第四章浇注系统设计课件

一、浇注系统的概念与作用一、浇注系统的概念与作用浇注系统：指从主流道的始端到型腔之间的熔体流动的通道。作用：使塑料熔体平稳有序地充填到型腔中，以获得组织致密，外形轮廓清晰的塑件。二、浇注系统的组成及设计基本原则二、浇注系统的组成及设计基本原则浇注系统由主流道、分流道、浇口以及冷料井组成。1.浇注系统的组成（1 1）适应塑料的工艺性；）适应塑料的工艺性；（2 2）排气良好；）排气良好；2.2.浇注系统设计的基本原则浇注系统设计的基本原则 浇口设置不当，导致充模完成后，型腔底部 有空气。（3 3）流程要短；）流程要短；（4 4）避免料流直冲型芯或嵌件；）避免料流直冲型芯或嵌件；（5 5）修整方便、保证塑件外观质量；）修整方便、保证塑件外观质量；浇口尺寸较小，修整方便，不影响制件外观质量（6 6）防止塑件变形；）防止塑件变形；（7 7）浇注系统在分型面上的投影面积应尽量）浇注系统在分型面上的投影面积应尽量小，容积也应尽量小小，容积也应尽量小（8 8）浇注系统的位置尽量与模具的轴线对称。）浇注系统的位置尽量与模具的轴线对称。三、普通浇注系统设计三、普通浇注系统设计1.主流道的设计 按主流道的轴线与分型面的关系，浇注系统有直浇注系统和横浇注系统。在卧式和立式注射机中，主流道轴线垂直于分型面，属于直浇注系统；在直角式注射机中，主流道轴线平行于分型面，属于横浇注系统。直浇注系统横浇注系统 主流道一般位于模具中心线上，它与注射机喷嘴的主流道一般位于模具中心线上，它与注射机喷嘴的轴线重合，利于浇注系统的对称布置。轴线重合，利于浇注系统的对称布置。主流道设计得比较粗大，如果主流道过大：塑料消主流道设计得比较粗大，如果主流道过大：塑料消耗增多，主流道过小：熔体流动阻力增大，压力损失大，耗增多，主流道过小：熔体流动阻力增大，压力损失大，对充模不利。对充模不利。主流道尺寸必须恰当。通常对于黏度大的塑料或尺寸较大的塑件，主流道截面尺寸应设计得大一些；对于黏度小的塑料或尺寸较小的塑件，主流道截面尺寸设计得小一些。直浇注系统主流道结构及尺寸参数见下图：为便于流道凝料的脱出，内壁粗糙度Ra小于0.4m，主流道设计成圆锥形，其锥度=26，如果锥度过大，易发生涡流，锥度过小则流道凝料脱出困难(动画）主流道小端直径d一般取36mm（见表），主流道的长度由定模座厚度确定，一般L不超过60mm，主流道大端与分流道相接处应有过渡圆角（通常r取13mm）以减少料流转向时的阻力。主流道小端直径d比注射机喷嘴直径d0大0.51mm，Rr+(0.51)mm，否则会出现主流道凝料拉出困难假设：主流道小端直径d比注射机喷嘴直径d0小，则主流道凝料拉出困难。假设：R r，则主流道凝料拉出困难甚至无法脱出。正确情况：主流道小端直径d比注射机喷嘴直径d0大0.51mm，Rr+(0.51)mm。当主流道经过两块模板时，为了防止在模板结合面处当主流道经过两块模板时，为了防止在模板结合面处溢料造成主流道凝料脱出困难，应尽量采用浇口套。当不溢料造成主流道凝料脱出困难，应尽量采用浇口套。当不宜采用浇口道时，应设计成阶梯状。宜采用浇口道时，应设计成阶梯状。2.分流道的设计分流道的设计分流道是指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体流动的分流道是指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体流动的通道。用于一模多腔或单型腔多浇口（塑件尺寸大）的通道。用于一模多腔或单型腔多浇口（塑件尺寸大）的场合。