澆注系統(tǒng)設(shè)計

澆注系統(tǒng)設(shè)計重點：澆注系統(tǒng)作用和流道設(shè)計原則冷料井作用常用澆口形式常用分流道截面形式如何確定澆口位置重點、難點難點：澆口位置選擇澆注系統(tǒng)是指模具中，從注射機噴咀起，到模具型腔入口為止的塑料熔體的流動通道，或者是指在這個流動通道內(nèi)冷凝的固體塑料。概述澆注系統(tǒng)分為普通澆注系統(tǒng)（冷流道）以及熱流道系統(tǒng)兩大類型。概述澆口主流道分流道普通流道系統(tǒng)包括:主流道、分流道、冷料井和澆口。普通澆注系統(tǒng)設(shè)計

(FeedSystem)主流道(sprue)為了方便脫模，主流道設(shè)計成錐形，具有2～6°的錐度。D1＜D2

D2＝D1＋（0.5～1）［mm］R1＜R2

R2＝R1＋1～2［mm］D1:噴嘴孔徑

D2:注口襯套孔徑

R1:噴嘴頂端SR

R2:注口襯套SR合理不合理主流道經(jīng)常與高溫噴咀接觸，故溫度最高，應該加強冷卻。由于主流道的入口經(jīng)常與高溫噴咀接觸、碰撞，所以一般把主流道部分作成可單獨更換的主流道襯套，以便容易更換或選用較好的鋼材或單獨地熱處理。另一原因是為了防止定模底板和型腔板之間溢料。主流道設(shè)計主流道設(shè)計對角式注射機用的模具，因為主流道開在分型面上，故主流道設(shè)計成等粗圓形。并把和注射機的接觸部分作成一個鑲塊，以便單獨利用硬度較高的鋼材，或單獨進行熱處理。模具中設(shè)計定位環(huán)的目的是保證模具的順利安裝和保證模具的主流道中心線與注射機的噴咀的中心線對中。定位環(huán)和注射機定模板上定位孔的配合形式為動配合或直接在定位環(huán)的直徑上減一個下偏差0.1到0.3mm，這視定位環(huán)直徑的大小。定位環(huán)設(shè)計定位環(huán)有時和主流道襯套設(shè)計成一個整體。但更常見的情況是分開設(shè)計。定位環(huán)一端要倒角。(右圖)由于定位環(huán)被壓在注射機定模板上，故能承受很大的塑料熔體對主流道襯套的反作用力。（左圖)用螺釘緊固的方法也能使主流道襯套承受較大的力。如果熔體對主流道襯套的作用力較小，則只靠注射機噴咀的力己足夠。定位環(huán)設(shè)計定位環(huán)和主流道襯套都用螺釘固定冷料井冷料井(cold_slugwell)（冷料穴）冷料井是為了儲存前鋒冷料而設(shè)計的。對主流道末端的冷料井，一般設(shè)計在動模一邊，其尺寸隨主流道的斜度繼續(xù)增大，更有利儲存冷料。其大小與制品大小有關(guān)，分流道冷料井長度一般5～8mm。冷料井冷料井作成一錐形凹坑，為了能拉出澆注系統(tǒng)凝料，在錐形凹坑的錐壁上平行于錐邊鉆一深度不大的小孔，開模時靠這個小孔把主流道凝料拉出。要脫出主流道凝料，則必須先沿小孔軸線移動，故分流道必須設(shè)計成S形或類似的容易變形的形狀。冷料井一模兩件主流道設(shè)計：拉料桿拉料桿(spruepuller)的設(shè)計目的是在開模時把主流道凝料從主流道中拉出使其和制品一起留在動模。Z字形拉料桿(spruepullerz_shaped)

