塑料模具设计教程_5-2浇注系统及排溢系统设计(4)

5-2-1-5 浇口位置的选择与浇注系统的平衡

一 浇口位置的选择

    如前所述，浇口的形式很多，但无论采用什么形式的浇口，其开设的位置对塑件的成型性能及成型质量影响都很大，浇口位置选择不当会使塑件产生变形、熔接痕、凹陷、裂纹等缺陷，另外，浇口位置的不同还会影响模具的结构。因此，合理选择浇口的开设位置是提高塑件质量的一个重要设计环节。

    在选择浇口位置时，需要根据塑件的结构、质量要求与成型工艺条件等综合进行考虑，一般应遵循以下原则：

（1）尽量缩短熔体的流动距离

    浇口位置的选择应保证熔体迅速、均匀地充填模具型腔，尽量缩短熔体的流动距离，这对大型塑件更为重要。

（2）避免熔体破裂现象引起塑件的缺陷

    小的浇口如果正对着一个宽度和厚度较大的型腔，则熔体经过浇口时，由于受到很高的剪切力，将产生喷射和蠕动等熔体断裂现象。有时塑料熔体还会直接从型腔的一端喷射到型腔的另一端，造成折叠，在塑件上产生波纹状痕迹或其它表面疵瘢缺陷。要克服这种现象，可适当地加大浇口的截面尺寸，或采用冲击型浇口（浇口对着大型芯）等措施，以避免熔体破裂现象的产生。

（3）浇口应开设在塑件壁厚处

    当塑件的壁厚相差较大的，若将浇口开设在塑件壁薄处，这时塑料熔体进入型腔后，不但流动阻力大，而且还易冷却，影响熔体的流动距离，难以保证充满整个型腔。从收缩角度考虑，塑件壁厚处往往是熔体最晚固化的地方，如果浇口开设在壁薄处，那么塑件壁厚的地方会因熔体收缩得不到补缩而形成表面凹陷或缩孔。为了保证塑料熔体顺利充填型腔，使注射压力得到有效地传递，且在熔体液态收缩时又能得到充分地补缩，浇口的位置一般应开设在塑件壁厚处。

（4）考虑分子定向的影响

    塑料熔体在充填模具型腔期间，会在其流动方向上出现聚合物分子和填料的取向。垂直于流向和平行于流向之处的强度和应力开裂倾向是有差别的，往往垂直于流向的方位强度底，容易产生应力开裂，在选择浇口位置时，应充分注意这一点。图5-2-29所示的塑件，其底部圆周带有一金属环形嵌件，如果浇口开设在A处（直接浇口或点浇口），则此塑件使用不久就会开裂，这是因为塑料与金属环形嵌件的线收缩系数不同，嵌件周围的塑料层有很大的周向应力；若浇口开设在B处（侧浇口），聚合物分子则会沿塑件圆周方向定向，可使应力开裂现象大为减少。

（5）减少熔接痕，提高熔接强度

    由于浇口位置的原因，塑料熔体充填型腔时会造成两股或两股以上的熔体料流的汇合，汇合之处料流前端是气体且温度最低，所以在塑件上就会形成熔接痕。熔接痕部位会降低塑件的熔接强度，影响塑件外观，在成型玻璃纤维增强塑件时这种现象尤其严重。因此，如无特殊需要最好不要开设一个以上的浇口，以免增加熔接痕。如图5-2-19所示的方环形塑件，如按图5-2-19a所示开设两个侧浇口，在塑件上就有两处可能会产生熔接痕；如按图5-2-19b所示开设一个侧浇口，侧只有一处可能会产生熔接痕。圆环浇口的流动状态好，无熔接痕，如图5-2-20a所示；而轮幅式浇口有熔接痕，而且轮幅越多，熔接痕越多，如图5-2-20b所示，

图5-2-19  浇口位置对熔接痕的影响

图5-2-20  环形浇口与轮幅式浇口的熔接痕比较

图5-2-21  开设冷料穴提高熔接强度

1－分流道；2－浇口；3－溢流口；4－溢流槽

为了提高熔接痕强度，可以在料流汇合之处的外侧或内侧设置一冷料穴（溢流槽），将料流前端的冷料引入其中，如图5-2-21所示。

    此外，浇口位置的选择还应考虑到实际塑料型腔的排气问题、塑件外观的质量问题等。

二 浇注系统的平衡

    为了提高生产效率，降低成本，小型（包括部分中型）塑件往往采取一模多腔的结构形式。在这种结构形式中，若型腔是平衡式布置形式，则浇注系统中的塑料熔体能同时均匀地充填各个型腔；若型腔是非平衡式布置形式，则要通过调节浇口的尺寸，使各浇口的流量及成型工艺条件达到一致，这就是浇注系统的平衡，亦称浇口的平衡。

    浇口平衡计算的思路是通过计算多型腔模具各个浇口的BGV（Balanced Gate Value）值来判断或计算。浇口平衡时，BGV值应符合下述要求：相同塑件的多型腔，各浇口计算出的BGV值必须相等；不同塑件的多型腔，各浇口计算出的BGV值必须与其塑件型腔的充填量成正比。

