5.3 浇注系统_实用注塑成型及模具设计（第2版）-QQ阅读男生武侠网

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5.3 浇注系统

注塑模的浇注系统是指模具中从注塑机喷嘴开始到型腔入口为止的塑料熔体的流动通道。它的作用是将塑料熔体顺利地充满型腔的各个部位，并在填充及保压过程中，将注射压力传递到型腔的各个部位，以获得外形清晰、内在质量优良的塑件。它向型腔中的传质、传热、传压情况决定着塑件的内在和外表质量，它的布置和安排影响着成型的难易程度和模具设计及加工的复杂程度，所以浇注系统设计的好坏是影响生产的一个关键问题，也是注塑模具设计中的主要内容之一。

正确设计浇注系统首先应了解塑料及其流动特性。热塑性塑料熔体属于非牛顿流体，在流动过程中，其表观黏度随剪切速率的变化而发生变化。多数热塑性塑料属于假塑性体，当剪切速率增加时，表观黏度降低。另外，当温度变化时，表观黏度也会发生显著变化。

由于塑料熔体在模具浇注系统中和型腔内的温度、压力和剪切速率都是随时随处变化的，在设计浇注系统时，应综合加以考虑，以期在充模阶段，熔体以尽可能低的表观黏度和较快的速度充满整个型腔；在保压阶段，又能通过浇注系统使压力充分地传递到型腔内的各处，同时通过浇口的适时凝固来控制补料时间，以获得外形清晰、尺寸稳定、内应力小且无气泡、缩孔和凹陷的塑料制件。

5.3.1 浇注系统及其设计原则

1.浇注系统

（1）浇注系统的作用与分类浇注系统的作用是使塑料熔体平稳且有顺序地填充到型腔中，并在填充和凝固过程中把压力充分传递到各个部位，以获得组织紧密、外形清晰的塑料制件。

普通浇注系统分直浇口和横浇口两种类型，如图5-11、图5-12所示。直浇口适用于立式或卧式注塑机，其主流道一般是垂直于分型面的，而横浇口只适用于直角式注塑机，其主流道平行于分型面。

图5-11 卧（立）式注塑机用模具的浇注系统

1—塑件 2—冷料穴 3、4—分流道 5—主流道 6—浇口

图5-12 直角式注塑机用模具的浇注系统

1—镶块 2—主流道 3—分流道 4—浇口 5—型腔 6—冷料穴

（2）浇注系统的组成普通浇注系统一般是由主流道、分流道、浇口和冷料穴四个部分组成（见图5-11）。

2.浇注系统的设计原则

（1）排气良好能顺利地引导熔融塑料填充到型腔的各个深度，不产生涡流和紊流，并能使型腔内的气体顺利排出。

（2）流程短在满足成型和排气良好的前提下，要选取短的流程来充填型腔；且应尽量减少弯折，以降低压力损失，缩短填充时间。

（3）防止型芯和嵌件变形应尽量避免熔融塑料正面冲击直径较小的型芯和金属嵌件，防止型芯弯曲变形和嵌件移位。

（4）整修方便浇口位置和形式应结合塑件形状考虑，做到整修方便并无损塑件的外观和使用。

（5）防止塑件翘曲变形在流程较长或需开设两个以上浇口时更应注意这一点。

（6）合理设计冷料穴或溢料槽冷料穴或溢料槽设计是否合理，直接影响塑件的质量。

（7）浇注系统的断面积和长度除满足以上各点外，浇注系统的断面积和长度应尽量取小值，以减少浇注系统占用的塑料量，从而减少回收料。

5.3.2 浇注系统的设计

1.主流道

主流道是连接注塑机的喷嘴与分流道的一段通道，通常和注塑机的喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，带有一定的锥度，如图5-13所示。

图5-13 主流道设计

1—浇口套 2—注塑机喷嘴

主流道的设计要点如下：

1）为便于从主流道中拉出浇注系统的凝料，以及考虑塑料熔体的膨胀，主流道设计成圆锥形。其锥角α为2°～4°，对流动性差的塑料，也可取3°～6°，过大会造成流速减慢，易成涡流。内壁表面粗糙度Ra为0.63μm。