拉料桿固定在頂出板上，開模時，和動模板一起移動把澆注系統(tǒng)凝料從主流道中拉出，頂出時再把澆注系統(tǒng)凝料從動模中頂出。如果安裝得當，拉料桿的側(cè)凹朝下，制品可以自動落下。否則，需要用手把制品轉(zhuǎn)動一個方向。可用于脆性塑料。主流道設(shè)計：拉料桿如果由于制品形狀的限制，在開模時制品無法在垂直于開模的方向上移動，則不能采用Z字形拉料桿。原因?主流道設(shè)計：拉料桿倒錐形冷料井及拉料桿(spruepullerconical-headed)：利用倒錐拉出澆注系統(tǒng)凝料。頂出時強制頂出。適用于何種塑料?如何安裝?適用于彈性較好的塑料品種；固定于頂出板上。主流道設(shè)計：拉料桿環(huán)形槽冷料井(spruegroove):利用環(huán)形槽拉出澆注系統(tǒng)凝料。頂出時強制頂出。適用于何種塑料?如何安裝?適用于彈性較好的塑料品種；固定于頂出板上。1.定模2.推件板3.拉料桿4.動模5.推塊不像Z字形拉料桿被固定在頂出板上，而是固定在型芯固定板上。開模時隨動模一起移動，頂出時并不隨頂出板移動，由頂桿推動推板把澆注系統(tǒng)凝料從拉料桿上刮下。主流道設(shè)計：拉料桿球頭形拉料桿(Spruepullerball-headed)動作原理是什么？如何固定？主流道設(shè)計：拉料桿球頭形拉料桿的變異形式：菌形拉料桿1.定模2.推件板3.拉料桿4.動模其作用和固定方式與球形拉桿相似。1.定模2.推件板3.拉料桿4.動模5.推塊用于成型單型腔帶中心孔的制品（如齒輪模具），頭部為錐形起到很好的分流作用。但是，無冷料井,靠塑料的收縮包緊力把主流道凝料從主流道中拉出，故不可靠。主流道設(shè)計：拉料桿球頭形拉料桿的變異形式：錐形拉料桿如何提高可靠度？改進的方法有減小錐度或增加錐面的粗糙度。分流道設(shè)計分流道（Runner)設(shè)計一般只在多腔?；蛘咭荒６帱c進澆時才設(shè)計分流道。要求是：利于充模、補料、冷卻、易脫模、省料、盡量讓塑料熔體均勻地被分配到各個型腔。從充模和補料的角度：分流道應短而粗從省料的角度：分流道尺寸越小越好從冷卻的角度：分流道尺寸也不能太大具體如何設(shè)計尺寸？綜合考慮分流道設(shè)計分流道斷面形狀半圓形和矩形:比表面積較大，故不常采用。a.圓形b.梯形c.U字形d.半圓形e.矩形分流道設(shè)計圓形:比表面積小（流道表面積與體積之比為比表面），阻力小，熱量不容易散失，從這點來看是最好的。但是，兩個半圓不易對中，對常規(guī)制造來說比較困難。由于目前加工技術(shù)的進步，這已經(jīng)不再是問題，故圓形截面流道是一種常用的流道。單位

mm標準尺寸46(7)8(9)1012d467891012分流道設(shè)計U形流道:常用的分流道截面形式，熱量和壓力損失均不太大。H=（1～1.25）×R，側(cè)壁5～10o斜度。單位：mm標準尺寸46(7)8(9)1012R233.544.556H467891012分流道設(shè)計梯形:常用的分流道截面形式，熱量和壓力損失均不太大與U形流道相似。H=(1~2/3)W,X=3W/4或者保持側(cè)壁5~10o斜度。單位：mm標準尺寸46(7)8(9)1012W467891012H34.055.56.078由求出各段流道的壓力降,總壓力降為各段壓力降之和。經(jīng)過計算后，如果總壓降小于100MPa,則可以減小流道的尺寸。反之則加大流道的尺寸。結(jié)合非牛頓指數(shù)n算出表觀剪切速率，由圖表查出表觀粘度りa，再由冪律方程求出剪切應力。分流道設(shè)計---尺寸計算（補充）分流道尺寸的確定假設(shè)一般注射機的注射壓力為150MPa,對中等尺寸制品要求型腔入口壓力為50MPa即可,即允許流道中有100MPa的壓力損失。先對流道預設(shè)一個尺寸，計算總體積，求出體積流量。一般各段分流道的尺寸是逐級減小的。具體計算是以單位流道長度的壓力降相等為依據(jù)的。分流道設(shè)計---尺寸計算（補充）流量和壓降的關(guān)系是：如果各段單位流道長度的壓力降相等，即相等，則有大部分情況是：故若是牛頓流體n=1

