塑料模4_浇注系统

§3.3浇注系统设计一、概述定义：指由注射机喷嘴中喷出的塑料进入型腔的流动通道。作用：使塑料熔体平稳有序地填充型腔，并在填充和凝固过程中把注射压力充分传递到各个部位，以获得组织紧密、外形清晰的塑件。分类：普通浇注系统：冷流道无流道浇注系统：热流道、绝热流道设计浇注系统的影响因素：塑料及其流动特性(温度、压力、剪切速率)塑件的外形、尺寸和对外观的要求型腔的数量注射机的形式§3.3浇注系统设计1.要适应塑料的成型工艺性能停滞现象容易使工件的某些部分过度保压，某些部分保压不足，从而使內应力增加许多。尽量减少停滞现象浇注系统设计是否合理直接影响塑件的外观、物性、尺寸精度和成形周期。设计浇注系统时应遵循以下基本原则：2.要能保证塑件的质量(避免常见的充填问题)了解塑料的成型工艺性能，如塑料熔体的流动特性，温度、剪切速度对粘度的影响，型腔内的压力周期等，使浇注系统适应于所用塑料的成型特性要求，以保证塑件质量。§3.3浇注系统设计尽量避免过度保压和保压不足当浇注系统设计不良或操作条件不当，会使熔料在型腔中保压时间过长或是承受压力过大就是过度保压。过度保压会使产品密度较大，增加內应力，甚至出现飞边。保压不足过度保压尽量减少流向杂乱流向杂乱会使工件强度较差，表面的纹路也不美观。尽量避免出现熔接痕熔接痕的存在主要会影响外观，使得产品的表面较差；而出现熔接痕的地方强度也会较差。§3.3浇注系统设计3.尽量减小及缩短浇注系统的断面及长度减小塑料用量和模具外形尺寸，降低成本减少塑料熔体的热量损失与压力损失4.型腔布局要合理(1)尽量采用平衡式布局，从而保证在同一时间内塑料熔体充满各型腔，而且使每个型腔入口的压力相等；(2)型腔布置和浇口开设部位力求沿模具轴线对称，避免在模具的单面开设浇口，以防止模具承受偏载而产生溢料现象；(3)使型腔及浇注系统在分型面上投影的中心与注射机锁模机构的锁模力作用中心相重合，以使锁模可靠、锁模机构受力均匀；5.有利于型腔中气体的排出浇注系统应能顺利地引导塑料熔体充满型腔的各个角落，使型腔及浇注系统中的气体有序排出，保证充填过程中不产生紊流，避免因气体积存而引起凹陷、气泡、烧焦等塑件成型缺陷。§3.3浇注系统设计6.防止型芯的变形和嵌件的位移应尽量避免塑料熔体直接冲击细小型芯和嵌件，以防止熔体冲击力使细小型芯变形、使嵌件位移。7.保证塑件外观质量应使浇注系统凝料与塑件容易分离，浇口痕迹易于清除修整、无损塑件的美观和使用，所以浇口应开设在隐蔽的地方。8.提高生产效率在满足各型腔充满的前提下，尽可能使塑件不进行或少进行后加工，以缩短成型周期，提高生产效率。§3.3浇注系统设计二、普通浇注系统(一)普通浇注系统的组成主流道分流道浇口冷料井卧式注射机浇注系统§3.3浇注系统设计主流道：指紧接注射机喷嘴到分流道为止的那一段流道，主流道断面一般为圆形，其断面尺寸，可能是变化的，也可以是不变的。冷料井：储存料流中的前锋冷料。如冷料进入型腔将造成制件的冷接缝，甚至在未进入型腔前冷料头即将浇口堵塞而不能进料。冷料井一般设在主流道末端，有时分流道末端也有。分流道：将从主流道中来的塑料沿分型面引入各个型腔的那一段流道，因此它开设在分型面上。分流道的断面可以呈圆形、半圆形、梯形、矩形、U字型等。浇口：指流道末端将塑料引入型腔的狭窄部分，起着调节控制料流速度、补料、防止倒流等作用。其断面形状，常见的有圆形、矩形等。角式注射机浇注系统§3.3浇注系统设计(二)塑料熔体的流动行为研究塑料熔体在流道中流动的压力降、流动速率、物料特性和流道几何尺寸之间的关系。当在浇注系统或型腔中的塑料熔体在外力作用下发生流动时，由于各点流速不同(靠近模壁处流动速度最低)，必然存在剪应力。设剪应力于定温下施于相距dy的两平行液层，致使两平行液层间以du的相对速度移动，du/dy称为剪切速率。假定塑料熔体为等温稳定流动，且与流道壁无滑移。