模具型腔计算

第四章 注射模具设计

第一节 浇注系统的设计

一、普通浇注系统的设计

浇注系统是承载塑料熔体的流道，将从注射机喷嘴射出的熔体运送到模具型腔内的通道。普通浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料穴四部分组成。浇注系统设计的是否合理将直接影响到塑件的质量以及生产效率。 （一）主流道的设计

RαA-A放大aaAA压缩空气

120°12

图4-1 普通流道浇注系统 图4-2 主流道形状及其与注射机喷嘴的配合关系

1-主流道衬套 2-主流道 3-冷料穴 4-分流道 1-定模板 2-浇口套 3-注射机喷嘴

1在模具工作时，由于主流道部分的小端入口及注射机喷嘴与具有一定温度、压力的塑料

2熔体会冷热交替地反复接触，比较容易受损，所以主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套，延长模具的使用寿命。主流道衬套如图4－1。

在卧式或立式注射机用的模具中，主流道垂直于分型面，其几何形式如图4—2。 1．主流道通常设计成圆锥形，其锥角α=2—6?，内壁表面粗糙度一般为Ra=0.63μm。 2．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，其半径R2=R1+(1—2)mm，其小端直径d1=d2+(0.5—1)mm。凹坑深度取h=3—5mm(图4—2)。

3．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。 4．在保证塑料良好成型的前提下，主流道L应尽量短，否则将增多流道凝料，且增加压力损失，使塑料降温过多而影响注射成型。通常主流道长度由模板厚度确定，一般取L≤60mm。

主流道衬套的形式图4—1中1，为主流道衬套与定位圈设计成一体的形式，一般用于小型模具，将主流道衬套和定位圈设计成两个零件，然后配合固定在模板上，这种结构便于拆卸。

（二）分流道的设计

分流道是连接主流道末端与浇口之间的部分，用于一模多腔或单型腔多浇口的场合。设计分流道时，要考虑熔体在流经过程尽量减少其压力和温度损失。

1．分流道的截面形状及尺寸

分流道的截面形状及尺寸如图4—3所示。

效率0.250D0.250D0.153D0.195DD/2D/4D/60.166D0.100D0.071D

图4—3分流道截面形状图

分流道的尺寸确定方法：

（1）各种塑料的流动性有差异，可根据塑料的品种粗略地估计分流道的直径。常用塑料的分流道直径对流动性很好的聚乙烯和尼龙，当分流道很短时，分流道可小到2mm左右；对于流动性差的塑料，如丙烯酸类，分流道直径接近10 mm。多数塑料的分流道直径在4.8－8mm左右变动。

（2）对壁厚小于3mm，质量200g以下的塑料制品，还可用如下经验公式确定分流道直径（该式计算的分流道直径仅限于在3．2－9．5mm以内）：

式中 D——分流道直径（mm）； m——制品质量（g）； L——分流道的长度（mm）。 （3）当注射模主流道和分流道的剪切速率

??浇口的剪切速率

?104~105s?1所成型的塑件质量较好。对于一般热塑性塑料，上面所推荐的剪切速率

出水可作为计算模具流道尺寸的依据。在计算中可使用如下经验公式：

出水20-100进冷水抽真空进冷水

式中 Re——流道断面尺寸的当量半径（cm）； qv ——体积流量（cm3／s）。

此公式既可用来计算主流道和分流道尺寸，也可用来计算浇口尺寸。

2．分流道表面粗糙度

分流道表面不要求太光洁，表面粗糙度通常取Ra=1.25－2.5 μm，这可增加对外层塑料熔体流动阻力，使外层塑料冷却皮层固定，形成绝热层，有利于保温。但表壁不得凹凸不平，以免对分型和脱模不利。

3．分流道与浇口连接形式

分流道与浇口常采用斜面和圆弧连接，如图4—4a?b，利于塑料的流动和填充,防止塑料流动时产生反压力，消耗动能?图4—4c?d为分流道与浇口在宽度方向连接，图d因分流道逐步变窄，补料阶段冷却较快，产生不必要的压力损失，以图c形式较好?