若n=1/3則可以看出R1和R2相差不大，為加工方便，相等也行。分流道尺寸與塑料品種、制品大小及形狀等有關(guān)。對圓形分流道，截面直徑一般在5~10mm之間。對流動性特別好的塑料如：PP、PE、PA等，如果分流道的長度又短，其直徑可小到ф2；對流動性差的塑料可大于ф10。分流道尺寸確定以制品重量為確定流道尺寸的依據(jù)標準分流道尺寸（mm）成形制品重量（g）4856340810340以上12大型需綜合考慮:比如制品材料、制品形狀、壁厚、流動距離等分流道尺寸確定以制品投影面積為確定流道尺寸的依據(jù)標準流道尺寸（mm）成型制品投影面積(cm2)<710以下750（7﹒5）20085009800101200需綜合考慮:比如制品材料、制品形狀、壁厚、流動距離等分流道設(shè)計---布置方式分流道的布置方式（對多腔模）有平衡式布置和非平衡式布置。這幾種屬于非平衡式還是平衡式？分流道設(shè)計---布置方式盡量設(shè)計成平衡式流道系統(tǒng)，即從主流道到各個型腔的分流道的長度、形狀和截面尺寸都對應相等。使塑料熔體能以相同的壓力，在相同的時間內(nèi)到達各個型腔，在相同的時間封閉澆口，使補料時間也相同，從而加工出性能完全相同的制品。對平衡式流道，各斷面尺寸和長度的誤差最好控制在1%以內(nèi)。分流道設(shè)計---布置方式如果到各型腔的各流道對應的斷面形狀和尺寸不同，則是非平衡式流道。在非平衡流道中，如果澆口的尺寸相同，則在充模時，是先充滿離主流道較遠的型腔，還是先充滿離主流道較近的型腔？分流道設(shè)計---布置方式對非平衡式流道，通過修澆口和修流道來都可以達到流動平衡。哪個更好:修澆口和修流道?修澆口：雖然可以達到平衡進料，但不能保證澆口同時凍結(jié)，從而使各型腔的補料時間可能不一樣，各個型腔的產(chǎn)品尺寸和性能也就可能不一樣。修流道：可以使各個澆口入口處的壓力相等，補料相同。所以，不但進料平衡，而且補料也平衡。修流道更合理分流道設(shè)計---布置方式非平衡分流道的優(yōu)點是可以縮短分流道的總長度。在塑料熔體流入型腔之前，最好在分流道上也設(shè)置冷料井儲存前鋒冷料。在布置分流道時，最好讓塑料和分流道的投影面積的重心與鎖模力的重心相重合。對一模同時生產(chǎn)不同制品的情況，應該使各型腔的充模時間相同為依據(jù)來計算。澆口設(shè)計澆口(Gate)作用：物料在澆口處先于流道凍結(jié)，可防止倒流；對多腔?？善胶膺M料；對單腔多點進澆的模具，不同的進澆點可控制熔合線位置；可控制熔體流速。澆口尺寸在制品大小相同的非平衡澆注系統(tǒng)中，各澆口應有相同的平衡澆口值：BGV（BalancedGateValue)Sg:澆口截面積LR：流道長度Lg：澆口長度先設(shè)一個澆口尺寸，按BGV相同，算出另外的澆口尺寸。一般澆口的截面積大約等于分流道截面積的0.03~0.09，一般取0.07。澆口的截面形狀為矩形或圓形，澆口的長度一般為0.5~2.5mm.澆口的作用是什么?澆口設(shè)計澆口的斷面尺寸也可以用剪切速率的辦法來確定，比如取?=103~105S-1，?的具體取值視聚合物不同而異。物料熱穩(wěn)定性差、高粘度：物料非牛指數(shù)n?。