对于牛顿液体来说，剪应力τ(N/cm2)与剪切速率(s－1)成正比。)1(nKn塑料熔体多数符合指数方程式的非牛顿液体η——牛顿粘度，N·s/cm2，是液体流动难易程度的量度，温度恒定时为一常数K——熔体稠度n——非牛顿指数§3.3浇注系统设计对于圆形流道在管壁处其剪应力为：LPR2(3-3-3）对于牛顿液体在圆管横截面内各点流速呈抛物线分布，在中心的流速最大，在管壁处流速为零，其剪切速率在中心为零，在管壁处最大，其值为：3π4Rqv(3-3-4)式中vq——单位时间的流量，cm3/sR——流道半径；L——流道长度P——压力降故在管壁处有：LPRqRqLPRvη8424v3(3-3-5)而非牛顿流体在圆管雷流动时各点流速不再呈抛物线分布，而呈指数关系。§3.3浇注系统设计对于矩形或窄缝形流道n262hwqKLphv对于梯形流道12211)(2)6(nnnnvhBBLKqp对于U字截面形流道1n122nnvnRLAqKpRLRqKpRqKLpRvv2442n3n3或对于圆形流道w——流道宽度h——流道高度B1、B2——上、下底宽度h——梯形流道高度Rn——当量半径§3.3浇注系统设计对于矩形或窄缝形流道对于圆形流道312hwqLpva48RqLpva压力损失随流动长度L增加而增大流道断面尺寸越小，压力损失越大，矩形流道深度对压力降影响比宽度影响大得多压力损失和熔融塑料的表观粘度成正比•大多数塑料属于“剪切变稀”假塑性液体•塑料熔体的表观粘度一般随温度升高而降低在模具设计时，K、n等求解比较麻烦，因而常采用以表观剪切速率和表观粘度ηa之间的实验关系为基础的计算式。若浇注系统和型腔流动阻力较小，则在型腔充满之前，qv取决于注射机注射油泵的供油速率，为一恒定值。而压力损失与下述因素有关：§3.3浇注系统设计1.挤压用聚砜(350℃)2.注射模塑用聚砜(350℃)3.低密度聚乙烯(210℃)4.聚碳酸酯(315℃)5.聚苯乙烯(200℃)注：剪切速率为100s-1时测定1.注射模塑用聚砜2.聚碳酸酯3.聚苯醚4.高密度聚乙烯5.聚苯乙烯剪切速率及物料温度与表观粘度的关系§3.3浇注系统设计(三)模具型腔压力周期充模阶段补料阶段倒流阶段冷却阶段0→t1：充模t1→t2：补料t2→t3：倒流t3→t4：冷却§3.3浇注系统设计1.充模阶段希望物料的粘度低，浇注系统的阻力小，这样充模速度较快，料温不会有明显的降低，否则将在制件上形成冷接缝。由于粘度低充模快，在充模阶段分子定向少，所得制品的各向性能均匀。2.向模内补料阶段如果没有补料阶段，制品会由于收缩而形成凹陷、缩孔或收缩率过大等缺陷。但补料时间过长，熔融塑料层的温度也逐渐降低，在高粘度下由于补料引起的剪切流动特别容易使链状的分子沿剪切流动的方面取向，这种高度冻结取向造成了制品的内应力，甚至引起制品的应力开裂，或翘曲变形。因此浇口的断面尺寸设计得过大将造成补料时间过长，是不适当的。补料时制件中心层仍处于流动状态，温度较高，由于分子热运动，制品中心层取向最小。中心层，定向最小内层，定向较大外层，定向最大表层，未定向§3.3浇注系统设计3.倒流(泄料)阶段补料阶段结束后，注射机的活塞或螺杆停止施压而退回原始位置，这时型腔中压力将比浇口前方的压力高，如果浇口尚未完全冻结就会发生型腔内物料通过流道系统倒流的现象。倒流使模内压力迅速下降，如图3-3-6中t2→t3，随温度进一步降低，浇口完全冻结时倒流阶段结束，或者型腔内压力与外界压力相等时倒流也会停止。倒流量较大的制品，进一步冷却时，会由于收缩而产生负压，造成真空泡或收缩凹痕等缺陷。如果浇口尺寸合适，补料时间恰当，则在注射机的柱塞返回时，浇口已冻结，不再发生倒流现象，此时模内压力沿图3-3-6中t2→t4上一条曲线变化。采用小尺寸的浇口或阀式浇口，可以缩短或正确控制补料时间，从而有效降低冻结取向和制品应力。§3.3浇注系统设计4.