2）主流道大端呈圆角，其半径常取r=1～3mm，以减小料流转向过渡时的阻力。

3）在保证塑件成型良好的情况下，主流道的长度尽量小，否则将会使主流道的凝料增多，且增加压力损失，使塑料熔体降温过多而影响注塑成型。

4）为了使熔融塑料从喷嘴完全进入主流道而不溢出，应使主流道与注塑机的喷嘴紧密对接。主流道对接处设计成半球形凹坑，其半径R₂=R₁+（1～2）mm，其小端直径D=d+（0.5～1）mm，凹坑深度常取3～4mm。

图5-14 主流道浇口套形式

1—定模座板 2—主流道浇口套 3—定位圈

5）由于主流道要与高温的塑料熔体和喷嘴反复接触和碰撞，所以主流道部分常设计成可拆卸的主流道浇口套，以便选用优质钢材单独加工和热处理。如其大端兼作定位环，则圆盘凸出定模端面的长度为5～10mm（参见注塑机模板尺寸），也常有将模具定位环与主流道浇口套分开设计的。主流道浇口套的形式如图5-14a、b、c、d、e、f所示。

2.分流道设计

分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向的作用。多型腔的模具一定设置分流道。单腔模成型大型塑件，若使用多浇口进料也需设置分流道。

（1）分流道的长度和断面尺寸分流道的长度取决于模具型腔的总体布置方案和浇口位置，从输送熔体时的减少压力损失、热量损失和减少流道凝料的要求出发，应力求缩短。

分流道的断面尺寸应根据塑件的成型体积、塑件壁厚、塑件形状、所用塑料的工艺性能、注射速率和分流道的长度等因素来确定。对于壁厚小于3mm、质量在200g以下的塑件，可用下述经验公式确定分流道的直径：

式中 W——流经分流道的塑料量（g）；

L——分流道长度（mm）；

D——分流道直径（mm）。

对于黏度较大的塑料，按上式算出的D值乘以系数1.20～1.25。表5-1列出了常用塑料注塑件分流道断面尺寸推荐范围。

表5-1 常用塑料注塑件分流道断面尺寸推荐范围（单位：mm）

注：本表所列数据，对于非圆形分流道，可作为当量半径，并乘以比1稍大的系数。

（2）分流道的断面形状常用的分流道断面形状有圆形、矩形、梯形、U形和六角形等。要减少流道内的压力损失，希望流道的截面积大、表面积小，以减少传热损失。因此，可用流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率。各种截面的效率见表5-2。其中圆形截面的效率最高（即比表面最小）。由于正方形流道凝料脱模困难，实际使用侧面具有斜长为5°～10°的梯形流道。若梯形的上底为D，下底为x，高为h，则其最佳比例为h/D=0.84～0.92，x/D=0.7～0.83。U形流道为梯形流道的变异形式。六角形截面流道，由于其效率低（比表面大），通常不采用。当分型面为平面时，可采用圆形或六角形截面流道，但加工时对中困难，常采用梯形或U形截面的分流道。塑料熔体在流道中流动时，表层冷凝冻结，起绝热作用，熔体仅在流道中心流动。因此，分流道的理想状态应是其中心线与浇口的中心线位于同一直线上，圆形截面流道可以实现这一点，而梯形截面流道就难以实现，如图5-15所示。

表5-2 分流道的断面形状和效率

（3）分流道的布置分流道的布置取决于型腔的布局，两者相互影响。分流道的布置形式分平衡式布置和非平衡式布置两种。

图5-15 圆形和梯形截面流道的比较

1—圆形截面分流道 2—圆形截面浇口 3—梯形截面分流道 4—矩形截面浇口 5—塑件

1）平衡式布置。平衡式布置要求从主流道至各个型腔的分流道，其长度、形状、断面尺寸等都必须对应相等，达到各个型腔的热平衡和塑料流动平衡。因此，各个型腔的浇口尺寸可以相同，达到各个型腔同时均衡地进料，均衡进料可保证各型腔成型出的塑件在强度、性能、质量上的一致性。图5-16所示为平衡式布置，图5-16a、b、c、d为圆形排列，图5-16h、i为其他的排列形式，图5-16e、f、g为H形排列。四个型腔以下的H形和圆形排列均能达到最佳的热平衡和塑料的流动平衡。多于四个型腔的H形排列，虽然也能获得塑料流动平衡，但不能达到热平衡。H形排列分流道弯折较多，流程又长，压力损失也大，同时加工也较困难。对于精密塑件的成型，最好采用圆形排列。

