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精密模具设计PrecisionMouldDesign大连理工大学机械工程学院模具研究所InstituteofDie&MouldofSchoolofMechanicalEngineeringDalianUniversityofTechnology第十章无流道凝料注射模具10.1无流道凝料注射模具的概念与特点1无流道凝料注射模具的概念2无流道凝料模具技术的发展3无流道凝料注射模具的特点10.2无流道凝料模具的类型与结构1无流道凝料模具的类型2热塑性塑料无流道凝料注射模具3无流道凝料模具的应用第十章无流道凝料注射模具1无流道凝料注射模具的概念所谓无流道凝料模具即是在注射成型中，流道里的熔料始终保持热的流动状态。开模时只需取出固化的制品，而不产生流道凝料。特点：可提高材料的利用率，降低生产成本，保证制件成形质量。热塑性塑料的无流道凝料注塑模具，是通过采用绝热或加热的方法，使从注塑机喷嘴到模具的浇口这一段流动通道中的塑料熔体始终保持熔融状态。热固性塑料则是采用温流道注射模具，即通过控温使流道中的熔料保持在设定的温度内。10.1无流道凝料注射模具的概念与特点2无流道凝料模具技术的发展◆无流道凝料模具技术在国外应用已经有30多年的历史。早在1940年，E.R.Knowles在美国就申请了热流道技术的专利。◆据估计，目前在欧洲有1/4以上的注射模具应用了热流道技术，在美国也有1/6以上。在国外，热流道系统元件已系列化、商品化。有预测表明，热流道技术的应用比例将逐年增长。近几年，热流道技术还在不断的发展和完善。◆在中国，热流道技术约在80年代以后才逐步有所应用，目前应用尚不广泛。其应用比例约在2％～3％左右。但发展前景很好，市场的潜在需求非常大。★热流道模具技术的发展有以下趋势：1）开发研究各种新型喷嘴、热流道板及相关技术，以适应不同塑料和制品的要求。如防泄漏、耐磨、耐高温和热平衡等。2）微型热喷嘴及加热元件与控温技术。3）热流道系统的三维CAD及其模拟技术。3无流道凝料注射模具的特点（1）使用无流道凝料注射模具的益处1）不用三板式模具，同样可以采用点浇口进料；简化了模具结构，降低了对注射机开模行程的要求。2）节省原材料；避免了流道凝料回收、破碎再利用的工序和费用。如图10-3和图10-4所示。3）流道中熔体始终处于熔融状态，流动阻力小，有利于充模和保压力的传递，改善制品表面质量和力学性能。可实现多点浇口、多腔模具及大型、薄壁、长流程制品的成型。4）没有冷却和取出流道凝料的时间，缩短成形周期；易于自动化生产。5）流道中压力损失小，降低了所需的充模压力，使注射机的锁模力减小。没有浇注系统凝料，减少了注射量，可充分发挥注射机的能力。6）可用针阀式浇口，控制浇口封闭时间，保证制品成型质量。（a）传统的冷流道（b）热流道喷嘴取代主流道，省去主流道凝料。减少流道废料约40％，缩短成型周期约10％。（c）热流道板加两个热喷嘴，缩小主流道体积。与图（a）比，减少流道凝料60％～70％。（d）每腔均用热喷嘴，去除了冷流道。周期短，可成型薄壁件。模具成本高。图10-3一模八腔的冷热流道比较以16腔模具，三种不同浇注系统废料的比较。图（a）为完全的冷流道，体积约25cm³。图（b）是四个喷嘴简单热流道系统，带有较短的冷流道，其体积已缩小到5cm³。图（c）为16个热喷嘴，是完全的热流道系统。主流道和分流道废料已全部消除。图10-4不同浇注系统废料的比较3cm（a）（b）（c）方案（a）的模具，以注射周期为30s计，每小时约有3kg的废料。按每周120h运转一年，48周×120h×3kg=17280kg。一台注射机生产“废料”17t。另外还需分类、粉碎、储存等费用。方案（b）中的“废料”仅为原来的20％，适度的热流道花费，补偿了辅助生产的运行成本。方案（c）模具费用昂贵，但生产总的运行成本是物有所值的。1）模具结构复杂，制造费用高，维护保养较困难；热流道系统易出故障，运行成本高。