進(jìn)澆位置與澆道排布的研究1

進(jìn)澆位置與流道排布的研究CAD/CAE工程中心陳德錚2001/31Copyright2001開(kāi)始語(yǔ)

我們進(jìn)行注射模具設(shè)計(jì)時(shí)力求能達(dá)到最佳化。它主要是指澆注系統(tǒng)與冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)都是最佳化的。我們已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程,以下我們將學(xué)習(xí)的是澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程。2Copyright2001注射成型簡(jiǎn)介3Copyright2001塑膠如何充填模穴塑膠注入模穴成型產(chǎn)品的過(guò)程可分為充填、加壓、補(bǔ)償三個(gè)階段。充填階段加壓階段補(bǔ)償階段

4Copyright2001塑膠如何充填模穴

充填階段:充填階段時(shí)塑膠被射出機(jī)的螺桿擠入模穴中直到正好填滿。當(dāng)塑膠進(jìn)入模穴時(shí),塑膠接觸模壁時(shí)會(huì)很快的凝固,這會(huì)在模壁和熔融塑膠之間形成凝固層。

加壓階段:

雖然所有的流動(dòng)路徑在充填階段都已經(jīng)充填完成,但其實(shí)邊緣及角落都還有空隙存在。為了完全充填整個(gè)模穴,所以必須在這個(gè)階段加大壓力將額外的塑膠擠入模穴。

補(bǔ)償階段:

塑膠從熔融狀態(tài)冷凝固到固體時(shí),大約會(huì)有25%的高收縮率,因此必須將更多的塑料注入模穴以補(bǔ)償因冷卻而產(chǎn)生的收縮。

5Copyright2001澆注系統(tǒng)的構(gòu)成

澆注系統(tǒng)由主流道、分流道、澆口及冷料井構(gòu)成。流道、澆口是用來(lái)將熔膠從噴嘴傳輸?shù)矫總€(gè)模穴的進(jìn)澆位置的工具。主流道(豎澆道)一次分流道(一級(jí)橫澆道)二次分流道(二級(jí)橫澆道)澆口冷料井產(chǎn)品6Copyright2001主流道的設(shè)計(jì)主流道的形狀一般為圓錐形。主流道的開(kāi)口要盡可能小,但必須能完全充滿模具。其小端直徑應(yīng)大於注射機(jī)出口直徑0.5-1.0mm左右。主流道上的錐角應(yīng)該足夠大,使它能被容易推出,但不能太大,因?yàn)槔鋮s時(shí)間和所使用的材料會(huì)隨著主流道直徑的增加而變大。其圓錐角一般要求大於3度。

主流道(Sprue)垂直式主流道傾斜式主流道D-d=0.5~1.0(mm)

R>rα=2~4°a的取值主要與塑膠性能有關(guān):

a=30°(對(duì)於PE,PP,PA)

a=20°(對(duì)於PS,SAN,ABS,PC,POM,PMMA)

7Copyright2001分流道的設(shè)計(jì)流道的設(shè)計(jì)影響到使用材料的用量以及產(chǎn)品的品質(zhì)。假如每個(gè)模穴的流動(dòng)不平衡,過(guò)渡保壓和滯流就會(huì)引起較差的產(chǎn)品品質(zhì)。又長(zhǎng)又不合理的流道設(shè)計(jì),能引起較大的壓力降並且需要較大的注射壓力。使用熱流道可以解決以上成型問(wèn)題。復(fù)雜產(chǎn)品的單穴結(jié)構(gòu)及多穴和族穴結(jié)構(gòu)的平衡流道是很重要的。

分流道(Runner)流道設(shè)計(jì)8Copyright2001分流道的截面形狀

分流道的截面形狀(RunnerCrossSection)流道的截面形狀影響到塑料在澆道中的流動(dòng),當(dāng)熱的熔膠碰到冷的模壁時(shí),在流道表面會(huì)形成一層凝固層。當(dāng)塑料被注入模穴中時(shí),流道的中心保持熔融狀態(tài)。流道的形狀影響到在內(nèi)部的熔融塑膠的體積。圓形截面的流道能夠最大比例的保持熔融狀態(tài)的塑膠。有曲線或尖角的截面比矩形截面的流道需要較小的力移除流道廢料。流道設(shè)計(jì)9Copyright2001分流道的截面形狀