场合。在分流道的设计时，应考虑尽量减小在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度的降低，同时还要考虑减小流道的容积。（1）分流道的截面形状及尺寸 为便于机械加工及凝料脱模，分流道一般设置在分型面上。常用的分流道截面形状如下图所示：（a）圆形截面形状；（b）梯形截面形状；（c）U形截面形状；（d）半圆形截面形状；（e）矩形截面形状 分流道截面形状和尺寸应根据塑件的结构、分流道的长度、流道的效率（流道的截面积与周长的比值）、加工装配的难易程度及精度等因素来确定。分流道截面形状优 点缺 点圆形截面圆形截面效率高、流动阻力小效率高、流动阻力小不易加工、难以保证不易加工、难以保证两半圆对准两半圆对准梯形截面梯形截面加工容易、各项性能均衡、被广泛采用加工容易、各项性能均衡、被广泛采用U U形截面形截面加工比较复杂、流动阻力较小加工比较复杂、流动阻力较小半圆形截面半圆形截面 加工比较容易加工比较容易效率较低效率较低矩形截面矩形截面效率高（矩形长宽相效率高（矩形长宽相差不大时）差不大时）分流道凝料不易脱出、分流道凝料不易脱出、流动阻力大流动阻力大 对于梯形截面的分流道，如果塑件壁厚小于3mm、质量200g以下的塑件，可采用下面的经验公式确定其截面大底边宽度尺寸：确定分流道截面尺寸大小时应注意：n若截面过大，不仅积存空气会增多，塑件容易产生气泡，而且增大塑料耗量，延长冷却时间；n若截面过小，会降低单位时间内输送的塑料熔体流量，使填充时间延长，常导致 塑件出现缺料、波纹等缺陷。常用塑料的分流道直径：常用塑料的分流道直径：（2）分流道的长度）分流道的长度 分流道要尽可能短，且少弯折，以减少塑料、压分流道要尽可能短，且少弯折，以减少塑料、压力和热量的损失。若分流道设计得比较长时，其末端力和热量的损失。若分流道设计得比较长时，其末端应留有冷料穴，以防前锋冷料堵塞浇口或进入模腔。应留有冷料穴，以防前锋冷料堵塞浇口或进入模腔。（3）分流道的表面粗糙度 分流道的表面粗糙度一分流道的表面粗糙度一般取般取1.6m1.6m左右，要求较低，左右，要求较低，这样有助于塑料熔体的外层这样有助于塑料熔体的外层冷却皮层固定及得到适当的冷却皮层固定及得到适当的冷却皮厚度，以保证塑料熔冷却皮厚度，以保证塑料熔体具有适宜的剪切速率和剪体具有适宜的剪切速率和剪切热，同时，冷却皮层能够切热，同时，冷却皮层能够起到保温的作用。起到保温的作用。（4）分流道的布置在多型腔模具中分流道的布置中有在多型腔模具中分流道的布置中有平衡式平衡式和和非平衡式非平衡式两类：两类：平衡式布置：平衡式布置：特点：分流道到各型腔浇口的长度、断面形状、尺寸都相同。特点：分流道到各型腔浇口的长度、断面形状、尺寸都相同。要求：各对应部位的尺寸相等。要求：各对应部位的尺寸相等。优点：可实现均衡送料和同时充满型腔，使成型的塑件力学性能优点：可实现均衡送料和同时充满型腔，使成型的塑件力学性能基本一致。基本一致。缺点：分流道比较长。缺点：分流道比较长。非平衡式布置：特点：分流道到各型腔浇口长度不相等的布置。优点：适应于型腔数量较多的模具，使模具结构紧凑 缺点：塑料进入各型腔有先有后，不利于均衡送料。为达到同时充满型腔的目的，各浇口的断面尺寸要制作得不同，在试模中要多次修改才能实现。多多型型腔腔在在模模板板上上排排列列形形式式通通常常有有圆圆形形、H H形形、直直线线形及复合形等，在设计时应注意以下几点：形及复合形等，在设计时应注意以下几点：（1 1）尽可能采用平衡式排列。）