浇口封闭后的冷却阶段该阶段制品在型腔内是沿一恒定密度线而改变温度和压力的，如图。脱模时制品必须具有足够的刚性，即应低于某一温度Ts。模具温度若为T0，则制品脱模时的温度应在Ts与T0之间。制品对型腔壁的残余压力过大，在顶出制品时就会产生划伤、卡住或破裂的现象；若过分冷却则产生负压，负压过大不单造成制品收缩率较大或产生凹痕、缩孔等缺陷，而且在有型芯的模具中，由于收缩率大对型芯的包紧力也大，将引起脱模困难，或产生划伤破裂等缺陷，因此制品残余应力应限制在+PR和－PR之间，如图所示。§3.3浇注系统设计(四)普通浇注系统的设计作用：是连接注射机喷嘴和模具的桥梁，是熔料进入型腔最先经过的部位设计要点:截面形状、锥度、孔径、长度、球面R、圆角r、光洁度1.主流道的设计②主流道通常设计成圆锥形，其锥角α=2~4˚，对流动性较差的塑料可取α=3~6˚，便于凝料从主流道中拔出。内壁表面粗糙度一般为Ra=0.63μm。①由于主流道要与高温的塑料和喷嘴反复接触和碰撞，所以需采用可拆卸更换主流道衬套，并防止主流道贯穿几块模板时，模板间的拼合缝溢料，以致主流道凝料无法取出。§3.3浇注系统设计③为防止主流道与喷嘴处溢料，主流道对接处应制成半球形凹坑，二者应严密配合。凹坑半径R2=R1+(1~2)mm，其小端直径d1=d2+(0.5~1)mm，否则主流道凝料将无法脱出。凹坑深度取h=3~5mm。④为减小料流转向过渡时的阻力，主流道大端呈圆角过渡，其圆角半径r=1~3mm。⑤流道长度L由定模板厚度确定，应尽可能短，一般L≤60mm。§3.3浇注系统设计当浇口套与塑料接触面很大时，受到模腔内塑料的反压增大，易退出模具，这时可设计成图3-3-11所示结构，将定位环与衬套分开设计。当反压力很大时，可设计成如图b所示结构，将定位环的周边凸出使其紧压在注射机的固定板下。但若主流道衬套断面尺寸很小时，则靠注射机的注射座通过喷嘴的推力就能将它压紧，而不必另用螺钉连接。浇口套的尺寸与安装右图主流道衬套与定位环设计为整体式，浇口套大端圆盘高出定模端面5~10mm，起定位环作用，与注射机定模板的定位孔呈间隙配合。5~10d0.8典型浇口套材料采用碳素工具钢（如T8、T10等）材料制造，淬火处理，硬度HRC53～57。§3.3浇注系统设计在角式注射机用模具中，主流道开设在分型面上，因不需沿轴线上拔出凝料，一般设计成等粗的圆柱形，其中心线就在动定模的合模面上，主流道上端与喷嘴接触处多作成平面或半球形，并在模具上局部镶一块硬度较高的钢材，以减少此处在使用过程中的变形和磨损，如图3-3-2所示。1－镶块2－主流道3－分流道4－浇口5－型腔6－冷料井角式注射机用模具的浇注系统§3.3浇注系统设计2.冷料井和拉料杆的设计冷料井作用：贮存冷料，因两次注射间隔产生的冷料及熔体流动的前锋冷料，防止熔体冷料进入型腔。(1)带Z型头拉料杆的冷料井(利用侧凹钩住)(2)带球形头拉料杆的冷料井(3)无拉料杆冷料井冷料井位置：角式注射机用模具的冷料井为主流道的延长部分见图3-3-2所示，卧式或立式注射机用模具的冷料井，设在主流道正对面的动模上，直径宜稍大于主流道大端直径，以利冷料流入。冷料井形状：冷料井底部常作成曲折的钩形或下陷的凹槽，使冷料井兼有分模时将主流道凝料从主流道中拉出并附在动模一侧的作用。冷料井形式：§3.3浇注系统设计(1)带Z型头拉料杆的冷料井图(a)为一种常用的冷料穴，其底部成钩形。塑件成型后，穴内冷料与拉料杆的钩头搭接在一起，拉料杆固定在推杆固定板上。开模时，拉料杆通过钩头拉住穴内冷料，使主流道凝料脱出定模，然后随推出机构运动，将凝料与塑件一起推出动模。取塑件时须朝钩头的侧向稍许移动，即可将塑件与凝料一起取下。图(b)、(c)开模时靠倒锥或环形凹槽起拉料作用，然后由推杆强制推出。这两种冷料穴用于弹性较好的塑料品种，由于取凝料不需要侧向移动，较容易实现自动化操作。§3.3浇注系统设计Z型头