注塑模具浇注系统设计

注塑模具浇注系统设计

注塑模的浇注系统，是指从主流道的始端到型腔之间的熔体流动通道。其作用是使塑料熔体平稳而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。浇注系统一般分为普通浇注系统和热流道浇注系统两类。

1.浇注系统的组成：一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴四部分组成，如下图所示：

2.主流道设计

主流道是连接注塑机喷嘴与分流道的一段通道，通常和注射机喷嘴在同一轴线上，横截面为圆形，带有一定的锥度，注射机的喷嘴与模具浇口套关系如下图所示：

（1）为了防止浇口套与注射机喷嘴对接处溢胶，主流道与喷嘴的对接处应设计成半球形凹坑，凹坑的深度为3~5mm，其球面半径SR应比注塑机喷嘴头球面半径SR0大1~2mm；主流道小端直径d比注塑机喷嘴d0大0.5~1mm，以防止主流道口部积存凝料而影响脱模。

（2）为了减小对塑料熔体的阻力及顺利脱出主流道凝料，浇口套内壁表面粗糙度应加工到R a0.8μm。

（3）主流道的圆锥角设计过小，会增加主流道凝料的脱出难度；设得过大，又会产生湍流或涡流，卷入空气，所以，通常取α=2°~4°，对流动性差的塑料可取3°~6°。

（4）主流道大端呈圆角，半径r=1~3mm，以减小料流转向过渡时的阻力。

（5）在模具结构允许的情况下，主流道长度尽可能短，一般取L≤60mm，

过长会增加压力损失，使塑料熔体的温度下降过多，从而影响熔体的顺利充型。另外，过长的流道还会浪费塑料材料、增加冷却时间。

（6）最常见的主流道的类型有以下几种形式，如下图所示。由于浇口套在

工作时经常与注塑机喷嘴反复接触、碰撞，所以浇口套常用优质合金钢制造，也可以选用T8、T10，并进行相应的热处理，保证足够的硬度，但其硬度应低于与注塑机喷嘴的硬度，以防止喷嘴被碰坏。

（7）对于小型模具，可将主流道浇口套与定位圈设计成整体式，不过大多数情况下，是将主流道浇口套和定位圈设计成两个零件，然后配合固定在模板上面。定位圈用于模具在注塑机上安装定位时使用。

（8）当浇口套的底部与塑料熔体接触面较小时，仅靠注射机喷嘴的推力就能使浇口套压紧，此时，可以不设固定装置。当浇口套的底部与塑料熔体接触面较大时，塑料熔体对浇口套产生的反作用力也较大，为防止浇口套被挤出，可以用螺钉固定。

3.冷料穴的设计

冷料穴也称冷料井，一般设在主流道和分流道的末端，其作用就是存放两次注塑间隔而产生的冷料和料流前锋的“冷料”，防止冷料进入型腔而形成各种缺陷。根据冷料穴所处位置不同，可分为主流道冷料穴和分流道冷料穴。

（1）主流道冷料穴

主流道冷料穴底部常做成曲折的钩形或下凹的凹槽或倒锥形，使冷料穴兼有开模时将主流道凝料从主流道中拉出来附在动模边的作用。根据冷料穴不同，其构成主流道冷料穴底部的零件也不同，常见的有拉料杆、推杆等。

（2）分流道冷料穴

分流道冷料穴一般采用两种形式：一种是将冷料穴开设在动模的深度方向，其设计方式与主流道冷料穴类似；另一种是将分流道在分型面上延伸成为冷料穴。

4.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。多型腔模具必须设置分流道，单型腔大型塑件在使用多个点浇口时也要设置分流道。分流道是塑料熔体进入型腔前的通道，可通过优化设置分流道的横截面形状、尺寸大小及方向，使塑料熔体平稳充型，从而保证最佳的成型效果。