2）非平衡式布置。非平衡式布置的主要特点是主流道至各个型腔的分流道长度各不相同（或型腔大小不同）。为了使各个型腔同时均衡进料，各个型腔的浇口尺寸必定不相同。图5-17所示为分流道的非平衡式布置。非平衡式布置主要采用H形和一字形布置（见图5-17a、b、c、d、f），也有采用圆形布置的（见图5-17e）。当型腔数目相同时，采用H形或一字形布置，可使模板尺寸减小。

图5-17 分流道的非平衡式布置

（4）分流道与浇口的连接分流道与浇口的连接处应加工成斜面，并用圆弧过渡，有利于塑料熔体的流动及填充，如图5-18a、b、c、d所示。

3.冷料穴

冷料穴一般位于主流道对面的动模板上，或处于分流道的末端。其作用就是存放料流前端的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而形成冷接缝；开模时又能将主流道中的凝料拉出。冷料穴的尺寸宜稍大于主流道大端的直径，长度约为主流道大端直径。下面主要介绍与主流道有关的冷料穴设计问题。

图5-18 分流道与浇口的连接

直角式注塑模的主流道冷料穴，通常只需将主流道稍加延长即可（见图5-12），设计比较简单。立式和卧式注塑模的主流道冷料穴不仅与拉料杆有关，而且还与主流道中的凝料脱模问题有关。

（1）带有拉料杆或顶杆的冷料穴

图5-19 带有拉料杆或推杆的冷料穴

a）钩头冷料穴 b）倒锥形冷料穴 c）环槽形冷料穴

1—拉料杆或推杆 2—动模 3—定模 4—冷料穴

1）带有钩头（Z形头）拉料杆的冷料穴。这是一种比较常用的冷料穴，其形状如钩头，尺寸如图5-19a所示。制件成型后，穴内冷料与拉料杆的钩头搭接在一起，拉料杆底部固定在注塑模的推杆固定板上。开模时，拉料杆首先通过钩头拉住穴内冷料，使主流道凝料脱出定模，然后又随推出机构运动将凝料与制件一起推出动模。

图5-20 不宜使用钩头拉料杆的情况

1—制件 2—螺纹型芯 3—拉料杆 4—推杆 5—动模

2）与推杆配用兼起拉料作用的冷料穴。如果制件被推出后不能朝侧向移动，那么使用钩头拉料杆便无法使制件脱模（见图5-20），这时可采用图5-19b、c所示的倒锥形和环槽形冷料穴，它们常常与推杆配用。开模时，倒锥形或环槽形的冷料穴通过其内部的冷料先将主流道凝料拉出定模，然后在推杆作用下冷料和主流道凝料随制件一起被推出动模。由于冷料被推出时带有强制性，所以这两种冷料穴主要适用于弹性较好的塑料品种。此外，采用这两种冷料穴时，主流道脱模不需侧向移动，比较容易实现自动化操作。

3）带有球头或菌形头拉料杆的冷料穴。这两种冷料穴如图5-21所示，它们专用于制件以脱模板（推板）脱模的注塑模（有关这种脱模机构的内容见后面内容）。开模时，这两种冷料穴利用穴内冷料对拉料杆头部的包紧力，将主流道凝料拉出定模，但由于拉料杆底部固定在凸模固定板上不能运动，所以穴内冷料和主流道凝料只能在脱模板推出制件时随脱模板运动，因此，它们必须靠脱模板强行将其从拉料杆上刮下后才能脱模。通常，这两种冷料穴和拉料杆也主要适用于弹性较好的塑料品种。

图5-21 带有球头或菌形头拉料杆的冷料穴

a）、b）带球头拉料杆 c）带菌形头拉料杆

1—定模 2—脱模板 3—拉料杆 4—凸模（拉料杆）固定板

4）尖锥头拉料杆及其冷料穴。尖锥头拉料杆可视为球头或菌形头拉料杆的变异形式。成型小制件时，这类拉料杆一般不配用冷料穴，如图5-22a、b所示。这类拉料杆必须依靠塑料冷凝收缩时对其锥形头部的包紧力，才能把主流道凝料拉出定模，然后再靠脱模板把凝料从拉料杆上刮下。很显然，主流道凝料依靠这类拉料杆进行脱卸时，不如用前面三种拉料杆可靠。但由于尖锥头具有较好的分流作用，生产中（如成型齿轮等中心带孔的制件时）仍有较多使用。为了增加尖锥头拉料杆脱卸主流道凝料的可靠性，可对其头部采用较小的锥度或增加锥面的表面粗糙度。