各種流道截面的比較

圓形截面優(yōu)點(diǎn):表面積與體積之比最小,壓力及溫度損失小,有利於塑膠的流動(dòng)及壓力傳遞。流道效率與經(jīng)濟(jì)性最高。缺點(diǎn):必須在公母模上各分一半,給模具加工帶來(lái)一定困難,造價(jià)高。

“U”形截面優(yōu)點(diǎn):其截面形式接近圓形截面,同時(shí)只需在模具的一面加工。缺點(diǎn):與圓形截面相比,熱損失較大,流道廢料多。梯形截面優(yōu)點(diǎn):只需在模具的一面加工,便於加工及刀具選擇。缺點(diǎn):熱損失較大。方形截面優(yōu)點(diǎn):流道效率較高,只需在模具的一面加工,便於加工及刀具選擇。缺點(diǎn):流動(dòng)阻力大,頂出力量較大。較少採(cǎi)用。半圓形截面優(yōu)點(diǎn):離模性佳,適用于分模面較複雜之模具。只需在模具的一面加工。缺點(diǎn):流動(dòng)阻力大,受冷凝影響大,流道效率最低。較少採(cǎi)用。10Copyright2001分流道的截面形狀

分流道截面的計(jì)算圓形“U”形梯形D=產(chǎn)品最大肉厚+1.5mmB=1.25D11Copyright2001分流道的尺寸制品的體積和壁厚。主流道至澆口的距離。流道的冷卻方法。成型樹(shù)脂的流動(dòng)性。便於采用自動(dòng)切除澆口裝置。分流道的截面厚度要大於制品的壁厚。分流道的長(zhǎng)度要盡量短,不能短時(shí),其截面尺寸應(yīng)相應(yīng)長(zhǎng)度增大。對(duì)於含有玻璃縴維等流動(dòng)性較差的樹(shù)脂,流道截面要大一些。流道方向改變的拐角處,應(yīng)適當(dāng)設(shè)置冷料井。

確定分流道尺寸應(yīng)考慮的因素流道設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)12Copyright2001分流道的尺寸

分流道的直徑流道的直徑過(guò)大時(shí),一來(lái)浪費(fèi)材料,二來(lái)冷卻時(shí)間增長(zhǎng),成型週期亦隨之增長(zhǎng),造成成本上的浪費(fèi)。流道的直徑過(guò)小時(shí),材料的流動(dòng)阻力大,易造成充填不足,或者必須增加射出壓力始能充填。故流道直徑應(yīng)適合產(chǎn)品的重量或投影面積。圓形流道D(mm)4681012以產(chǎn)品重量作基準(zhǔn)以產(chǎn)品投影面積作基準(zhǔn)流道直徑(mm)產(chǎn)品重量(g)49563758375以上1012大型流道直徑(mm)產(chǎn)品重量(cm2)410以下6200850010120012大型13Copyright2001分流道的尺寸

分流道的直徑圖表G--產(chǎn)品質(zhì)量,g;S--產(chǎn)品肉厚,mm;D--分流道參考直徑,mm。14Copyright2001分流道的尺寸

分流道的長(zhǎng)度流道長(zhǎng)度宜短,因?yàn)殚L(zhǎng)的流道不但會(huì)造成壓力損失,不利於生產(chǎn)性,同時(shí)亦浪費(fèi)材料。但是,材料以低溫成型時(shí),為增高成型空間的壓力或延長(zhǎng)保壓時(shí)間來(lái)減少產(chǎn)品收縮凹陷時(shí),縮短流道長(zhǎng)度並非絕對(duì)可行。因?yàn)榱鞯肋^(guò)短,則產(chǎn)品的殘餘應(yīng)力增大,且易產(chǎn)生毛邊。流道長(zhǎng)度可以如下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算:D=D--分流道直徑,mm;W--產(chǎn)品質(zhì)量,g;L--流道長(zhǎng)度,mm。15Copyright2001分流道的佈置

