第三篇主講：陶福春模具設(shè)計(jì)1第三節(jié)澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、概述

澆注系統(tǒng)可分為普通澆注系統(tǒng)和熱流道澆注系統(tǒng)兩大類。澆注系統(tǒng)控制著塑件在注塑成型過(guò)程中充模和補(bǔ)料兩個(gè)重要階段，對(duì)塑件質(zhì)量關(guān)系極大。澆注系統(tǒng)是指從注塑機(jī)噴嘴進(jìn)入模具開始，到型腔入口為止的那一段流道。澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：根據(jù)塑件大小和形狀進(jìn)行流道布置、決定流道斷面尺寸、對(duì)澆口的數(shù)量、位置、形式進(jìn)行優(yōu)化。當(dāng)采用專用CAE軟件進(jìn)行澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，它是由設(shè)計(jì)者采用人機(jī)對(duì)話的形式進(jìn)行的。2

因此只有設(shè)計(jì)人員對(duì)澆注系統(tǒng)有一定的理論知識(shí)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)才能用好各種設(shè)計(jì)軟件，使其發(fā)揮出應(yīng)有的效益。無(wú)論是進(jìn)行澆注系統(tǒng)的人工設(shè)計(jì)，還是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)都必須對(duì)澆注系統(tǒng)有深入的了解和認(rèn)識(shí)。認(rèn)識(shí)一下澆注系統(tǒng)..\flash\zhusu.swf

多型腔模具的澆注系統(tǒng)由主流道、分流道、澆口、冷料井幾部分組成，圖3-3-1為用于臥式或立式注塑機(jī)模具的澆注系統(tǒng)。圖3-3-2為用于角式注塑機(jī)模具的澆注系統(tǒng)。對(duì)于單型腔模具有時(shí)可省去分流道和冷料井，簡(jiǎn)單的只有一個(gè)圓錐形主流道直接和塑件相連，這段流道又叫主流道澆口。3

澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則如下：1.了解塑料的成型性能；2.盡量避免或減少產(chǎn)生融接痕；3.有利于型腔中氣體的排除；4.防止型芯的變形和嵌件的位移；5.盡量采用較短流程充滿型腔；6.流動(dòng)距離比的校核。（1）主流道指緊接注塑機(jī)噴嘴到分流道為止的一段流道，熔融塑料進(jìn)入模具時(shí)首先經(jīng)過(guò)它。它與注塑機(jī)噴嘴在同一軸心線上，物料在主流道中不改變流動(dòng)方向，主流道形狀一般為圓錐形（如圖3-3-1所示）或圓柱形（如圖3-3-2所示）。456（2）分流道將從主流道來(lái)的塑料沿分型面引入各個(gè)型腔的那一段流道，因此它開在分型面上。分流道的斷面可以呈圓形、六邊形、半圓形、梯形、矩形、U字型等。其中圓形、六邊形，需在動(dòng)模和定模兩邊同時(shí)開槽組合而成；其余斷面可以單開在定模一邊或動(dòng)模一邊。（3）澆口是指緊接流道末端將塑料引入型腔的狹窄部分，主流道型澆口以外的各種澆口，其斷面尺寸都比分流道的斷面尺寸小得多，長(zhǎng)度也很短，起著調(diào)節(jié)料流速度、控制補(bǔ)料時(shí)間等作用。其斷面形狀常見的有圓形、矩形等。7（4）冷料井用來(lái)除去料流中的前端冷料。在注塑循環(huán)過(guò)程中，由于噴嘴與低溫模具接觸，使噴嘴前端存有一小段低溫料。在開始注塑入模時(shí)，冷料在料流最前端。如冷料進(jìn)入型腔將造成制件上的冷瘢、冷接縫，甚至在進(jìn)入型腔前冷料頭即將澆口堵塞而不能進(jìn)料。冷料井一般設(shè)在主流道末端，有時(shí)分流道末端也設(shè)有冷料井。8二、塑料熔體在澆注系統(tǒng)和型腔內(nèi)的流動(dòng)分析

一副成功的注塑模具其澆注系統(tǒng)應(yīng)保證在充模階段塑料熔體能順利地通過(guò)流道，充滿型腔，不產(chǎn)生噴射，不夾帶入空氣，不產(chǎn)生或少產(chǎn)生熔接痕。當(dāng)熔接痕不可避免時(shí)，應(yīng)使它的位置、數(shù)量、尺寸、熔接質(zhì)量和外觀不影響塑件的使用。在保壓階段能把注塑機(jī)料筒傳來(lái)的壓力通過(guò)流道和澆口傳遞到型腔內(nèi)，達(dá)到充分地壓實(shí)塑料熔體和補(bǔ)料的目的。正確地補(bǔ)料能保證塑件尺寸和形狀精度，不發(fā)生過(guò)大的收縮，表面無(wú)凹陷，內(nèi)部無(wú)縮孔。在補(bǔ)料結(jié)束時(shí)迅速凍結(jié)，不產(chǎn)生過(guò)度的補(bǔ)料，降低低溫補(bǔ)料帶來(lái)的內(nèi)應(yīng)力。9三、注流道和冷料井的設(shè)計(jì)

