搜索
第六章模具设计6-1流道系统流道系统(runnersystems)将熔胶从竖浇道引导到模穴内，要推动熔胶流过流道系统就需要额外的压力。当熔胶流经流道系统时，产生的剪切热（摩擦热）使熔胶温度升高，有助于熔胶的流动。虽然适当的流道尺寸对于一个塑件和模具设计有许多好处，但因为其基本原理尚未广泛深入了解，所以流道尺寸设计问题经常被忽略。一般认为，大尺寸流道可以使用较低压力推进熔胶流动，但是却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以达到最高效率。流道尺寸的缩减极限在于射出成形机的射出压力规格。模流分析的流道平衡功能可以找出最佳化的流道尺寸，提供良好的流道系统，以合理的压力降充填平衡的流道和模穴。设计良好的流道系统有下列好处：可以决定最佳的模穴数目确定熔胶可以填饱模穴可以达成多模穴系统之平衡充填可以达成多浇口之模穴的平衡充填可以使废料最少化使塑件顶出较容易达成能源使用效率最佳化可控制充填时间／保压时间／成形周期时间6-1-1模穴数目之决定模穴数目的多寡取决于可应用的生产时间、射出机射出量的大小、所需之塑件品质、射出机塑化能力、塑件形状与尺寸，以及模具成本等因素。以下三组简单的公式可以协助决定模穴数目，应选取三组公式所获得之最小值作为设计模穴数目。(1)产品数量假如塑件尺寸公差的要求不甚严格，而且需要大量的成品，则选择多模穴较恰当。模穴数目取决于供应一定量塑件所需的时间（tm）、每批次的塑件数量（L）、生产一模塑件所需的时间（tc）、和淘汰因子（K），其中，K=1/（1-不良率）模穴数=L×K×tc/tm(2)射出量能射出机的射出量能也是决定模穴数目的一个重要因素，取射出量能的80﹪为射出重量(S)，再除以塑件重量（W），即可计算出模穴数目。模穴数目=S/W(3)塑化能力射出机的塑化能力是影响模穴数目的另一个重要因素。将射出机的塑化能力（P）除以每分钟估计的射出次数(X)和塑件重量(W)，即可计算出模穴数目。模穴数目=P/(X×W)6-1-2流道配置多模穴系统的基本流道配置方式如图6-1，包括：标准流道系统（standard，或鱼骨形Herringbone）H形流道系统（H-bridge，或分枝形branching）辐射流道系统（radial，或星形star）H形和幅射流道系统提供自然平衡，亦即从竖浇道到所有的模穴都有相同的流动距离和流道尺寸，所以各模穴都有相同的充填条件。至于鱼骨形流道系统，虽然不是自然平衡，却比自然平衡系统可以在相同的模具内塞进更多模穴，造成最小的流道体和最低的模具加工成本。除了采用自然平衡的流道系统之外，不平衡的流道系统也可用人工改变流道直径与长度，或是在各个子流道加装流量调节螺丝，以调整获得平衡的系统。模流分析软件的流道平衡分析可以自动化完成流道平衡。6-1-3竖浇道尺寸之决定竖浇道尺寸主要决定于塑件尺寸，特别是塑件的肉厚。竖浇道的设计必须能够方便可靠地让塑件脱模，于射出成形时，竖浇道不可以比塑件其它部分的截面更早凝固，如此才能够有效图6-1基本的流道系统之配置图6-2是建议的竖浇道设计规范。不具有锐角的系统有助于塑料的流动，所以，应该将竖浇道根部设计成半径r2的圆角。其它的设计规格如下列：Dco≧tmax+1.5(mm)Ds≧Dn+1.0(mm)α≧1°~2°tan(α)=(Dco–D)/2L图6-2竖浇道根部的圆角可以改善熔胶的流动6-1-4流道截面之设计常见的流道截面如图6-3，包括：圆形流道梯形流道改良梯形流道（圆形与梯形之组合）半圆形流道长方形流道通常建议采用前三种流道截面设计。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，然而，却必须在两侧模板都进行加工，模具加工成本通常较高昂，而且合模时两侧的半圆也必须对齐。相对地，梯形流道只在母模侧加工，其效能也很好，梯形流道通常应用于三板模，因为三板模如果采用圆形流道时，可能无法顺利脱模，而且模具可能在分模线造成圆形流道与模板滑动件之间的干涉。