分流道排列的原則盡可能使熔融樹(shù)膠從主流道到各澆口的距離相等。使模穴壓力中心盡可能與注射機(jī)中心重合。

分流道的佈置自然平衡:從主流道至各模穴的分流道長(zhǎng)度及截面形狀都相同,向各模穴平衡充填。人工平衡:從主流道至各模穴的分流道長(zhǎng)度不同,通過(guò)改變流道及澆口的截面面積(運(yùn)用CAE模流分析),達(dá)到向各模穴平衡充填的目的。16Copyright2001分流道的佈置不平衡流道佈置自然平衡人工平衡17Copyright2001自然平衡流道佈置18Copyright2001人工平衡流道佈置19Copyright2001人工平衡流道佈置一模兩穴多點(diǎn)進(jìn)澆20Copyright2001人工平衡流道佈置族穴多點(diǎn)進(jìn)澆21Copyright2001澆口的設(shè)計(jì)

澆口(Gate)澆口是位於流道與成型空間的小通道。澆口的位置、數(shù)量、形狀、尺寸等是否適宜,直接影響到產(chǎn)品的外觀、尺寸精度、物性和成型效率。澆口大小的決定,需是產(chǎn)品的重量塑膠材料特性及澆口形狀而定。在不影響產(chǎn)品機(jī)能及成型效率下,澆口應(yīng)盡量縮短其長(zhǎng)度、深度、寬度。若澆口過(guò)小,則易造成充填不足(短射)、收縮凹陷、熔接線等外觀上的缺陷,且成型收縮會(huì)增大。若澆口過(guò)大,則澆口周圍產(chǎn)生過(guò)剩的殘餘應(yīng)力,導(dǎo)致產(chǎn)品變形或破裂,且澆口的去除加工困難等。22Copyright2001澆口的設(shè)計(jì)

澆口的形式與尺寸設(shè)計(jì)

直接澆口或豎澆道式澆口(DirectGate)

邊緣澆口或側(cè)面澆口(SideGate)

重疊式澆口或搭接式澆口

扇形澆口(FanGate)

潛伏式澆口或隧道澆口(TunnelGate)

針點(diǎn)澆口(PinGate)

無(wú)澆道進(jìn)澆

耳式澆口或凸片澆口

膜式澆口(FilmGate)

香蕉形澆口或牛角形澆口

環(huán)形澆口(RingGate)

圓盤澆口(DiskGate)邊門澆口澆口與塑料的搭配23Copyright2001澆口數(shù)量及進(jìn)澆位置確定原則

澆口不應(yīng)設(shè)在影響產(chǎn)品外觀或使用性能的部位,避免影響產(chǎn)品的商業(yè)價(jià)值。

24Copyright2001澆口數(shù)量及進(jìn)澆位置確定原則

澆口的直面應(yīng)避開(kāi)小直徑的入子、預(yù)埋嵌件,避免因較高的壓力造成小直徑的入子、預(yù)埋嵌件彎曲變形。

澆口應(yīng)設(shè)在便於進(jìn)行修整的部位。

澆口應(yīng)避免設(shè)置在受外力的部位及要求強(qiáng)度的部位,因?yàn)闈部诟浇讱埩魬?yīng)力而變脆。

澆口位置應(yīng)設(shè)在產(chǎn)品的主要受力方向上,因?yàn)樗芰系牧鲃?dòng)方向上所承受的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力最高,特別是帶填料的增強(qiáng)塑膠(如?；`Fiber)。

對(duì)於有肋的產(chǎn)品,澆口應(yīng)與肋的方向一致,且不能正對(duì)肋,要錯(cuò)開(kāi)。25Copyright2001澆口數(shù)量及進(jìn)澆位置確定原則