尽可能采用平衡式排列。（2 2）型腔布置与浇口开设部位应力求对称。）型腔布置与浇口开设部位应力求对称。（3 3）尽量使型腔排列得紧凑。）尽量使型腔排列得紧凑。型腔布置力求对称型腔布置力求紧凑 型腔的分布型腔的分布 （5）分流道设计要点 在保证足够的注塑压力使塑料熔体顺利充满型腔的前在保证足够的注塑压力使塑料熔体顺利充满型腔的前提下，分流道截面积与长度尽量取小值，分流道转折处提下，分流道截面积与长度尽量取小值，分流道转折处应以圆弧过渡。应以圆弧过渡。分流道较长时，在分流道的末端应开设冷料井。分流道较长时，在分流道的末端应开设冷料井。分流道的位置可单独开设在定模板上或动模板上，也分流道的位置可单独开设在定模板上或动模板上，也可以同时开设在动、定模板上，合模后形成分流道截面可以同时开设在动、定模板上，合模后形成分流道截面形状。形状。分流道与浇口连接处应加工成斜面，并用圆弧过渡分流道与浇口连接处应加工成斜面，并用圆弧过渡分流道与浇口的连接方式：浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的最短通道，它是浇注系统的关键部分。浇口的形状、位置和尺寸对塑件的质量影响很大。3.浇口的设计熔体充模后，浇口处首先凝固，可防止注射机螺杆（或柱塞）后退时熔体向分流道回流。熔体在流经狭窄的浇口时产生摩擦热，使熔体升温，有助于充模。易于切除浇口余料，二次加工方便。对于多型腔模具，浇口能用来平衡进料，对于多浇口单型腔模具，浇口不仅可以用来平衡进料，还可以用来控制熔合纹在塑件中的位置。（1）浇口的作用 浇口的尺寸一般根据经验确定，截面积为分流道断面积的3%9%，截面形状常为矩形或圆形，浇口的长度为11.5mm。注意：在设计浇口时，往往先取较小的尺寸值，以便在试模时逐步加以修正。在注射模设计中常用的浇口形式有如下几种：（2）浇口的类型直接浇口直接浇口又称中心浇口、主流道浇口，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，因此适用于任何塑料，常用于成型大而深的塑件。缺点：浇口处固化慢，故注射成型周期长，容易产生残余应力，浇口处易出现裂纹或翘曲变形，浇口凝料切除后有明显疤痕。其尺寸受塑料种类和塑件质量的影响，也与注射机喷嘴尺寸有关。侧浇口 侧浇口又称边缘浇口，一般开设在分型面上，塑料熔体于型腔的侧面充模，其截面形状多为矩形狭缝，调整其截面的厚度和宽度可以调节熔体充模时的剪切速率及浇口固化时间，侧浇口截面形状简单，加工容易，主要用于中小型塑件的多型腔模具，对各种塑料的成型适应性较强。缺点：浇口痕迹存在，注射压力损失大，对深型腔塑件排气不便。侧浇口的尺寸计算的经验公式如下：通常，侧浇口的厚度为0.51.5mm，宽度为1.55.0mm，长度为1.52.5mm；对大型复杂的塑件，侧浇口的厚度为2.02.5mm（为塑件厚度的0.70.8倍），宽度为7.010.0mm，浇口长度为2.03.0mm。扇形浇口 扇形浇口是矩形侧浇口的一种变异形式。在成型大平面板状及薄壁塑件时，宜采用扇形浇口。在扇形浇口的整个长度上，沿进料方向截面宽度逐渐变大，为保持断面积处处相等，浇口的截面厚度逐渐减小。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做成一致。采用这类浇口，塑料熔体在充模时进料均匀，各处料流速度大致相同，模腔内气体易排出，避免了使用侧浇口时容易在塑件上产生的熔接痕。缺点：浇口去除较困难，浇口痕迹明显。