豪纾篜OM熱穩(wěn)定性差，性能接近于牛頓流體，所以?最大取6X103S-1。對MI=4~6g/10min的HDPE，其最大的?取5X105S-1。對重量不同的制品，可以用下面的式子計算。澆口的尺寸雖然很小，但是和分流道相比其壓力損失仍是比較主要的，故應該注意其尺寸的精度。?取小值?取大值，因為n小的熔體對?較敏感，故提高?能有效地降低粘度，有利于充模。澆口設(shè)計澆口斷面尺寸對流動性的影響決定于原料的牛頓性與非牛頓性或者是原料對剪切速率和溫度的敏感性。在注射速率一定的情況下，澆口斷面尺寸的增大反而會減小充模速率，但壓力損失會減小。在任何情況下，減小澆口的長度尺寸，都是有利的，這降低了流動的阻力，對充模有利。小澆口優(yōu)點小澆口雖然使流動阻力增加，但小澆口有以下的一些優(yōu)點：提高流速，增大剪切速率，降低表觀粘度，使充模容易。這對一些對剪切速率敏感的原料有利，比如PE、PS等。流動摩擦增大，發(fā)熱使溫度上升，粘度下降，提高流動性?？s短補料時間，降低制品的內(nèi)應力。小澆口的固化時間短，在生產(chǎn)某些制品時，可以不待整個截面完全固化，就可頂出，而不用擔心熔體從澆口的倒流。在多腔模中，可以平衡各型腔的進料速度。因為小澆口的阻力比分流道的大，從而可以保證先充滿分流道，然后再充型腔。小澆口更容易與制品分離，切除后的疤痕較小。澆口設(shè)計---不宜用小澆口的情形下述情況不宜用小澆口：由于小澆口流動阻力大，某些高粘度和其表觀粘度對剪切速率不太敏感的物料，不宜采用小澆口。一般對大型制品（多澆口除外）或者壁較厚、收縮率大的制品，為了增加補料的時間，也要加大澆口的尺寸。熱敏性物料（如RPVC）不宜用小澆口，因小澆口會導致大量發(fā)熱而可能使物料分解。澆口類型---針點澆口（PinPointGate)澆口的類型針點澆口（PinPointGate）（橄欖形澆口、菱形澆口）屬于小澆口，開設(shè)位置靈活，在開模時能自動地從制品上切斷、分離，且澆口痕跡小。必須用較復雜的三板式模具。對左下圖中末端的臺階是為了不損傷制品。對大型制品，可以采用多點進澆，以縮短流程，降低流動阻力，減少翹曲變形。對薄壁制品，因為澆口處的剪切速率高，造成的很高的內(nèi)應力，甚至造成應力開裂。為避免此種情況的出現(xiàn)，可以在澆口的對面加大壁厚，并呈圓弧形過渡。澆口類型---針點澆口（PinPointGate)澆口類型---潛伏式澆口潛伏式澆口(tunnelgate\submarinegate)又名：隧道式澆口、剪切澆口。由針點式澆口演變而來,有針點澆口的特點,另外,其位置一般選在制品的較隱蔽處,不影響制品的外觀。澆口沒有開在分型面上，在頂出或開模時，澆口能被自動切斷。故有較強的沖擊力，對強度高、韌性好的塑料不宜采用此種澆口。澆口在何時被切斷？澆口設(shè)計—邊緣澆口邊緣澆口（又名側(cè)澆口）（Edge/SideGate)。此類澆口的封閉時間由厚度尺寸決定,剪切速率由寬度尺寸決定。多用于一模多腔，在制品側(cè)邊有明顯的澆口痕跡。優(yōu)點：制造容易，易于修整，易保證精度。對中小制品,澆口厚度尺寸為0.5～2mm,寬1.5～5mm,長0.5～2mm.對大型制品,澆口厚度尺寸為2.0～2.5mm,寬7～10mm,長2～3mm.或者：h=k·tk-是材料系數(shù)；t:制品硬度；A-是凹模邊的型腔表面積，其單位決定了w的單位。澆口設(shè)計—邊緣澆口背光板澆口設(shè)計---扇形澆口扇形澆口（FanGate)它是側(cè)澆口的一種變異形式，用來成型寬度較大的薄片狀制品，澆口沿進料方向逐漸變寬，厚度逐漸變薄，并在快進入型腔處變至最薄。