型腔浇口的BGV值为：

                              （5-2-9）

式中    Ag——浇口的截面积，mm2；

Lr——从主流道中心至浇口的流动通道的长度，mm；

Ls——浇口的长度，mm。

相同塑件多型腔成型的BGV值可用下式表示：

BGVa ＝ BGVb                                     （5-2-10）

不同塑件多型腔成型的BGV值可用下式表示：

                         （5-2-11）

式中    Wa、Wb——分别为型腔a、b的充填量（熔体质量或体积）；

Aga、Agb——分别为型腔a、b的浇口截面积，mm2；

Lra、Lrb——分别为从主流道中心到型腔a、b的流动通道的长度，mm；

Lga、Lgb——分别为型腔a、b的浇口长度，mm。

    在一般多型腔注射模浇注系统设计中，浇口截面通常采用矩形或圆形点浇口，浇口截面积Ag与分流道截面积Ar的比值应取：

Ag ：A r＝0.07～0.09                         （5-2-12）

    矩形浇口的截面宽度b为其厚度t的3倍，即，各浇口的长度相等。在上述前提下，进行浇口的平衡计算。

[例]图5-2-22所示为相同塑件10个型腔的模具流道分布简图，各浇口为矩形窄浇口，各段分流道直径相等，分流道d r＝6mm，各浇口的长度Lg＝1.25mm，为保证浇口平衡进料，试确定浇口截面的尺寸。

图5-2-22  浇口平衡计算实例

解：从图中5-2-22的型腔排布可看出，A2、B2、A4、B4型腔对称布置，流道的长度相同；A3、B3、A5、B5对称相同；A1、B1对称相同。为了避免两端浇口和中间浇口的截面相差过大，可以A2、B2、A4、B4为基准，先求出这两组浇口的截面尺寸，再求另外三组浇口的截面尺寸。

（1）计算分流道截面积A r

＝mm2＝28.27mm2

（2）计算基准浇口A2、B2、A4、B4这两组浇口的截面尺寸（取Ag＝0.07A r）

由    

求得         

（3）计算其它三组浇口的截面尺寸

根据BGV值相等原则：

求得                 

           

把上述计算结果列于表5.3中，用以比较。

    表5-2-3  平衡后的各浇口尺寸                    mm

    在实际的注射模设计与生产中，常采用试模的方法来达到浇口的平衡。

1）首先将各浇口的长度、宽度和厚度加工成对应相等的尺寸。

2）试模后检验每个型腔的塑件质量，特别要检查晚充满型腔的塑件是否出现因补缩不足所产生的缺陷。

3）将晚充满的塑件有补缩不足缺陷的型腔浇口宽度略微修大。尽可能不改变浇口厚度，因为浇口厚度的改变对压力损失较为敏感，浇口冷却固化的时间也会前后不一致。

4）用同样的工艺方法重复上述步骤直至塑件质量满意为止。

    在上述试模的整个过程中，注射压力、熔体温度、模具温度、保压时间等成型工艺参数应与正式批量生产时的工艺条件相一致。

5-2-1-6 冷却穴和拉料杆的设计

    冷料穴是浇注系统的结构组成之一。冷料穴的作用是容纳浇注系统流道中料流的前锋冷料，以免这些冷料注入型腔，既影响熔体充填的速度，又影响成型塑件的质量。主流道末端的冷料穴除了上述作用外，还便于在该处设置主流道拉料杆，注射结束模具分型时，在拉料杆的作用下，主流道凝料从定模浇口套中被拉出，最后由推出机构将塑件和浇注系统凝料一起推出模外。

图5-2-23  主流道冷料穴和拉料杆的形式

    主流道拉料杆有两种基本形式。

1.适用于推件杆脱模的拉料杆

    推杆形式的拉料杆固定在推杆固定板上，Z字形拉料杆是最常用的一种形式，其典型结构形式如图5-2-23a所示，分型时依靠Z字形钩将主流道凝料拉出浇口套，推出机构带动拉料杆将主流道凝料推出模外，但推出后由于钩子的方向性而不能自动脱落，需要人工取出。图5-2-23b和图5-2-23c所示分别为在动模板上开设的反锥度冷料穴和浅圆环槽冷料穴的形式，它们的后面设置有推杆，在分型时靠动模板上的反锥度穴和浅圆环槽的作用将主流道凝料拉出浇口套，推出时靠后面的推杆强制将其推出。

2. 适用于推件板脱模的拉料杆

    适用于推件板脱模的拉料杆固定在动模板上，其典型的形式是球字头拉料杆，如图5-2-23d所示，分型时靠头部凹下去的部分将主流道凝料从浇口套中拉出，然后在推件板推出时，将主流道凝料从拉料杆的头部强制推出。图5-2-23e所示为菌形头拉料杆，其工作原理同球字头拉料杆。图5-2-23f是靠塑料的收缩包紧力使主流道凝料包紧在中间拉料杆（带有分流锥的型芯）上以及靠环形浇口与塑件的连接将主流道凝料从浇口套拉出，然后靠推件板将塑件和主流道凝料一起推出模外。

    在以上各种形式的拉料杆中，图5-2-23b～f的形式，主流道凝料都能在推出时自动脱落。