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1、,冷却系统的设计,流道的设计,浇口的设计,1,2,3,第五章 注塑模流变学设计,一、流道系统的设计,注塑模设计内容包括：1、根据塑料熔体的流变行为，选择浇口位置和数量，确定流道系统尺寸，估算模腔压力，确定注塑机。2、进行模具结构设计。3、据制件重量及材料特性进行传热学设计。流变学设计有着关键的作用。,第五章 注塑模流变学设计,流道系统中流量和粘度的关系,对于圆形流道：,对于矩形流道：,可见，流量的大小除了受长度、粘度、和压力降影响外，还和流道或浇口的截面尺寸有关。为了提高效率，希望流量大些。,一、流道系统的设计,作用：流道系统(runner systems)将熔体从主流道道引导到模腔内，推动熔
2、体流过流道系统就需要压力。当熔体流经流道系统时，产生的剪切热（摩擦热）使熔体温度升高，有助于熔体的流动。大尺寸流道可用较低压力推进熔体流动，但需要较长的冷却时间，会产生较多的废料，也需要较高的锁模力。反之，适当的小尺寸流道在使用原料和消耗能源等方面可达到最高效率。,第五章 注塑模流变学设计,主流道尺寸主要决定于塑件尺寸，特别是塑件的壁厚。主流道的设计必须能够方便可靠地让塑件脱模，注射成形时，主流道不可比塑件其它部分的截面更早凝固。,一、流道系统的设计,第五章 注塑模流变学设计,Dco tmax + 1.5 (mm) Ds Dn + 1.0 (mm) = 2 4 tan() = (Dco D)
3、/ 2L,建议的竖浇道设计规范如上图。不具有锐角的系统有助于塑料的流动，所以，应该将主流道根部设计成半径 r2的圆角。,一、流道系统的设计,第五章 注塑模流变学设计,H形和幅射流道系统提供自然平衡，即从主流道到所有的模腔都有相同的流动距离和流道尺寸，所以各模腔都有相同的充填条件。至于鱼骨形流道系统，虽不是自然平衡，却比自然平衡系统可以在相同的模具内塞进更多模腔，具有最小的流道体积和最低的模具加工成本。除采用自然平衡的流道系统之外，不平衡的流道系统也可人工改变流道直径与长度，或在各个分流道加装流量调节螺丝，以调整获得平衡的系统。,一模多腔的流道配置方式遵循的原则是同时充满型腔。,一、流道系统的设
4、计,第五章 注塑模流变学设计,流道截面包括：圆形流道、梯形流道、改良梯形流道（圆形与梯形之组合）、半圆形流道和 长方形流道。前三种较好。,：截面形状设计。,就最大的体积与表面积比值而言，圆形流道最佳，也具有最小的压力降和热损失，但必须在两侧模板都进行加工，加工成本高，且合模时两侧的半圆必须对齐。而梯形流道只在母模侧加工，效果很好，常用于三板模，因为三板模如采用圆形流道时，可能无法顺利脱模，而且模具可能在分型面造成圆形流道与模板滑动件之间的干涉。,一、流道系统的设计,第五章 注塑模流变学设计,对于不同形状的流道，可以使用做为流动阻力指标的水力直径进行比较。水力直径愈大，流动阻力愈低。水力直径定义
5、为：,：截面形状设计。,Dh = 水力直径 A = 截面面积 P = 周长,一、流道和浇口截面的尺寸确定,第五章 注塑模流变学设计,塑料熔体的流变实验表明，剪切速率在1000/s范围，熔体的粘度与应力松弛无影响，适合注射成型。实验结果为主流道和分流道的剪切速率为500-50000/s，浇口的剪切速率为10000-100000/s比较好。,根据经验公式可确定流道截面当量半径：,其中体积流量可据塑件体积和注塑机公称注塑量确定，公式为：,为塑件体积，一般取0.5-0.8倍注塑机公称注塑量，注塑机公称注塑量可查注塑机型号。,一、流道系统的设计规则,第五章 注塑模流变学设计,1、在流道尺寸方面，流道截面