点浇口(动画）又称针点浇口或橄榄形浇口，是一种在塑件中央开设浇口时使用的圆形限制性浇口，由于浇口前后两端存在较大的压力差，能有效地增大塑料熔体的剪切速率并产生较大的剪切热，从而导致熔体的表观黏度下降，流动性增加，利于充模。常用于成型各种壳类、盒类的热塑性塑件。优点：浇口残留痕迹小，易取得浇注系统的平衡，也利于自动化操作；缺点：由于浇口的截面积小，流动阻力大，需提高注射压力，只宜于成型流动性好的热塑性塑料，在模具结构上需增加一个分型面，即双分型面，以便浇口凝料取出。点浇口的截面为圆形，直径d常为0.51.8mm。它也可用下面经验公式计算：浇口长度L常为0.52.0mm，锥角1为1230。采用点浇口在成型薄壁塑件时，易在点浇口附近处产生变形甚至开裂。为了改善这一情况，在不影响使用的前提下，可将浇口对面的壁厚增加并以圆弧R过渡，此处圆弧还有储存冷料的作用。潜伏浇口A A又称剪切浇口，由点浇口演变而来。这类浇口的分流道位于分型面上，而浇口本身设在模具内的隐蔽处，塑料熔体通过型腔侧面斜向注入型腔，因而塑件外表不受损伤，不致因浇口痕迹而影响塑件的表面美观效果（见a图）。若要避免浇口痕迹，可在推杆上开设二次浇口，使二次浇口的末端与塑件内壁相通（见b图）。潜伏式浇口形式潜伏式浇口形式 B B护耳浇口 又称分接式浇口。由矩形浇口和耳槽组成，耳槽的截面和水平面积均比较大，在耳槽前部的矩形小浇口能使熔体因摩擦发热而使温度升高，熔体在冲击耳槽壁后，能调整流动方向，平衡地注入型腔，因而塑件成型后残余应力小；另外依靠耳槽，能允许周边产生收缩，所以能减小因注射压力造成的过量充填以及因冷却收缩所产生的变形。这种浇口适用于如聚氯乙烯、聚碳酸酯等热稳定性差、黏度高的塑料的注射成型。浇口位置对塑件的成型性能和质量影响很大，合浇口位置对塑件的成型性能和质量影响很大，合理选择浇口位置是设计浇注系统的重要环节。在确理选择浇口位置是设计浇注系统的重要环节。在确定浇口位置时，应注意如下几点：定浇口位置时，应注意如下几点：（3 3）浇口的位置）浇口的位置尽量缩短流动距离 浇口位置的设置应保证塑料熔体迅速和均匀地充填型腔，尽量缩短熔体的流动距离，这对大型塑件更为重要。浇口应开设在塑件壁最厚处 当塑件的壁厚相差较大时，若将浇口开设在塑件的薄壁处，这时塑料熔体进入型腔后，不但流动阻力大，而且还易冷却，以致影响了塑料熔体的流动距离，难以保证其充满整个型腔；另外从补缩的角度考虑，塑件截面最厚的部位经常是塑料熔体最后固化的地方，因液态体积收缩难以得到补缩而形成表面凹陷或真空泡。因此，一般浇口的位置应开设在塑件壁最厚处。尽量避免塑件出现熔合纹（动画）避免在塑件承受弯曲或冲击载荷的部位设置浇口 塑件的浇口附近强度较弱，只能承受一般的拉伸力，而无法承受弯曲和冲击力。浇口应开设在不影响型芯稳定性的部位见右图：当小浇口正对着宽度和厚当小浇口正对着宽度和厚度很大的模腔时，高速料流通度很大的模腔时，高速料流通过浇口时会受到很高的剪切应过浇口时会受到很高的剪切应力，而产生力，而产生喷射喷射和和蛇形流蛇形流等熔等熔体断裂现象；若采用如图体断裂现象；若采用如图(b)(b)所示的搭接浇口，所示的搭接浇口，浇口正对浇口正对着型腔壁或型芯的位置，使高着型腔壁或型芯的位置，使高速料流冲击在型腔壁或型芯上，速料流冲击在型腔壁或型芯上，从而降低熔体流速，改变流向，从而降低熔体流速，改变流向，使熔体均匀地填充型腔。使熔体均匀地填充型腔。浇口应开设在不影响塑件外观的部位浇口的设置应避免熔体断裂 冷料井位于主流道正对面冷料井位于主流道正对面的动模板上，或处于分流的动模板上，或处于分流道末端。道末端。