1．主流道和主流道襯套為了有效地傳遞保壓壓力，澆注系統(tǒng)主流道及其附近的塑料熔體應(yīng)該最后固化。在臥式或立式注塑機(jī)用模具中，主流道垂直于分型面，而角式注塑機(jī)用模具的主流道則開設(shè)在分型面上。前者為便于流道凝料的拔出，設(shè)計(jì)成具有2°~4°錐角的圓錐形，內(nèi)壁有Ra=0.4μm以下的粗糙度，在內(nèi)壁研磨和拋光時(shí)應(yīng)注意拋光方向，不形成垂直于脫模方向的劃痕，否則會(huì)發(fā)生脫出困難而造成成型中斷。加工腐蝕性材料還應(yīng)將流道的內(nèi)孔鍍鉻。10

主流道與噴嘴接觸處多作成半球形的凹坑，二者應(yīng)嚴(yán)密地配合，避免高壓塑料熔體溢出，凹坑球半徑R2應(yīng)比噴嘴球頭半徑R1大1~2mm，如圖3-3-7（a）所示如若相反則主流道凝料將無(wú)法脫出；如大得太多則密封作用不好。主流道小端直徑應(yīng)比注塑機(jī)噴嘴孔直徑約大0.5~1mm，常取φ4~8mm，視制品大小及補(bǔ)料要求決定。大端直徑應(yīng)比分流道深度大1.5mm以上，其錐角不宜太大，一般取2°~6°。由于主流道與注塑機(jī)的高溫噴嘴反復(fù)接觸和碰撞，所以設(shè)計(jì)成獨(dú)立的主流道襯套，選用優(yōu)質(zhì)鋼材制作并經(jīng)熱處理提高硬度。1112

主流道襯套要求承受交變應(yīng)力，其外圓盤直徑不能太大，以免產(chǎn)生過(guò)大的反壓力，使主流道襯套后退，甚至將連接螺釘拉斷。臺(tái)階轉(zhuǎn)角半徑R宜大一些，以免淬火開裂或應(yīng)力集中。為補(bǔ)償在注塑機(jī)噴嘴沖擊力作用下主流道襯套變形，可以將它的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)得比模板厚度短0.02mm。當(dāng)主流道貫穿幾塊模板時(shí)，必須采用主流道襯套，以避免在模板間的拼縫處溢料，以致主流道凝料無(wú)法脫出，圖3-3-8為一典型的主流道襯套示例。當(dāng)其不允許轉(zhuǎn)位時(shí)可用銷、螺釘或鍵定位。

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有的設(shè)計(jì)將主流道襯套的大圓盤設(shè)計(jì)成模具定位環(huán)，用來(lái)安裝模具時(shí)作定位用，并高出定模表面5~10mm，但當(dāng)定位環(huán)直徑D與配合段外徑d相差甚大時(shí)，則應(yīng)將襯套與定位環(huán)分開設(shè)計(jì)，如圖3-3-9（a）、(b)所示。圖3-3-9（b）的設(shè)計(jì)將定位環(huán)的周邊凸出，緊壓在機(jī)器定模板和模具定模板之間，用來(lái)承受主流道襯套被反向壓出的力。14152．冷料井類型和結(jié)構(gòu)

前面已經(jīng)提到由于注塑機(jī)噴嘴與冷模具接觸降溫，致使噴嘴前端常存有一段底溫料，為除盡這段冷料，一般設(shè)有冷料井，使冷料不進(jìn)入分流道和型腔。角式注塑機(jī)用模具的冷料井為主流道的延長(zhǎng)部分。臥式注塑機(jī)用模具的冷料井設(shè)在與主流道末端相對(duì)的動(dòng)模上，冷料井的底部或四周常作成曲折的鉤形或側(cè)向凹槽，使冷料井在分模時(shí)能將主流道凝料從主流道中拉出留在動(dòng)模上。常見冷料井結(jié)構(gòu)有以下三類。16（1）冷料井底部帶推料桿的冷料井

在冷料井底部有一根與冷料井圓孔成動(dòng)配合的推桿，其中最常見的是帶Z型頭拉料鉤的推桿，又稱為拉料桿，這是最常用的形式。由于拉料桿頭部的側(cè)凹將主流道凝料鉤住，分模時(shí)即可將凝料從主流道中拉出。拉料桿的根部固定在推出板上，在推出制件時(shí)，冷料也一同被推出，取產(chǎn)品時(shí)向拉料鉤的側(cè)向稍許移動(dòng)，即可脫鉤將制件連同澆注系統(tǒng)凝料一道取下。其結(jié)構(gòu)如圖3-3-11（a）所示。1718