不适宜小批量生产。2）初始生产准备时间长，模具调试要求高。3）不适宜热敏性和流动性差的塑料及成型周期长的塑件。4）流道板易产生热膨胀，对熔体泄漏及加热元件的故障较敏感。5）温度控制要求严格，需精密的温度控制元件及系统。（2）使用无流道凝料注射模具的限制1）熔融温度范围宽，粘度变化小，热稳定性好。（高温不易分解，低温流动性好）2）熔体粘度对压力敏感。不施压不流动，低压力就可流动。3）塑料的比热容低，易于熔融和固化。4）塑料的热变形温度高，制品能迅速从模具中脱模。★理论上几乎所有的热塑性塑料都可以采用无流道注射成型。目前应用昀多的是：PE、PP、PS和ABS等材料。（3）无流道凝料注射模具适用的塑料材料10.2无流道凝料模具的类型与结构无流道凝料模具热塑性塑料无流道凝料注塑模具绝热流道热流道热固性塑料无流道凝料注塑模具温流道井坑式喷嘴多腔绝热流道延伸式喷嘴多腔热流道阀式浇口内加热外加热（1）按塑料性能和流道热源方式分1无流道凝料模具的类型图10-4按塑料和热源分，无流道凝料模具的类型（2）按浇口形式分可分为直接浇口和间接分布浇口，如图10-5和图10-6所示。1）直接浇口（a）直接正浇口，单型腔（b）直接测浇口，单喷嘴，多型腔（c）单型腔热主流道冷分流道和浇口（d）热喷嘴进入冷主流道浇口（e）热主流道进入冷分流道图10-5直接浇口的各种形式2）间接分布浇口（a）大制品、长流程或厚壁多点浇口（b）多型腔单点浇口顶端进料，不需多分型面（c）单型腔侧浇口专门场合，成本高（d）多型腔叠层模具（e）单型腔，热流道进入冷分流道（f）多型腔，热流道进入冷流道★热流道与冷流道系统混合应用的优点，除了经济上考虑外，可简化热流道喷嘴浇口区域的温度控制。图10-6间接分布浇口的形式2热塑性塑料无流道凝料注射模具（1）绝热流道原理：流道中没有辅助加热装置，而是利用塑料导热性差的特性，将流道截面尺寸设计的很大（常超过30㎜），使紧贴流道表壁的塑料熔体因较低的模温而迅速冷凝，形成冻结层，而流道中心部位的熔体保持熔融流动。要求：为保持流道畅通，流过流道的塑料熔体速度应尽量快，使得流道中熔料被连续替换，没有足够的时间完全冻结。特点：费用低；更换物料方便；流道直径大，压力损失小；流道凝料冻结时，打开分型面很容易清除。但因其体积大，延长了塑料加热时间。对温度的控制不理想，不适宜加工热敏性塑料。应用：通常应用于加工精度低和要求成型周期短的制品，PE、PP、PS类通用塑料小制品的成型。1）井坑式喷嘴又称绝热主流道，是一种结构昀简单的单型腔绝热流道。仅适用于成型周期小于20s的制品。所谓井坑式喷嘴是在注射机喷嘴和型腔浇口之间，设置了一个主流道杯。杯内容积约为制件体积的1/3～1/4。杯壁四周形成冻结层绝热，流道杯与模板间的气隙，也起绝热作用。如图10-7所示。1—注射机喷嘴；2—储料井；3—点浇口；4—主流道杯1—弹簧；2—定位环；3—储料井；4—喷嘴图10-7井坑式喷嘴2）多型腔绝热流道①主流道式浇口流道取出时闭模位置流道取出时开模位置成型时锁块位置成型时开模位置多型腔绝热流道为圆形截面，直径常取Φ＝16～32㎜。主流道式浇口的多型腔模具如图10-8和图10-9所示。通常成型周期越长，直径应越大。主流道式浇口绝热流道图10-8主流道式浇口的结构图10-9主流道式浇口多型腔绝热流道结构图（a）浇口的始端突入分流道中，使部分直浇口处于分流道绝热皮层的保温之中。图（b）在直接浇口衬套四周增设了加热圈，浇口衬套与动模板之间有气隙绝热，与流道板之间有加热圈。若成型周期长，可在浇口中央插入加热棒加热。分流道板与动模板之间的气隙，为减小接触面积。1—主流道衬套；2—定模固定板；3—分流道；4—固化绝热层；5—分流道板；6—直接浇口衬套；7—动模板；8—型芯；9—加热圈；10—冷却水管。②点浇口点浇口成形的制件没有浇口凝料，但浇口容易冻结，仅适于成型周期短的制品。在浇口始端引导部分设置加热探针，可对浇口加热，能成形周期较长的制品。