作用作用：聚集料流前锋的：聚集料流前锋的 “冷冷料料”，防止，防止“冷料冷料”进入进入型腔而影响塑件质量，开型腔而影响塑件质量，开模时又能将主流道的凝料模时又能将主流道的凝料拉出。拉出。尺寸尺寸：冷料井的直径宜大于：冷料井的直径宜大于主流道大端直径；长度约主流道大端直径；长度约为主流道大端直径。为主流道大端直径。4.冷料井设计常用冷料井与拉料杆形式：A、B、C、D底部带有推杆的冷料井 底部带有拉料杆的冷料井 四、排气和引气系统的设计四、排气和引气系统的设计 排溢：排溢：指排出充模时熔体中的前锋冷料和模具内的气体等指排出充模时熔体中的前锋冷料和模具内的气体等。广义的注射模排溢系统应包括浇注系统部分的排溢和成广义的注射模排溢系统应包括浇注系统部分的排溢和成型部分的排溢，型部分的排溢，通常排溢是指成型部分的排溢通常排溢是指成型部分的排溢。塑料熔体充模过程中，除了型腔内原有的空气外，塑料熔体充模过程中，除了型腔内原有的空气外，还有塑料受热或凝固而产生的低分子挥发气体，尤其是还有塑料受热或凝固而产生的低分子挥发气体，尤其是在高速注射成型时，考虑排气是很必要的。一般是在塑在高速注射成型时，考虑排气是很必要的。一般是在塑料充填的同时，必须将气体排出模外。否则，被压缩的料充填的同时，必须将气体排出模外。否则，被压缩的气体所产生的高温，引起塑件局部碳化烧焦，或使塑件气体所产生的高温，引起塑件局部碳化烧焦，或使塑件产生气泡，或使塑件熔接不良而引起塑件强度降低，甚产生气泡，或使塑件熔接不良而引起塑件强度降低，甚至阻碍塑料填充等。至阻碍塑料填充等。1.排溢系统设计 多数情况下可利用模具分型面或模具零件间的配合间隙排气，可不另开排气槽。如图所示：如果利用间隙来排溢不能满足要求，则需另开排气槽。如图所示：如型腔最后充填的部位（排气点）不在分型面上，其附近又无可供排气的推杆或活动型芯时，可在型腔上镶嵌烧结金属块或设置排气杆排气，如图所示：一些大型深腔壳形塑件，注射成型后，整个型腔由塑料填满，型腔内气体被排出，此时塑件的包容面与型芯的被包容面基本上构成真空。当塑件脱模时，由于受到大气压力的作用，造成脱模困难，如采用强行脱模，势必使塑件发生变形或损坏，影响塑件质量。因此必须加设引气装置。2.引气设计常见的引气形式有：（1）镶拼式侧隙引气，见图(a)1、2、3（2）气阀式引气，分为：弹簧气阀式见图(b)、(c)1、2 推杆气阀式见图(d)弹簧气阀式引气1：弹簧气阀式引气2：热流道注射模具简介热流道注射模具简介无流道凝料无流道凝料注射模具注射模具一、概述一、概述1、定义：热流道是利用保温或加热装置使流、定义：热流道是利用保温或加热装置使流道内熔体始终不凝固的模具，道内熔体始终不凝固的模具，因为它比传统模具的成型周期短，且节约塑因为它比传统模具的成型周期短，且节约塑料原料料原料在发达国家和地区得到极为广泛的应用在发达国家和地区得到极为广泛的应用中国的热流道模具尚处于起步阶段，但是正中国的热流道模具尚处于起步阶段，但是正在快速增长，比例不断提高在快速增长，比例不断提高 二、分类二、分类按流道保持不凝固按流道保持不凝固方法分方法分绝热式绝热式加热式加热式按型腔数分按型腔数分单型腔单型腔多型腔模多型腔模1、绝热式热流道塑料注射模具、绝热式热流道塑料注射模具1）井式喷嘴绝热流道模）井式喷嘴绝热流道模A、特点、特点：在注射机喷嘴和模具浇口之间装有一个：在注射机喷嘴和模具浇口之间装有一个主流道杯主流道杯，杯内有容纳熔融塑料的，杯内有容纳熔融塑料的“井坑井坑”，杯内，杯内塑料容积应在制品重量的塑料容积应在制品重量的1/2左右。