（1）影响分流道的设计因素

a.制品的几何形状、壁厚、尺寸大小及尺寸的稳定性、内在质量及外观质量要求。

b.塑料的种类。

c.注射机的压力、加热温度及注塑速度。

d.主流道及分流道的脱落方式。

e.型腔的布置、浇口位置及浇口形式的选择。

（2）分流道的设计原则

a.塑料流经分流道时的压力损失及温度损失要小。

b.分流道的固化时间应稍后于制品的固化时间，以利于压力的传递及保压。

c.保证塑料迅速而均匀地进入各个型腔。

d.分流道的长度应尽可能短，其容积要小。

e.要便于加工及刀具选择。

（3）分流道横截面形状的选择

通常分流道的横截面形状有圆形、矩形、梯形、U形和正六边形等。为了减少流道内的压力损失和传热损失，希望流道的横截面积大、表面积小，因此可用流道横截面积S与其周长的比值来表示流道的效率，各种横截面的尺寸与效率见下图表所示：

从上图中可以得出，圆形横截面的效率最高，即具有最小的压力降和热损失，故圆形横截面的分流道应用是最广泛的一种截面。正方形流道凝料脱模困难，效率低。U形横截面的流动效率低于圆形与正六边形横截面，但加工容易，又比圆形和正方形横截面流道容易脱模，所以U型横截面流道使用也较为广泛。虽然梯形横截面的流道与圆形相比有较大的热量损失，但是梯形横截面的流道便于选择加工刀具，同时加工也较容易，所以，梯形横截面的分流道使用也较为广泛，特别是对于双分型面模具。

（4）分流道横截面尺寸的确定方法

a.根据各种塑料的流动性来选用，结合每种材料的注塑情况，来粗略估计分

注塑速率及分流道的长度等因素来确定。对于常见2.0~3.0mm壁厚，采用的圆形截面分流道的直径一般在 3.5~7.0mm之间变动。对于流动性能好的塑料，比如PE、PA、PP等，当分流道很短时，可小到直径2.5mm。对于流动性能差的塑料，比如HPVC、PC、PMMA等，分流道较长时，直径可达10~13m m。试验证明，对于多数塑料，分流道直径在5~6mm以下时对流动影响最大。但在直径8mm以上时，在增大其直径，对改善流动的影响已经很小了。

另外，对于质量小于200g，壁厚在3mm以下的塑件，可用下列经验公式确定分流道的当量直径：

D=0.2654（m）1/2（L）1/4

公式中，D是流道的当量直径(mm)；m是流经分流道的熔体的质量（g）；L是分流道的长度(mm)。

b.在确定主流道的尺寸后，分流道尺寸可按φD’=（0.8~0.9）φD计算。φD 是主流道大端直径，φD’为一级分流道的当量直径。另外，如果在模具上还设有二级甚至三级分流道，则下级分流道的当量半径可取相邻的上级分流道当量半径的80%~90%。

（5）分流道内塑料熔体流动剪切速率的校核。生产实践表明，当注塑主流道和分流道的剪切效率γ=5×102~5×103s-1、浇口的剪切速率γ=104~105s-1时，所成型的塑件质量比较好。

校核分流道剪切速率的步骤如下图所示：

如果计算的结果在最佳的剪切速率范围内，则确定的分流道尺寸是合理的，否则还要作适当的调整。

（6）分流道的长度确定，分流道的长度与塑件的大小，型腔的布置、排列有关。具体的后面会进行详细讲解。

（7）分流道表面粗糙度，分流道的表面不必很光滑，表面粗糙度可设为Ra1.25~2.5μm。这是因为相对较粗糙的表面能增加外层塑料熔体的阻力，使与其表面相接触的塑料熔体凝固并形成一层绝热层，从而有利于内部的塑料熔体的保温。

（8）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。

5.分流道的布置

在多型腔的模具中，分流道的布局形式很多。研究分流道的布局，实质上就是研究型腔的布局问题。分流道的布局是围绕型腔的布局而设置的，即分流道的布局形式取决于型腔的布局，两者应统一协调，相互制约。