這種澆口可以使進料更均勻，可降低制品的內(nèi)應力和帶入空氣的可能性。澆口的厚度為0.25～1.6mm,寬度取6mm以上,但不要大于澆口邊型腔寬1/4。澆口設(shè)計---平縫式澆口平縫式澆口(薄片澆口\膜片澆口)（FilmGate)用于大面積的扁平制品，可以減少制品的內(nèi)應力，減少了因取向而發(fā)生翹曲的可能性。但和扇形澆口一樣，澆口切除的工作量大。澆口的厚度為0.25～0.65mm或者取為0.7kt（k為材料系數(shù)，t為壁厚）,寬度為澆口邊型腔寬度的1/4至全寬。澆口在流動方向上長度為1～1.5mm。澆口設(shè)計---圓環(huán)形澆口圓環(huán)形澆口（RingGate)用來成型圓筒形或中間帶有孔的制品。這種澆口可以使制品的整個圓周上均勻地進料,使排氣更容易。此種澆口切除困難，可以用車削或沖頭去除澆口料(b,c)。b圖為對內(nèi)孔要求較高的制品,在外搭接一塊,而在端面切除澆口,也叫隔膜式澆口(DiaphragmGate).d圖成型通孔制品,中間型芯同時也起分流作用.e圖為旁側(cè)進料的環(huán)形澆口,不能完全避免熔結(jié)縫.此制品有無熔接縫？無熔接縫澆口設(shè)計---輪輻式澆口輪輻式澆口（SpokeGate/SpiderGate)和圓環(huán)形澆口比較，這類澆口去除方便，回頭料少；型芯的上部可以得到比較好的定位。此制品有無熔接縫？有四個熔接縫澆口設(shè)計---爪澆口爪形澆口(PawGate)這是輪輻式澆口的一種變異形式，只是分流道和澆口不在一個平面內(nèi)。適用于內(nèi)徑較小的管狀制品，由于型芯可以得到定位，故保持了較高的同心度。澆口設(shè)計---護耳式澆口護耳式澆口(分接式澆口)(TabGate)直接開在制品上的小尺寸澆口有一些優(yōu)點，但容易產(chǎn)生噴射，而且澆口附近的內(nèi)應力也比較大。護耳式澆口就是一種改進的小尺寸澆口。同樣熔體通過小尺寸的澆口處能很好地改善其流動性，但熔體并不是直接進入型腔，而是進入制品上的凸出塊上，使熔體流動轉(zhuǎn)向，減速，再均勻地進入型腔，能有效地避免噴射。缺點：難以去除。如果制品尺寸太大（大于300mm），也可以采用多個凸出的塊。常用于PC、ABS、PMMA等塑料的成型。澆口設(shè)計---護耳式澆口對凸出塊，Z=1.5D,厚為0.9t，寬Y=D，t為制品的壁厚；或者，Z=15～20mm,Y=Z/2，厚度為進澆處型腔斷面厚的7/8。澆口在凸出塊側(cè)面的1/2處。澆口寬1.6～3.2mm,厚與凸出塊相同，澆口長約1mm。澆口設(shè)計—直接澆口直接澆口(中心澆口\主流道型澆口)（DirectGate/SprueGate)此種澆口尺寸大，固化時間和補料時間長，注射壓力直接作用在制品上，故殘余應力大。澆口的根部不能設(shè)計得太粗，因此處溫度高易產(chǎn)生縮孔，澆口去除后，縮孔直接暴露在制品的表面。如果成型薄壁制品，澆口根部的直徑最多取壁厚的2倍。此種澆口因尺寸大，流動阻力小，進料快，常用于大型長流程的制品。也可以用于粘度較高的制品，比如：PC和PSU。制品主流道末端加工一球形冷料井，且在制品進澆處有一凹進去的平臺，以便切除流道凝料后沒有高出制品平面的部分。澆口設(shè)計---搭接澆口（補充）搭接澆口（OverlapGate)料流進入澆口后先轉(zhuǎn)彎再進入型腔，可以避免產(chǎn)生噴射。