澆口應(yīng)設(shè)在產(chǎn)品的厚壁部位,使塑膠從厚壁流向薄壁,便於塑膠的充填流動(dòng)及保壓作用的進(jìn)行,避免發(fā)生滯流、凹陷、收縮不均及翹曲現(xiàn)象。(1)扇形澆口,從薄處進(jìn)澆26Copyright2001從厚處進(jìn)澆(2)潛伏澆口,從厚處進(jìn)澆27Copyright2001澆口數(shù)量及進(jìn)澆位置確定原則

設(shè)置的澆口應(yīng)使塑膠至模穴各處的流程基本一致,以達(dá)到流動(dòng)平衡,避免過(guò)保壓現(xiàn)象的發(fā)生。28Copyright2001避免不平衡流動(dòng)

不平衡流動(dòng)(UnbalancedFlow)

不平衡流動(dòng)是指某些流動(dòng)路徑先於其他流動(dòng)路徑充填完全。不平衡流動(dòng)能造成許多成型問(wèn)題,如毛邊、短射、循環(huán)週期過(guò)長(zhǎng)、產(chǎn)品密度不均、翹曲、包風(fēng)以及額外的縫合線。29Copyright2001避免不平衡流動(dòng)通過(guò)改變產(chǎn)品的肉厚,能夠在某些方向加速或者延遲流動(dòng)以幫助平衡流動(dòng)。考慮進(jìn)澆點(diǎn)位置,或者進(jìn)澆點(diǎn)的數(shù)目。盡量把進(jìn)澆點(diǎn)移動(dòng)到流動(dòng)路徑長(zhǎng)度進(jìn)似相等的位置上。流動(dòng)路徑1變薄流動(dòng)路徑3變厚將模穴分成幾個(gè)假想的更易控制的小區(qū)域,然後使用多點(diǎn)進(jìn)澆30Copyright2001避免過(guò)保壓

過(guò)保壓發(fā)生在最容易充填(最短或最厚)的流動(dòng)路徑,當(dāng)此流動(dòng)路徑充填完成但其他地方未充完的時(shí)候,射出機(jī)還是要持續(xù)將塑料擠入模穴中,造成射出壓力還是持續(xù)作用在已充滿的區(qū)域,所以這區(qū)域的密度較高,收縮較少,剪應(yīng)力較大,從而造成一系列問(wèn)題,包括毛邊、翹曲、產(chǎn)品重量增加、塑料密度分佈不均等。

過(guò)保壓(Overpacking)31Copyright2001避免過(guò)保壓32Copyright2001澆口數(shù)量及進(jìn)澆位置確定原則

澆口應(yīng)設(shè)在不易產(chǎn)生縫合線(或能把縫合線移至不敏感區(qū)域)、氣體容易排除的部位?？p合線及熔合線會(huì)造成塑膠強(qiáng)度降低及外表的缺陷。氣泡能夠引起短射及注射壓力過(guò)大的缺陷，而且易在充填末端產(chǎn)生表面斑點(diǎn)。在空氣包中被壓縮的氣體可能加壓、升溫而引起局部燒焦?？p合線(WeldLines)熔合線(MeldLines)33Copyright2001跑馬場(chǎng)效應(yīng)(RacetrackEffect)包風(fēng)(AirTraps)將熔合線移至邊角不敏感區(qū)域需考量縫合線與凹痕二者的可接受性34Copyright2001澆口數(shù)量及進(jìn)澆位置確定原則

設(shè)置的澆口位置應(yīng)避免產(chǎn)生滯流現(xiàn)象。滯流現(xiàn)象常發(fā)生在肋的部分或厚薄劇烈變化的地方。由於產(chǎn)品表面的缺陷、不良的保壓、較高的剪應(yīng)力值,還有塑膠分子的配向性不一致,滯流現(xiàn)象會(huì)降低產(chǎn)品的成型品質(zhì)。假如滯流現(xiàn)象導(dǎo)致流動(dòng)波前完全凝固則會(huì)產(chǎn)生短射的現(xiàn)象。滯流(Hesitation)35Copyright2001避免滯流0.51.5(1)36Copyright2001避免滯流1.01.5(2)37Copyright2001澆口數(shù)量及進(jìn)澆位置確定原則