同類型的還有倒錐形冷料井圖3-3-11（b）和圓環(huán)槽冷料井圖3-3-11（c），其冷料推桿也都固定在推出板上，分模時(shí)靠倒錐或側(cè)凹起拉料作用，然后再?gòu)?qiáng)制推出。這兩種形式宜用于彈性較好的塑料。有時(shí)由于形狀限制，在脫模時(shí)，制件無(wú)法左右移動(dòng)，不宜采用Z形頭拉料桿，如圖3-3-12所示，而應(yīng)采用倒錐形或圓環(huán)槽的冷料井。

1920（2）帶球形頭拉料桿的冷料井這種拉料桿專用于制件以推板脫模的模具中（見脫模機(jī)構(gòu)有關(guān)章節(jié)）。塑料進(jìn)入冷料井后，緊包在拉料桿球形頭的側(cè)凹內(nèi)，開模時(shí)即可將主流道凝料從主流道中拉出。球頭拉料桿的根部固定在動(dòng)模邊的型芯固定板上，不隨推出裝置移動(dòng)，故當(dāng)推件板推塑件時(shí)，將主流道凝料從拉料桿球頭上強(qiáng)制推下，如圖3-3-13（a）所示。菌形頭拉料桿和錐形頭拉料桿，如圖3-3-13（b）和（c），為這種拉料桿的變異形式。錐形拉料桿沒(méi)有儲(chǔ)存冷料的作用，它靠塑料收縮包緊力將主流道拉住，故可靠性遠(yuǎn)不如上面兩種。為增大錐面的磨擦力，可采用較小的錐度，或在錐面上開環(huán)形槽。但尖錐的分流作用較好，常用在單腔模成型帶中心孔的塑件，例如塑料齒輪模具中采用。2122（3）無(wú)拉料桿冷料井

如圖3-3-14所示。其中圖3-3-14（a）的結(jié)構(gòu)是在主流道對(duì)面的動(dòng)模板上開一90°錐角圓錐形凹坑，為了拉出主流道凝料，在錐形凹坑的錐壁上平行于對(duì)應(yīng)邊鉆有一深度不大的小孔，分模時(shí)靠小孔內(nèi)塑料的固定作用將主流道凝料從主流道中拉出，推出時(shí)推桿推在制件上或分流道上，這時(shí)冷料頭先沿著小孔的軸線移動(dòng)脫出，然后被全部拔出。為了能讓冷料頭完成這種斜向移動(dòng)，分流道必須設(shè)計(jì)成S型或其它的帶有撓性的形狀。23

另一種無(wú)拉料桿的冷料井用于瓣合模的模具中。塑件因?yàn)橛型鈧?cè)凹，采用瓣合模成型，將倒錐形冷料井加工在兩瓣合模塊的分型面上，開模時(shí)利用倒錐形冷料井將主流道從定模拉出。分型時(shí)瓣合模塊分開，冷料井中的凝料即可隨塑件和流道一起脫出，冷料井底部不需設(shè)推料桿。如圖3-3-14（b）所示。

24（4）主流道襯套裝彈簧的開式

塑件成型后機(jī)器的噴嘴后退一小段距離，則彈簧推動(dòng)主流道襯套與主流道凝料松脫，這種冷料井也可不設(shè)拉料桿，如圖3-3-14（c）所示。2526四、分流道系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1．多腔模中型腔和分流道的布置多型腔模設(shè)計(jì)時(shí)型腔布置和分流道的布置應(yīng)同時(shí)加以考慮，設(shè)計(jì)的原則有：①盡量保證各型腔同時(shí)充滿，并均衡地補(bǔ)料，以保證同模各塑件的性能、尺寸盡可能一致。②各型腔之間距離恰當(dāng)，應(yīng)有足夠空間排布冷卻水道、螺釘?shù)?，并有足夠截面積承受注塑壓力。③在滿足以上要求的情況下盡量縮短流道長(zhǎng)度、降低澆注系統(tǒng)凝料重量。④型腔和澆注系統(tǒng)投影面積的重心應(yīng)盡量接近注塑機(jī)鎖模力的中心，一般在模板的中心上。27