6、积不应小于主流道截面积，以便熔体可快速流到浇口区域。但必须注意不要使用太大口径的流道，才能够降低废料量。选择冷流道口径应考虑能够使用标准刀具加工者优先。对于大部分的塑料，建议流道最小直径为 1.5 mm（0.06英吋）。梯形流道的高度与宽度大约相等，而且每边各有 515的斜角。,2、分流道的直径应小于主流道的直径，因为只有较少量的熔体会流进分支。而且，从经济观点而言，应减少流道内的的熔体量，以减少废料。当主流分流到个分支流道时，主流道直径(dmain)和分支流道直径(dbranch)的关系为：。,dmain dbranch,一、流道系统的设计规则,第五章 注塑模流变学设计,3、考虑熔体温度，一
7、般而言，小尺寸流道比大尺寸流道为佳，其可以产生较大量的黏滞热，有效地提升熔体温度，而不必采用高温料管。不当地应用高温料管可能会导致塑料裂解。然而，小尺寸流道系统有可能提前凝固，造成短射。,4、 所有的流道必须在交接处设计一冷料井(cold slug well)，帮助熔体流进流道系统和模腔。冷料井的长度通常等于流道直径。流道与另一分支流道相交处，通常在流道延伸处设置冷料井。,一、流道系统的设计规则,第五章 注塑模流变学设计,5、流道的设计必须顾及顶出和脱模的方便性，提供适当的剖面和脱模斜角。对于大部份的塑料而言，必须将流道表面抛光，以方便熔体流动和顶出塑件。加长的流道系统应该采用多主流道拉杆(m
8、ultiple sprue pullers)和多重顶出位置。,二、浇口的设计,第五章 注塑模流变学设计,塑件的浇口设计包括浇口种类、尺寸和位置。浇口设计受到塑件设计、模具设计、塑件规格（例如外观、公差、同轴性）、成形塑料、填充材料、模板种类和经济因素（模具加工成本、成形周期、允许之废料量等）的影响。,最好采用单浇口。多浇口系统通常会产生熔接线和融合线的问题。单浇口系统可以确保材料、温度的均匀分布和均匀的保压，以及较佳的分子链配向性。,浇口截面通常很小，则塑件可很容易去除浇口而不会留下浇口痕迹。通常浇口厚度大约是塑件厚度的 2/3。由于浇口处凝固可视为保压阶段结束，大截面浇口可减少黏滞热，容许使
9、用较低进浇速度，使用较高的保压压力长时间保压。如必须考虑塑件的外观、低残留应力和较佳尺寸稳定性等，就该选用较大的浇口。,二、浇口的设计,第五章 注塑模流变学设计,浇口位置之选择，应该确保均匀快速地充填，而且将熔接线融合线和排气孔安排到最不影响塑件外观或强度的区域。另外，熔体流动的高压力和高流动速度使得浇口附近产生极高的残留应力，所以应将浇口设置在远离塑件承受外来高应力的区域。浇口应远离塑件之薄截面区域或壁厚突然变化区域，以避免迟滞现象或产生凹痕与空洞 。,二、浇口的设计,第五章 注塑模流变学设计,浇口类型分为人工去除式浇口和自动去除式浇口，人工去除式浇口包括直接浇口、凸片浇口、边缘浇口、重迭式
10、浇口、扇形浇口、盘状浇口、环状浇口、辐状浇口、和薄膜浇口。,1、直接浇口于剪除后容易在塑件表面留下浇口痕迹。在直接浇口处有大量的收缩，结果造成浇口处的大量拉伸应力。使用比较少。,浇口应工作在剪切速率对塑料熔体粘度影响不大的区间，有利于表面光洁、应力低、收缩均匀等。小尺寸浇口的剪切热越有利于充模。,二、浇口的设计,第五章 注塑模流变学设计,2、凸片浇口（tab gate），常使用于扁平塑件或薄塑件，以减小模穴内的剪应力。浇口周围的高剪应力只发生在辅助凸片，并将于成形后剪除。凸片浇口经常应用于PC、PMMA和ABS等树脂的成形。凸片的最小宽度是6.4mm，最小厚度为壁厚的75%。,3、侧边浇口（e
11、dge gate）如上图，通常位于分型面，而且从塑件的侧边、上方或下方充填。典型侧浇口尺寸为塑件厚度的6%75%，或是0.46.4 mm，宽度为1.612.7 mm，浇口面长度不应超过1.0 mm，最佳值为0.5 mm。,二、浇口的设计,第五章 注塑模流变学设计,4、重迭浇口（overlap gate）与侧浇口类似，如下图，但重迭浇口与塑件侧壁或表面有重迭。重迭浇口通常用来防止喷流效应。典型重迭浇口尺寸为0.46.4 mm厚，1.612.7 mm宽。,5、扇形浇口（fan gate）如上图，厚度逐渐改变的宽边浇口，可让熔体 迅速地充填大型塑件。大型塑件非常在乎翘曲问题和尺寸的稳定性，使用扇形浇