如果成型的制件中心孔较大，则可将尖锥头改为锥台，然后在其端部加工一个圆窝作为冷料穴使用，如图5-22c所示。

（2）不与拉料杆或推杆配用的冷料穴这种冷料穴如图5-23所示。其结构是在主流道末端开设一个锥形凹坑，并在凹坑的锥壁上平行于相对的锥边加工一个深度不大的小不通孔。开模时，靠小不通孔的固定作用将主流道凝料从定模中拉出。使用这种冷料穴时，还需在制件下部或分流道下部设置推杆，随着推杆对制件或分流道的作用，穴内冷料先沿着小不通孔轴线移动，然后向上运动脱模。为了能让穴内冷料沿小不通孔进行斜向运动，分流道必须设计成S形或类似的带有挠性的形状。

图5-22 尖锥头拉料杆及其冷料穴

图5-23 不与拉料杆或推杆配用的冷料穴

1—定模 2—分流道 3—冷料穴（锥形凹坑） 4—动模

5.3.3 常用浇口形式与尺寸

浇口是连接分流道与型腔的一段细短的通道，它是浇注系统的关键部分。浇口的形状、数量、尺寸和位置对塑件的质量影响很大。浇口的主要作用有两个：一是塑料熔体流经的通道；二是浇口的适时凝固可控制保压时间。

1.常用浇口的形式及特点

（1）点浇口点浇口又称橄榄形浇口或菱形浇口，是一种截面尺寸特小的圆形浇口，如图5-24所示。图5-24a是点浇口最初采用的形式，L₁是主流道的长度，应比采用其他浇口时稍短些。图5-24b是点浇口的改进形式，现在应用得很广泛，特别是对于纤维增强的塑料，浇口断开时不会损伤塑件的表面。图5-24c所示点浇口的限制性断面前加工出圆弧，有利于延缓浇口处熔体冻结，对向型腔中补料有利。图5-24d是一模多腔或单腔多浇口时的点浇口形式。

图5-24 点浇口

点浇口适用于低黏度塑料和黏度对剪切速率敏感的塑料，如聚乙烯、聚丙烯、尼龙类塑料、聚苯乙烯、ABS等。由于采用点浇口，为脱出流道凝料，模具需多开一次模，即模具需采用三板式结构。

（2）潜伏式浇口潜伏式浇口又称隧道式浇口，是由点浇口演变来的，既吸收了点浇口的优点，也克服了由点浇口带给模具的复杂性。图5-25a是分流道开设在分型面上，浇口潜入分型面的下面，沿斜向进入型腔。图5-25b为在推杆上设置一辅助流道，压力损失较大。图5-25c为钩式潜伏浇口。潜伏式浇口除了具备点浇口的特点外，其进料浇口一般都在塑件的内表面或侧面隐蔽处，因此不影响塑件的外观。塑件和流道分别设置顶出机构，开模时浇口即被自动顶断，流道凝料自动脱落。由于脱出时有较强的冲击力，因此这种浇口不适用于脆性塑料（如PS），以免流道断裂，堵塞浇口。

图5-25 潜伏式浇口

1—主流道 2、4—推杆 3—浇口 5—塑件 6—动模板 7—镶件

（3）侧浇口侧浇口又称边缘浇口，一般开设在分型面上，从塑件的外侧面进料，如图5-26所示。侧浇口是典型的矩形截面浇口，能方便地调整充模时的剪切速率和浇口封闭时间，因此也称之为标准浇口。侧浇口的特点是浇口截面形状简单，加工方便；能对浇口尺寸进行精密加工；浇口位置选择比较灵活，以便改善充模状况；去除浇口方便，痕迹小。侧浇口特别适用于两板式多型腔模具，但是塑件容易形成熔接痕、缩孔、凹陷等缺陷，注射压力损失较大，对于壳体形塑件会排气不良。