設(shè)置的澆口位置應(yīng)避免產(chǎn)生噴流現(xiàn)象。噴流會(huì)在產(chǎn)品表面,尤其是澆口附近產(chǎn)生紊亂的流動(dòng)痕跡。噴流(Jetting)順流38Copyright2001避免噴流噴流(澆口太小,射速太快)扇形澆口使用翼狀澆口39Copyright2001澆口數(shù)量及進(jìn)澆位置確定原則

設(shè)置的澆口位置應(yīng)避免產(chǎn)生潛流現(xiàn)象。潛流現(xiàn)象是指流動(dòng)波前出現(xiàn)回流的狀況。不論是以表面品質(zhì)或是以結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)而言,塑料回流對(duì)塑膠件的品質(zhì)都有很大的負(fù)面影響。潛流(Underflow)應(yīng)確定塑膠流動(dòng)波前只在充填結(jié)束才相遇40Copyright2001澆口數(shù)量及進(jìn)澆位置確定原則

應(yīng)盡量減少因澆口數(shù)量或澆口位置造成的產(chǎn)品變形。注射成型時(shí),由於澆口數(shù)量或澆口位置的不同,造成熔融塑膠的流動(dòng)取向不同及產(chǎn)品內(nèi)殘留應(yīng)力狀態(tài)不同,其變形趨勢(shì)亦不同。盤狀產(chǎn)品環(huán)狀產(chǎn)品41Copyright2001澆口數(shù)量及進(jìn)澆位置確定原則

窄長(zhǎng)形產(chǎn)品的澆口位置應(yīng)避免設(shè)置在產(chǎn)品的中心。因?yàn)檎L(zhǎng)形產(chǎn)品成型時(shí)容易翹曲變形,若在產(chǎn)品中心設(shè)置澆口,則塑膠的流動(dòng)呈輻射狀,造成產(chǎn)品的徑向收縮與切線方向的收縮不均而產(chǎn)生變形。42Copyright2001不同進(jìn)澆方案之比較Case1:中部,扇形Case2:1/3處,扇形Case3:1/8處,扇形Case4:頭部,扇形Case5:頭部,膜狀水路模型43Copyright2001充填流動(dòng)Case1流動(dòng)角度(FlowAngle)44Copyright2001充填流動(dòng)Case2流動(dòng)角度(FlowAngle)45Copyright2001充填流動(dòng)Case3流動(dòng)角度(FlowAngle)46Copyright2001充填流動(dòng)Case4流動(dòng)角度(FlowAngle)47Copyright2001充填流動(dòng)流動(dòng)角度(FlowAngle)Case548Copyright2001充填流動(dòng)Case1Case3Case2Case4Case5流動(dòng)波前(FlowFront)49Copyright2001充填流動(dòng)Case1Case3Case2Case4充填壓力(Pressure)Case522.933.843.35454.150Copyright2001充填流動(dòng)Case1Case3Case2Case4波前溫度(Temperature)Case5溫差2.7℃溫差1.1℃溫差1.4℃溫差0.8℃溫差4.0℃51Copyright2001保壓狀況Case1Case3Case2Case4體積收縮率(VolumetricShrinkage[%])Case5不平均度1.07(3.52~4.59)不平均度0.92(3.33~4.25)不平均度0.99(2.97~3.96)不平均度0.78(3.01~3.79)不平均度0.4(3.33~3.73)52Copyright2001翹曲變形Case1Case3Case2Case4X向收縮量(DeflectionX)Case51.2731.2531.2421.1951.19553Copyright2001翹曲變形Case1Case3Case2Case4Y向收縮量(DeflectionY)Case50.2320.2280.2250.2250.22154Copyright2001翹曲變形C