12、口可让大型塑件的熔体均匀地充填模腔。扇形浇口的最大厚度不超过塑件的壁厚的75。典型的扇形浇口厚度为0.251.6 mm，宽度从6.4 mm到模腔侧边长度的25%。,二、浇口的设计,第五章 注塑模流变学设计,6、盘状浇口（disk gate），如下图，常用在内侧有开口的圆柱体或圆形，并且需要高度同轴性的塑件，或是不容许有熔接线的塑件。很容易获得熔体均匀流动的塑件。盘状浇口厚度通常是0.251.27 mm。,7、环状浇口（ring gate）如上图，也应用于圆柱体或圆形塑件，塑料先沿着模心环绕，然后再沿着圆管向下充填。环状浇口并不适用在所有的塑件。环状浇口的厚度通常为0.251.6 mm。 。,二
13、、浇口的设计,第五章 注塑模流变学设计,8、辐状浇口（spoke gate）如下图，也称为四点浇口或者十字浇口，它适用于管状塑件，具有容易去除浇口和节省塑料的优点。但是可能会造成熔接线，也无法获得完美的真圆度。辐状浇口通常是0.84.8 mm厚，1.66.4 mm宽。,9、薄膜浇口（film gate）如上图，又称为毛边浇口，与环状浇口类似，但使用于边缘平直的塑件，它具有平直的浇口，浇口宽度可以跨接整个模腔边缘或是部份的模腔。薄膜浇口适用于PMMA，而且常常用在又大又平整的塑件，以保持最小量的翘曲。薄膜浇口尺寸很小，厚度大约是0.250.63 mm，宽度大约为0.63 mm。,二、浇口的设计,
14、第五章 注塑模流变学设计,自动去除式浇口包括下列各类型：针状浇口、潜式浇口、和阀浇口.,1、针状浇口（pin gate）如右图，常应用于三板模，其流道系统位于模板的一组分型面，塑件模腔接在主要分型面。具有倒锥角的浇口在平行于模板运动方向穿透中间模板。当打开模腔主分型面时，针状浇口的小直径端从塑件撕离，再打开流道分型面即可顶出流道废料。此系统也可以先打开流道分型面，再使用辅具撕下流道废料。针状浇口最常使用在单一塑件多点进浇，以确保对称的充填，或是缩短流道长度以确保整个塑件的保压操作。典型的针状浇口的直径 0.251.6 mm。,二、浇口的设计,第五章 注塑模流变学设计,2、潜式浇口（submar
15、ine gate）或称为隧道浇口（tunnel gate）、凿子浇口（chisel gate），如右图，用于两板模，在分型面以下，流道末端与模腔之间加工一倾斜之锥状隧道。于顶出塑件和流道时，浇口会与塑件分离。典型的潜式浇口直径为0.25 2.0 mm，浇口由粗变细，直到成为球状端点。将多重潜式浇口设计在圆柱体的内面，可以取代盘状浇口，并且具备自动去除浇口的功能，其获得塑件的外围真圆度虽然比盘状浇口塑件的真圆度差，但通常也还可以接受。,二、浇口的设计,第五章 注塑模流变学设计,3、阀式浇口（valve gate）如右图，在热流道浇口内增加一针杆，以便在浇口凝固之前关闭浇口。它可以应用在较大的浇口
16、而不会产生浇口痕迹。因为保压周期受控于针杆，阀式浇口可以得到较佳的保压周期和较稳定的塑件品质。,二、浇口的设计原则,第五章 注塑模流变学设计,1、浇口应该射在非功能区、非外观区等适当位置。浇口设置在塑件的最厚部位，让塑料从厚区流向薄区，有助于获得良好的流动路径和保压路径。将浇口位置应设置在塑件中央，可以使熔体流动到塑件的各个极端位置都有相同的流动长度。,2、浇口的位置必须让模腔内的气体于注射出成形时逃逸出，否则将会造成短射、气孔、烧焦痕迹或在浇口处贮积高压力。浇口位置与尺寸的设计也应该要避免喷射流现象，加大浇口或者改善浇口位置使熔体冲击模壁，可以改善喷射流现象。对称的塑件应使用对称的浇口，以维持对称性。假如流动路径不对称，会使塑件的部份区域先完成充填、保压、冷却