图6-3常用的流道截面形状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(hydraulicdiameter)进行比较。水力直径愈大，流动阻力愈低。水力直径定义为：PADh4其中，Dh=水力直径A=截面面积P=周长图6-3比较各种流道形状之等效水力直径，这些系数正好是C-mold软件之形状因子(shapefactor)的倒数。图6-3各种流道形状的等效水力直径6-1-5流道尺寸之决定流道的直径和长度会影响流动阻力。流动阻力愈大的流道，充填就会造成愈大的压力降。加大流道直径可以降低流动阻力，但是会耗用较多的树脂材料，也需要更长的冷却时间，才能顶出塑件。设计流道直径最初可以根据实验数据或是下列方程式进行，然后应用模流分析软件微调流道直径，最佳化熔胶传送系统。最初估算的流道直径为：7.34/12/1LWD其中，D=流道直径(mm)；W=塑件重量(g)；L=流道长度(mm)。范例说明：图6-4和图6-5所提供实验数据可以用来计算流道尺寸，例如，一个300公克重的ABS塑件，其厚度为3mm，流道长度为200mm，则流道直径该是多少？1.根据图6-4，在300公克重之水平线和3mm厚直线之交点处画一垂直线，与横轴交于5.8mm处，即为参考直径D’。2.使用图6-5，在流道长度200mm处画水平线与曲线得到交点，再画垂直线与横轴交于1.29，即为长度系数fL。3.将5.8mm乘上1.29，获得之流道直径为7.5mm。图6-4材料的流道直径图，其中，G=塑件重量(g);S=塑件厚度（mm）;D’=参考直径(mm)图6-5流道长度与长度系数对于流动直径的影响一般无法填充料之塑料的典型流道尺寸列于表6-１。表6-1无填充料之塑料的典型流道尺寸材料直径材料直径mminchmminchABS,SAN5.0-10.03/16-3/8Polycarbonate聚碳酸脂(PC)5.0-10.03/16-3/8Acetal聚缩醛树脂3.0-10.01/8-3/8Thermoplasticpolyester热塑性聚脂树脂3.0-8.01/8-5/16Acetate5.0-110.3/16-7/19Thermoplasticpolyester(reinforced)补强热塑性聚脂树脂5.0-10.03/16-3/8Acrylic压克力8.0-10.05/16-3/8Polyethylene聚乙烯2.0-10.01/16-3/8Butyrate5.0-10.03/16-3/8Polyamide聚丙烯酸脂5.0-10.03/16-3/8Fluorocarbon聚氟碳树脂5.0-10.03/16-3/8Polyphenyleneoxide6.0-10.01/4-3/8Impactacrylic耐冲击压克力8.0-10.05/16-1/2Polyphenylene聚丙烯5.0-10.03/16-3/8Ionomers2.0-10.03/32-3/8Polystyrene聚苯乙烯3.0-10.01/8-3/8Nylon耐隆2.0-10.01/16-3/8Polysulfone聚氟乙烯6.0-10.01/4-3/8Phenylene6.0-10.01/4-3/8Polyvinyl(plasticized)聚氯乙烯3.0-10.01/8-3/8Phenylenesulfide6.0-10.01/4-1/2PVCRigid硬质聚氯乙烯6.0-16.01/4-5/8Polyallomer异聚合物5.0-10.03/16-3/8Polyurethane聚尿素树脂6.0-8.01/4-5/166-1-6热流道系统理想的射出成形系统可以生产密度均匀的塑件，而且不需要流道，不产生毛边和浇口废料。使用热流道系统(hotrunnersystems)可以达成此一目标。热流道内尚未射进模穴的塑料会维持在熔融状态，等充填下一个塑件时再进入模穴，所以不会变成浇口废料。