇口，其断面构成型腔的一部分，并有一短的配合段，其余部分留出空气间隙与型腔板绝热。加热棒分流梭无头热喷嘴与带头热喷嘴第二十六页，共三十七页。§3.3浇注系统设计3.阀式浇口的热流道模具

注射和保压阶段靠塑料的注射压力使针阀开启保压结束，注射压力消失后针阀关闭阀的启闭可采用专门的液压式或机械驱动机构，或采用带压缩弹簧的针形阀

优点：当塑料的熔融粘度很低时可避免流延；温度偏高时可减少拉丝现象由于针阀的往复运动能减少浇口处的冻结，如将针阀的前端伸入浇口与型腔平齐，这时在制品上基本不留浇口痕迹可准确地控制补料时间，这样就降低了塑件的内应力，减小应力开裂和翘曲变形，增加塑件尺寸稳定性在阀芯开启前可以在注射机料筒内施以预压，当浇口开启的一瞬间，预先压缩的体积迅速膨胀，增加了塑料的最大流程。由于快速进料和快速封闭使成型总周期大为缩短

缺点：模具结构复杂、精确度高，增加了模具的制造成本第二十七页，共三十七页。§3.3浇注系统设计图3-3-74单型腔弹簧阀式浇口热流道模具图3-3-74所示为国内自行设计的阀式浇口，用于单腔模的结构。注射物料产生的高压使阀芯退回，将浇口开启，阀芯后端的弹簧被压缩，注射压力消除后靠弹簧的压力将浇口关闭。

1－定模型腔板2－脱模板3－型芯4－喷嘴头5－针形阀6－加热线圈骨架7－聚四氟乙烯碗形隔热圈8－加热线圈9－绝热套骨架10－绝热圈11－定位环12－绝热杯13－绝热隔垫14－弹簧15－鱼雷体16－浇口套17－定模底板第二十八页，共三十七页。§3.3浇注系统设计图3-3-75多型腔弹簧阀式浇口热流道模具图3-3-75所示为国内自行设计并已推广的另一种阀式浇口，既可用于多腔模亦可用于单腔模，其加热元件装在喷嘴周围和主流道周围，用环氧玻璃钢压制成的罩壳10进行绝热。

1－定模底板2－热流道板3－喷嘴盖4－压力弹簧5－活塞杆6－定位环7－主流道衬套8－加热器9－针形阀10－隔热外壳11－加热器12－喷嘴体13－喷嘴头14－定模型腔板15－脱模板16－型芯第二十九页，共三十七页。§3.3浇注系统设计图3-3-76液压杠杆阀式浇口热流道模具图3-3-76所示的阀式浇口的启闭由模具所附加的液压机构来完成，液压缸13通过杠杠9带动针形阀8的阀芯作往复运动，完成浇口启闭动作。

1－动模板2－定模型腔板3－浇口衬套4－喷嘴头5－定模底板6－喷嘴体7－压板8－针形阀9－杠杆10－支撑板11－锁紧螺母12－喷嘴盖(进料口)13－油压缸14－活塞杆15－压紧螺钉16－加热孔道第三十页，共三十七页。§3.3浇注系统设计图3-3-77喷嘴内加热的阀式浇口热流道模具在热流道模具里，阀式浇口的阀芯还可钻孔插入内加热器，使阀芯起内加热鱼雷体作用。图3-3-77所示即为带内加热器的阀式浇口热流道喷嘴，安装在模外的液压缸带动有斜孔的滑板11，滑板上的斜面造成针形阀的开闭，国外这种结构常用于生产多浇口的大型制品。1－动模2－塑件3－冷却孔道4－喷嘴头5－温度计插入孔6－管式加热器7－针形阀8－定模9－热流道板10－压盖11－滑动板12－滑动压杆第三十一页，共三十七页。§3.3浇注系统设计4.内加热式热分流道模具特点：整个流道和喷嘴内部设置管式加热器，而不用外加热，热量损失少，提高了加热效率。与绝热流道相同点：靠近流道外壁处，由于树脂与冷模具接触而形成的冻结层，起着绝热的作用。与绝热流道的区别：整个流道内都在加热，操作周期较长也不会冻结，开车前也不必清理流道中原有凝料。结构：在分流道中心插入一加热管，塑料在管外围空间流动。第三十二页，共三十七页。§3.3浇注系统设计为了使互相垂直的流道中的管式加热器不干扰，流道与流道间采取交错穿通的办法，如图3-3-78所示，外加热热分流道的流道板温度一般在200~600℃范围内，而采取这种方式的流道板表面温度比外加热式的表面温度低约40℃左右，其热损失可比前者小75%，因此使能量大为节约。图3-3-78全部内加热的热流道模具1、5、9－管式加热器2－分流道鱼雷体3－流道板4－喷嘴鱼雷体6－定模底板7－定位环8－主流道衬套10－主流道鱼雷体11－浇口板12－喷嘴13－型芯14－型腔板第三十三页，共三十七页。§3.3浇注系统设计核心问题：控制主流道、分流道、直至给料喷嘴头部的温度均匀一致。由于有不少热量从喷嘴头部散失，使得流道两端温差增大。国外采用热管作为流道到给料喷嘴之间的导热元件，其导热能力可达铜