左右。因浇口与喷嘴距离较远，仅用于因浇口与喷嘴距离较远，仅用于成型周期短成型周期短（35次次/min）和）和加工温度很宽的塑料（加工温度很宽的塑料（PE、PP等），等），对对PS、ABS较难，较难，不宜不宜用于硬用于硬PVC、POM等热敏等热敏性塑料。性塑料。B、主流道杯尺寸、主流道杯尺寸主流道杯尺寸主流道杯尺寸C、井坑式喷嘴的改进：、井坑式喷嘴的改进：防主流杯中熔体凝固过量，使防主流杯中熔体凝固过量，使浇口堵塞浇口堵塞开模分离型开模分离型延伸喷嘴加热型延伸喷嘴加热型便于清理型便于清理型2）多型腔绝热流道模具）多型腔绝热流道模具特点：特点：主流道和分流道为主流道和分流道为粗大的圆形截面粗大的圆形截面，分，分流道直径流道直径1630mm；停机后流道会完全凝停机后流道会完全凝固固，下次开机前应清除凝料。，下次开机前应清除凝料。空气绝热结构空气绝热结构衬套加热，可衬套加热，可用于长周期件用于长周期件拆开清理模具拆开清理模具锁紧分型面，便于锁紧分型面，便于流道分型面打开流道分型面打开3）、点浇口型绝热流道模具）、点浇口型绝热流道模具半绝热式半绝热式点浇口型绝热流道模具点浇口型绝热流道模具碟形弹簧控制加热探针上下运动；碟形弹簧控制加热探针上下运动；周期可达周期可达23 min探针不得与浇口壁接触探针不得与浇口壁接触2、加热式热流道塑料注射模具、加热式热流道塑料注射模具热流道系统结构热流道系统结构喷嘴和流道板喷嘴和流道板特点：特点：1、主流道和分浇道用加热方法使之保持熔融态，保证、主流道和分浇道用加热方法使之保持熔融态，保证生产正常且不受成型周期限制。生产正常且不受成型周期限制。2、停机后，重新开机无需清理流道凝料。、停机后，重新开机无需清理流道凝料。3、注射压力损失少，可降低熔料温度和注射压力，减、注射压力损失少，可降低熔料温度和注射压力，减少塑料热降解和制品的内应力。少塑料热降解和制品的内应力。适用的塑料种类广。适用的塑料种类广。加热流道注射模关键加热流道注射模关键：供热装置、温度调节系统、模：供热装置、温度调节系统、模具的绝热措施和防止浇口处凝固和流涎等问题。具的绝热措施和防止浇口处凝固和流涎等问题。种类种类按热流道板分：外加热式和内加热式热流道按热流道板分：外加热式和内加热式热流道模；模；A、外加热式、外加热式u热流道板用外加热器加热；热流道板用外加热器加热；u二级喷嘴用导热性优良、强度高的铍铜制造，二级喷嘴用导热性优良、强度高的铍铜制造，由塑料层隔热；由塑料层隔热；u二级喷嘴与型腔外壁有环形接触面，故称半绝二级喷嘴与型腔外壁有环形接触面，故称半绝热式喷嘴；热式喷嘴；u二级喷嘴与热流道板以滑动配合，可使喷嘴与二级喷嘴与热流道板以滑动配合，可使喷嘴与浇口衬套贴合。浇口衬套贴合。B、内加热式流道板、内加热式流道板绝热作用：靠熔体与模具绝热作用：靠熔体与模具接触而形成的冷凝层；接触而形成的冷凝层；流道热损失小，热效率高，流道热损失小，热效率高，能适应长周期生产；能适应长周期生产；流道直径尺寸较大，且用流道直径尺寸较大，且用交错穿通的方法安排流道。交错穿通的方法安排流道。三、无流道凝料注射模具的特点三、无流道凝料注射模具的特点1、优点、优点缩短制件成型周期缩短制件成型周期节省塑料原料节省塑料原料减少废品，提高产品质量减少废品，提高产品质量消除后续工序，有利于生产自动化消除后续工序，有利于生产自动化2、缺点：、缺点：12 4/9 模具成本上升模具成本上升 热流道模具制作工艺设备要求高热流道模具制作工艺设备要求高 操作维修复杂操作维修复杂 热流道模具的组成热流道模具的组成