多型腔模分流道的布置有平衡式和非平衡式兩類，只有平衡式才能同時(shí)滿足以上幾點(diǎn)要求，適用于生產(chǎn)高精度的制品。所謂平衡式的布置是指：從主流道到各型腔的分流道和澆口其長(zhǎng)度、形狀、斷面尺寸都要對(duì)應(yīng)相等的。這種設(shè)計(jì)可達(dá)到各個(gè)型腔均衡地進(jìn)料，均衡地補(bǔ)料，圖3-3-16是平衡布置的例子。在加工平衡式布置的分流道時(shí)應(yīng)注意各對(duì)應(yīng)部位尺寸的一致性，其斷面尺寸的誤差應(yīng)在1%以內(nèi)。2829

非平衡式布置的分流道一般來(lái)說(shuō)適用于型腔數(shù)較多的情況，其流道的總長(zhǎng)度可比平衡式布置的短一些，因而可減少回頭料的重量，如圖3-3-17（a）、（b）、（c），這對(duì)于性能和精度要求不高的塑件來(lái)說(shuō)是經(jīng)濟(jì)可行的。為了達(dá)到各型腔同時(shí)充滿，必須把澆口開成不同的尺寸，其方法詳見澆口設(shè)計(jì)部分。應(yīng)該指出：?jiǎn)渭兛坑?jì)算的辦法來(lái)確定澆口尺寸是不容易做到各型腔同時(shí)充滿的，實(shí)際上還需采用不完全注塑法通過(guò)反復(fù)試模和修整來(lái)完成，但即使做到了各型腔同時(shí)充滿也不容易做到各型腔澆口同時(shí)凍結(jié)，因此補(bǔ)料時(shí)間會(huì)各不相同。顯然對(duì)于性能和精度要求特別高的塑件最好采用平衡式布置的分流道。30312．分流道截面形狀設(shè)計(jì)

分流道常見斷面形狀有圓形、正六邊形、梯形、U形、半圓形、矩形等數(shù)種，希望選取易于加工，且在流道長(zhǎng)度和流道體積相同的情況下流動(dòng)阻力和熱量損失都最小的斷面形狀。從減少熱損失的角度出發(fā)其比表面積（即單位體積所具有的表面積，約等于斷面周長(zhǎng)與斷面面積之比）應(yīng)越小越好，從減少流動(dòng)阻力的角度也有類似的結(jié)論?，F(xiàn)對(duì)各種斷面形狀的利弊分析如下：32（1）圓形斷面分流道

這種分流道比表面積最小，故熱量散失小，阻力亦小，澆口可開在流道中心線上，因而延長(zhǎng)了澆口凍結(jié)時(shí)間。缺點(diǎn)是需要同時(shí)在動(dòng)模和定模上切削加工，而且要相互吻合，故制造比較困難，費(fèi)用高。（2）正六邊形分流道

優(yōu)點(diǎn)同上，其比表面積略大于圓形分流道，但加工稍易，常用于小斷面尺寸（約3mm）的流道。33（3）梯形斷面分流道由于這種流道，只切削加工在一個(gè)模板上，節(jié)省機(jī)械加工費(fèi)用，且熱量損失和阻力損失均不太大，故為最常用形式。其斷面尺寸比例為：h=1~2/3ω,χ=3/4ω,或取余邊與分模線的垂線呈10°的斜角。（4）U形斷面分流道這種分流道斷面其優(yōu)缺點(diǎn)與梯形斷面分流道基本相同，故亦常采用。（5）

半圓形斷面分流道由于這種分流道的比表面積較大，故不常采用。（6）形斷面分流道這種分流道比表面積亦較大，脫模斜度小，也不常采用。34

分流道表面粗糙度決定于所成型的塑料品種，有的塑料流道不宜拋光，其好處是使流道壁處凍結(jié)的冷皮貼在壁上，不易隨流體進(jìn)入型腔。而對(duì)另一些塑料如PP、PVC、POM為避免表面疵痕，必須對(duì)流道表面仔細(xì)拋光，甚至要求鍍鉻。35五、澆口設(shè)計(jì)

澆口直接與塑件相連，把塑料熔體引入型腔。澆口斷面形狀有圓形、矩形和又寬又薄的狹縫形。圓形截面澆口常見有針點(diǎn)澆口，潛伏式澆口、主流道形澆口；矩形截面澆口有側(cè)澆口、輪輻式澆口；狹縫式澆口有扇形澆口、薄膜式澆口等。澆口是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部位，澆口的形狀和尺寸對(duì)塑件質(zhì)量影響很大，澆口在大多數(shù)情況下是整個(gè)流道中斷面尺寸最小的部分，對(duì)充模流動(dòng)起著控制性作用，成型后制品與澆注系統(tǒng)從澆口處分離，因此其尺寸又影響著后加工工作量的大小和塑件外觀。常見的澆口形式有下述十種：邊緣澆口、扇形澆口、圓環(huán)澆口、輪輻澆口、爪形澆口、點(diǎn)澆口、潛伏式澆口、護(hù)耳澆口、直接澆口36373839404