a=0.5～0.75mm,h=kt,w=b=h+w/2A為型腔表面積，t為壁，k為物料系數(shù)。澆口位置選擇選擇澆口位置的時候應充分考慮熔體在流道和型腔中的流動、填充順序、冷卻和補縮等因素。具體講應有以下幾個方面：噴射取向排氣補料熔結(jié)痕流動充模型芯變形澆口位置選擇流體呈擴展流,避免熔體噴射(Jetting)小尺寸澆口如果正對著寬度和厚度尺寸都比較大的型腔，則高速、高剪切速率的熔體會產(chǎn)生噴射，造成表面缺陷。另外噴射還會使型腔中的空氣難以順序地被排出，而產(chǎn)生空氣泡或焦痕。流體從一受限的小區(qū)域到一大區(qū)域后形成的彎曲似蛇的流痕。澆口位置-噴射避免的辦法：加大澆口的斷面尺寸，使熔體出澆口發(fā)生出模膨脹后的尺寸大于型腔的相應尺寸。澆口位置-噴射避免的辦法：用沖擊型澆口。即讓澆口正對著型腔壁或粗大的型芯，使塑料熔體進入型腔后改變流動方向，降低流速，均勻地充模。搭接澆口和護耳式澆口有此功效。分子取向?qū)χ破沸阅艿挠绊?機械性能\收縮率\翹曲等)一般對注塑件不希望有太大的取向度。因為取向度在垂直于流動方向和平行于流動方向會有很大的差異，這相應會造成制品性能和收縮的很大差異。下圖中不同的進澆位置,有什么不同結(jié)果?澆口位置-取向澆口開在A位置，分子沿上下方向取向，制品的周向強度則很差，而金屬鑲嵌件造成的很大的應力使制品很快開裂。相反澆口開在B位置則分子沿周向取向，使周向的強度大大提高，減小了開裂的可能性。翹曲變形的原理如下圖：澆口位置-取向中心澆口PE矩形蓋翹曲變形例子澆口位置-取向防止翹曲變形措施一般流動距離愈長，則取向的程度會愈大，造成的內(nèi)應力就越大，翹曲變形的可能性就越大。因此對一些大型制品可以增加澆口的數(shù)量，以減小熔體的流程。改變進澆方式,如圖b,c澆口位置-取向有時我們也可以用制品的取向來改善制品的性能，滿足使用要求。典型的例子是帶鉸鏈的PP制品，成型后應馬上對鉸鏈進行折疊，使其拉伸取向。澆口位置-取向另一個例子是成型杯狀制品，為了加大周向的強度，而在成型過程中，使型芯旋轉(zhuǎn)讓分子在制品的周向上取向。澆口位置-流動排氣補料有利于流動、排氣和補料從流動的角度，在不產(chǎn)生噴射的前提下，可以把澆口開在截面較厚的地方。如果有加強筋，則可以利用加強筋處的流動阻力較小來改善塑料的流動性。下圖中的制品，由于有加強筋的地方阻力小，流動性較好，故在頂部形成氣囊?？梢栽陧敳块_設(shè)一條縱向的筋來改善頂部的流動性。澆口位置-流動排氣補料在塑料熔體充模的過程中，如果空氣不能完全從型腔中排出，則將使制品產(chǎn)生一些缺陷，比如：氣泡、疏松、充模不滿、熔接不牢和被壓縮的氣體的高溫把塑料燒焦。故從排氣的角度，應讓型腔里空氣完全有序地排出。而且盡量利用頂桿間隙、活動型芯間隙或者分型面等來排氣。否則應在塑料熔體最后充模的地方設(shè)置排氣槽或者排氣孔。其尺寸應小于所用塑料的溢料間隙。由于型腔的各通道處的阻力不一樣，故熔體最后到達的地方不一定是離澆口最遠的地方，往往是阻力最大的地方，也即是型腔壁最薄的地方。這些地方如果不能利用本身的結(jié)構(gòu)來排氣，則應設(shè)排氣槽。從有利于補料的角度，澆口應開在截面最厚的地方。因為此處是最后凝固的地方，收縮最大，故加強補料。澆口位置-流動排氣補料上圖中有波浪線的地方表示熔結(jié)縫，也就是熔體最后充滿的地方。從排氣的角度，圖c是最好的進澆方式。而圖a,b中的情況，就必須采取排氣措施。比如：在圖a中有波浪線的地方設(shè)頂桿或開排氣孔?；?/p>