图5-26 侧浇口

（4）重叠式浇口重叠式浇口又称搭接浇口，它基本与侧浇口相同，但浇口不是在塑件的侧边，而是在塑件的一个侧面，如图5-27所示。它是典型的冲击型浇口，可有效地防止塑料熔体的喷射流动。如成型条件不当，会在浇口处产生表面凹坑，导致切除浇口比较困难，在塑件表面留下明显的浇口痕迹。

（5）扇形浇口扇形浇口是逐渐展开的浇口，是侧浇口的变异形式，常用来成型宽度较大的板状塑件，浇口沿进料方向逐渐变宽，厚度逐渐减至最薄。塑料熔体可在宽度方向上得到均匀分配，可降低塑件的内应力，减小其翘曲变形，型腔排气良好。图5-28是扇形浇口的设计形式。浇口深度h根据制件厚度确定，一般取0.25～1.5mm。浇口宽度b一般等于L/4（L为浇口处的型腔宽度），但最小不小于8mm。图5-29是扇形浇口的另外两种设计形式。

图5-27 重叠式浇口

图5-28 扇形浇口

图5-29 特殊扇形浇口

（6）薄片式浇口薄片式浇口适用于较大的平板形制件。熔融塑料通过薄片式浇口，以较低的速度均匀平稳地进入型腔，其料流呈平行流动，这样可避免平板制件的变形，减小制件内应力。但由于去除浇口困难，必须使用专用工具，从而增加了制件的成本。薄片浇口的设计参数主要与制件的壁厚有关，具体设计参数参照图5-30来选取。图5-31是薄片浇口的又一种形式，其主要特点是分流道为扇形。图5-32为薄片浇口形式之三，它的主要特点是分流道呈X形。

图5-30 薄片浇口的形式及设计参数

图5-31 分流道为扇形的薄片式浇口

图5-32 分流道为X形的薄片式浇口

图5-33 盘形浇口

（7）盘形浇口盘形浇口又称为薄板浇口，适用于内孔较大的圆筒形塑件。浇口在整个内孔周边上，塑料熔体由内孔周边以大致相同的速度进入型腔，塑件不会产生熔接痕，型芯受力均匀，空气能够顺序排出，缺点是浇口去除困难，如图5-33a、b所示。图5-33c、d为盘形浇口的变异形式，又称分流浇口，即型芯起分流锥的作用。

（8）环形浇口环形浇口适用于较长的管形制件，一般情况采用此种浇口时，型芯的两端都可以定位，所以制件壁厚比较均匀。图5-34为外环形浇口的设计形式及设计参数。图5-35为内环形浇口的设计形式。

（9）轮辐式浇口轮辐式浇口的适用范围类似于盘形浇口，带有矩形内孔的塑件也适用，但是它将整个周边进料改成了几小段圆弧或直线进料，如图5-36a、b所示，因此可以把它视为内侧浇口。这种浇口切除方便，流道凝料少，型芯上部得到定位而增加了型芯的稳定性。

图5-34 外环形浇口

D=S+1.5mm或D=4S/3+K h=2S/3或h=1～2mm l=0.5～1.5mm r=0.2S K=2mm（对短流程和厚截面）K=4mm（对长流程和薄截面）

S——制件壁厚（mm）

图5-35 内环形浇口

图5-36 轮辐式浇口和爪形浇口

爪形浇口是轮辐式浇口的一种变异形式，在型芯的锥形面上开设流道，如图5-36c所示。其主要用于长管形塑件和同轴度要求高的塑件。

（10）护耳式浇口护耳式浇口又称分接式浇口或调整式浇口，其结构如图5-37所示。它在型腔侧面开设耳槽，塑料熔体通过浇口冲击在耳槽侧面上，经调整方向和速度后再进入型腔。因此，这种浇口可以防止喷射现象，是一种典型的冲击型浇口，它可减小浇口附近的内应力，对于流动性差的塑料（如PC、HPVC、PMMA等）极为有效。护耳式浇口应设置在塑件的厚壁处。这种浇口的去除比较困难，痕迹大。

（11）直浇口直浇口又称为主流道型浇口，如图5-38所示。在单腔模中，塑料熔体直接流入型腔，因而压力损失小，进料速度快，成型比较容易，对各种塑料都能适用。它传递压力好，保压补缩作用强，模具结构简单紧凑，制造方便。但去除浇口困难，浇口痕迹明显。它特别适合于大型、厚壁塑件和熔体黏度特别高的塑料品种的成型。