探针体常用导热良好的铍铜合金制造。如图10-10和10-11。1—流道闭合锁板；2—定模固定板；3—绝热层；4—分流道；5—主流道衬套；6—分型面闭合锁板；7—流道板；8—型芯固定板；9—脱模板；10—型芯；11—动模垫板；12—导套；13—导柱图10-10点浇口多型腔绝热流道1—加热元件；2—拔卸螺孔；3—止转块；4—分流道；5—探针体；6—浇口图10-11用于点浇口的加热探针（2）热流道注射模具热流道是在流道内部或流道周围设置加热器，使流道内的塑料熔体始终处于熔融状态。绝热流道每次使用前需清除流道中的固化物，而热流道只需加热流道中固化的塑料至熔融温度，然后射空。即可从新生产。其适用范围比绝热流道广泛，也适用于多个点浇口的较大制品成形。热流道系统由分流道板(manifold)和喷嘴(drop)两个基本单元组成。分流道板装在定模部分，把来自注射机喷嘴的熔料传递到型腔板，再由热喷嘴把熔料直接传递到型腔，或间接地通过一个冷流道向多个型腔供料。喷嘴通常穿过型腔板，并与分流道板成90°角。热流道模具同时具有加热、测温、绝热和冷却等装置，热流道板既被加热又被隔热，喷嘴也同样。分流道板和每个喷嘴都有独立的加热元件和温度控制系统。热流道模具对温度控制精度要求高，防止热平衡失调是个难题。1）热流道浇口的封闭热流道模具中，浇口分别连接着保持熔融状态的流道及需要固化的制品，且两者温度相差100℃以上。要求注射时熔体顺利通过，开模时浇口快速封闭，以免熔体泄漏。目前常用的浇口封闭方法有：◆靠热平衡封闭的开式浇口浇口开闭的热平衡，是通过调节浇口套外加热圈或内加热探针的温度而实现的。结构及温度调节方法简单，成本低。缺点是浇口处容易堵塞或拉丝，对温度设置要求高。◆靠热平衡封闭的侧浇口通过模具的开启切断浇口，浇口结构和温度调节方法简单，没有拉丝。缺点是浇口容易堵塞，适用范围受制品形状限制。◆靠循环加热、断热封闭的浇口需要设置与成型周期相适应的浇口加热、断热装置，结构和温度调节较简单，浇口封闭可靠，但需要较高精度的温控系统。◆弹簧作用阀杆封闭的浇口利用树脂压力开启阀杆，靠弹簧作用封闭浇口，结构较简单，浇口封闭可靠，要求弹簧的耐热性好，阀杆滑动灵活。◆机械阀式浇口利用气动、液压系统强制阀杆动作，从而实现浇口封闭、开启。结构动作可靠，成形条件宽，周期短，浇口阻力小。咱但结构复杂，制造成本高。2）延伸式喷嘴是将普通注射机的喷嘴加长使之能与模具浇口部分直接接触的一种特殊喷嘴，采用电热圈加热，有温度测控系统。要求喷嘴温度高于料筒15～20℃。喷嘴口实际上为型腔的浇口，常用直径为0.8～1.2㎜的点浇口。因高温喷嘴直接（或间接）成型塑件，须对模具进行绝热，以免喷嘴的高温影响塑件固化。常用气隙和塑料皮层绝热。注射保压后应使喷嘴脱离模具，尽量减小喷嘴与模具的接触面积。延伸式喷嘴结构简单，常用于单型腔模具。常用的有球形、锥形等形式。如图10-12所示。球形喷嘴成型喷嘴图10-12延伸式喷嘴的结构喷嘴伸入浇口套，靠凸肩定位并承力。喷嘴与浇口套间设有增加气隙的衬套。喷嘴端面是型腔一部分。带有中间衬套，开设气隙槽，并引入冷却水。锥形喷嘴成型喷嘴绝热喷嘴为绝热喷嘴，碗形塑料绝热皮层，中心厚度0.4～0.5㎜，外侧1.2～1.5㎜。承压凸肩上嵌以PTFE密封垫。保证浇口杯底部强刚度。图10-12延伸式喷嘴的结构喷嘴须对注射座定位，以承受压力。喷嘴前端与孔配合，须考虑热膨胀和飞边。结构形式多，应用广泛。其特征是具有一块由加热器供热的流道板。上接主流道，设有分流道和多个喷嘴。如图12-13所示。1—主流道衬套；2—热流道板；3—定模固定板；4—垫块；5—滑动压环；6—喷嘴套；7—螺钉；8—堵头；9—止转销；10—加热器；11—侧板；12—主流道型浇口杯；13—定模型腔板；14—动模型腔板。图10-13多型腔热流道板式结构主流道型浇口多型腔热流道板式模具结构3）多型腔热流道板式注射模具要求有良好的加热和绝热设施，保证加热器安装和温度控制有效。据浇口数量和位置，可有多种形式。