热流道系统也称作热歧管系统(hotmanifoldsystems)或无流道成形(runnerlessmolding)。常用的热流道系统包括：绝热式和加热式两种。使用绝热式流道(insulatedrunners)的模具，其模板有足够大的通道，于射出成形时，接近流道壁面塑料的绝热效果加上每次射出熔胶之加热量，就足以维持熔胶流路的通畅，如图6-6(a)所示。加热式流道(heatedrunners)系统有内部加热与外部加热两种设计。内部加热式如图6-6(b)，由内部的热探针或鱼雷管加热，提供了环形的流动通道。藉由熔胶的隔热作用可以减少热量散失到模具。外部加热式提供了内部的流动通道，并由隔热组件与模具隔离以降低热损失，如图6-6(c)。表5-2列出三种热流道的优缺点。表6-2各种流道系统之优缺点热流道种类优点缺点绝热式设计较简单成本较低会在浇口处产生不必要的凝固层。必须以短周期时间维持熔融状态。需要较长的起动时间以到达稳定的熔胶温度。有充填不均之问题。内部加热式改善热分布情形成本较高，设计较复杂。应注意流动平衡和复杂的温度控制。应考虑模具的不同组件之间的热膨胀。外部加热式改善热分布情形温度控制较佳成本较高，设计较复杂。应考虑不同的模具组件之间的热膨胀。图6-6热流道系统之种类：(a)绝热式、(b)内部加热式、和(c)外部加热式。6-2流道平衡如果可能的话，应使用自然平衡流道系统来平衡进入模穴的熔胶流动。让熔胶平衡地流入模穴是高品质塑件之先决条件，藉由改变流道的尺寸与长度可以达成自然平衡的流道系统。假如无法达成自然平衡之流道系统，可以改用人工平衡流道系统，经由改变浇口尺寸获得相似的平衡充填，但是会显著地影响浇口的冷凝时间，进一步影响塑件的均质。应用模流分析软件的流道平衡工具，可以使人工平衡流道系统变得更节省时间和成本，并且获得平衡充填的塑件，参阅图6-7。图6-7人工平衡流道系统之成形塑件要平衡流道系统，促成熔胶流向距离竖浇道最遥远的模穴，可以缩减充填其它模穴的流道口径。但必须注意到，太小的流道口径可能使流道内的熔胶提前凝固，造成短射；另一方面，小口径流道会增加剪切热，使熔胶黏滞性降低，造成更快速的充填。此外，应该牢记非标准规格的流道口径会增加模具的制作成本与维修成本。人工平衡流道系统有可能因为塑料差异就射出不同品质的塑件，所以需要更严谨地控制成形条件。只要成形件稍有变化，充填模式就可能改变，造成不平衡的充填。在流道设计的最终阶段，模流分析软件可以协助确认流动速率对于流道系统设计的敏感度，并且决定适当的成形条件。例如，使用鱼骨形流道系统时，不同的进浇速率会造成不同充填模式。一般而言，低进浇速率将先充饱远离竖浇道的模穴；高进浇速率则先充饱靠近竖浇道的模穴。原因在于低进浇速率的熔胶流动到第一个浇口时，会因流动阻力而流向流道的其它部分，等到流道系统内充满熔胶之后，上游的第一个浇口因部分熔胶凝固而产生较大的流动阻力，于是，下游的模穴较先充饱，如图6-8所示。图6-8使用不同射出速度之不平衡流道系统的流动模式6-2-1流道设计规则流道设计对于塑件品质与产能有绝对的影响，本节之流道设计规则提供了流道设计的基本规范。(1)在流道尺寸方面，流道截面面积不应该小于竖浇道截面面积，以便熔胶可以快速流到浇口区域。但是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1.5mm（0.06英吋）。未加填充材料的塑料之典型流道尺寸可以参考表6-１。梯形流道的高度与宽度大约相等，而且每边各有5°～15°的斜角。(2)每当流道有分支，其分支流道的直径应该要小于主流道的直径，因为只有较少量的熔胶会流进分支。而且，从经济观点而言，应减少流道内的的熔胶量，以减少废料。当主流分流到Ｎ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×Ｎ１／３(3)考虑熔胶温度，一般而言，小尺