44 （a） (b) （c） (d) 图4-4分流道与浇口连接形式 （三）浇口的设计

浇口：连接流道与型腔之间的一段细短通道。 作用：调节控制料流速度、补料时间及防止倒流等。

浇口的形状、尺寸和进料位置等对塑件成型质量影响：浇口设计不合理会使塑件产生缺陷，如缩孔、缺料、白斑、熔接痕、质脆、分解和翘曲等。因此正确设计浇口是提高塑件质量的重要环节。

影响浇口设计的因素：塑料性能、塑件形状、截面尺寸、模具结构及注射工艺参数等。 浇口设计的要求：使熔料以较快的速度进入并充满型腔，同时在充满后能适时冷却封闭。故浇口面积要小，长度要短，这样可增大料流速度，快速冷却封闭，且便于塑件与浇口凝料分离，不留明显的浇口痕迹，保证塑件外观质量。

1．浇口设计的原则：

（1）浇口尺寸及位置选择应避免熔体破裂而产生喷射和蠕动(蛇形流)

喷射和蠕动的产生的缺陷：浇口的截面尺寸如果较小，且正对宽度和厚度较大的型腔，则高速熔体流经浇口时，由于受较高的切应力作用，将会产生喷射和蠕动等熔体破裂现象，在塑件上形成波纹状痕迹，或在高速下喷出高度定向的细丝或断裂物，它们很快冷却变硬，与后来的塑料不能很好地熔合，而造成塑件的缺陷或表面疵瘢。喷射还使型腔内的空气难以顺序排出，形成焦痕和空气泡。克服喷射和蠕动的办法：

加大浇口截面尺寸，改换浇口位置并采用冲击型浇口，即浇口开设方位正对型腔壁或粗大的型芯。这样，当高速料流进入型腔时，直接冲击在型腔壁或型芯上，从而降低了流速，改变了流向，可均匀地填充型腔，使熔体破裂现象消失。

图4—5中A为浇口位置，图a、c、为非冲击型浇口，图b、d、f为冲击型浇口，后者对提

高塑件质量、克服表面缺陷较好，但塑料流动能量损失较大

（）（）（）（）图6-13 非冲击型与冲击型浇口 图4-5非冲击型与冲击型浇口

（）

（2）浇口位置应开在塑件壁厚处：

当塑件壁厚相差较大时，在避免喷射的前提下，为减少流动阻力，保证压力有效地传递到塑件厚壁部位以减少缩孔，应把浇口开设在塑件截面最厚处，这样利于填充补料。如塑件5436上有加强肋，则可利用加强肋作为流动通道以改善流动条件。 789101112

(a) (b) (c) 图4-6浇口位置收缩的影响 2113图4—6塑件，选择图a的浇口位置，塑件因严重收缩而出现凹痕；图b选在塑件厚壁处，

可克服上述缺陷；图c选用直接浇口则大大改善了填充条件，提高了塑件质量。

14（3）浇口位置应远离排气位置： 浇口位置应有利于排气，通常浇口位置应远离排气部位，否则进入型腔的塑料熔体会过早封闭排气系统，致使型腔内气体不能顺利排出，影响塑件成型质量。

(a)图4-7浇口位置对填充影响

(b)

图4—7 a浇口的位置，充模时，熔体立即封闭模具分型面处的排气空隙，使型腔内气体无法排出，而在塑件顶部形成气泡，改用图 b所示位置，则克服了上述缺陷。

（4）浇口位置应使流程最短，料流变向最少，并防止型芯变形

在保证良好充填条件的前提下，为减少流动能量的损失，应使塑料流程最短，料流变向最少。

图４—8a浇口位置，塑料流程长，流道曲折多，流动能量损失大，填充条件差。改用图4—8(b)形式和位置则可克服上述缺陷。

图4—8b、c为防止型芯变形的进料位置。对有细长型芯的塑件，浇口位置应避免偏心进料，防止料流冲击使型芯变形、错位和折断。图4—8a为单侧进料，易产生此缺陷

0.5~112120.03~0.054333

(a) (b) (c) 图4－8改变进料位置防止型芯变

（5）浇口位置及数量应有利于减少熔接痕和增加熔接强度 熔接痕：熔体在型腔中汇合时产生的接缝。

a）接缝强度直接影响塑件的使用性能，在流程不太长且无特殊需要时，最好不设多个浇口，否则将增加熔接痕的数量，图4—9a（A处为熔接痕）；

b）对底面积大而浅的壳体塑件，为兼顾减小内应力和翘曲变形可采用多点进料，图4

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