塑胶射出成型模具的浇口设计.doc

技術專欄:塑膠射出成型模具的澆口設計文：徐昌煜 (現任模仁科技董事長兼震雄集團顧問)澆口(Gate)在射出成型模具的澆注系統(Feed System)中是連接流道(Runner)和型腔(Cavity)的熔膠通道。澆口設計和塑件品質有著密不可分的關係。1. 澆口的位置和數目1.1. 澆口位置與噴流(Jetting)的關係澆口若能佈置成衝擊型澆口 - 也就是使得進澆後的塑膠熔體立刻衝擊到一阻擋物(如型腔壁、芯型銷等)，讓塑流穩定下來，就可以減少噴流的機率。1.2. 澆口的位置和數目與熔接線(Weld Line)的關係熔接線是兩股熔膠的波前(Melt Front)相遇後所形成的線條。 就塑件的外觀或是強度而言，熔接線都是負面的。每增加一個澆口，至少要增加一條熔接線，同時還要增加一個澆口痕(Gate Mark)、較多的積風 (Air Trap)以及流道的體積。所以在型腔能夠如期充填的前提下，澆口的數目是愈少愈好。爲了減少澆口的數目，每一澆口應在塑流力所能及的流動比之內(Flow Length to Thickness Ratio)，找出可以涵蓋最大塑件面積的進澆位置。更改澆口位置以後，能夠將熔接線自敏感處移除爲上策。 如果熔接線無法移除，那麼增加波前的熔膠溫度(Melt Temperature)；或是減少兩相遇波前的熔膠溫度差(Melt Temperature Difference)；或是增加兩波前相遇後的熔膠壓力(Melt Pressure)；或是增加熔膠波前相遇時的遇合角(Meeting Angle)，都可以改善熔接線的品質。1.3. 澆口的位置和數目與積風(Air Trap)的關係積風是型腔內的空氣和熔膠釋出的氣體被熔膠包圍後的缺陷。 積風的存在，重則導致短射(Short Shot)或焦痕(Burn Mark)，輕亦影響外觀和強度。每增加一個澆口，就會增加積風發生的機率。 當塑件厚薄差異大時，如果澆口位置設置不當，就會因爲跑道現象(Race Track Effect)而導致積風。1.4. 澆口位置與遲滯效應(Hesitation Effect)的關係遲滯效應是熔膠流到厚薄交接處的時候，由於薄處的流阻較大，而在該處阻滯不前的效應。 這種效應重則産生短射，輕亦形成遲滯痕(亦即高殘餘應力帶)。澆口應置於距離可能發生遲滯效應的最遠處，以消除或減輕遲滯。1.5. 澆口位置與縮痕(Sink Mark)和縮孔(Void)的關係澆口應置於厚壁處以確保補縮的塑流(Compensation Flow)能夠維持得最久， 厚壁處才不會因爲較大的收縮，而使得縮痕和縮孔更容易發生。1.6. 澆口位置與溢料(Flash)的關係型腔佈置和澆口開設部位應立求對稱，防止模具承受偏載而産生溢料現象。 如(圖一)所示，b)的佈置較之a)爲合理。1.7. 澆口位置與流動平衡(Flow Balance)的關係就單型腔模具而言，熔膠波前於同一時間抵達型腔各末端，就叫做流動平衡。 流動平衡的設計使得熔膠的壓力、溫度以及體積收縮率的分佈比較均勻，塑件的品質較好。所以澆口位置的選擇以是否達成流動平衡爲準。流動平衡與否，可以模擬充模的CAE進行確認。對澆口數目相同但是澆口位置不同的設計而言，能以最小的射壓 (Injection Pressure)和鎖模力(Clamp Force)充模的設計是流動最平衡的設計。就多型腔模具(Multi-cavity Mould)而言，熔膠波前於同一時間抵達各型腔末端，就叫做流動平衡。在非平衡佈置的多型腔模具中，注道到各型腔的流道長度不同，或者各型腔的形狀和尺寸不盡相同。 這時可以調整澆口上游的支流道的剖面尺寸(如直徑或厚度等)，以達到流動平衡的目的。 一般調整澆口剖面尺寸的作法並不可取，一來此非長久之計(澆口小，容易耗蝕，流動平衡不能持久) ，二來若是澆口厚度也在調整之列，就會失去澆口作爲劃一封凝時間 (Freeze Time或Seal Time)的功能。當支流道比較細長(一般在200mm以上)，可採用以下公式來平衡塑流：1.8. 澆口位置與塑件平面度的關係澆口的佈置若能形成單一方向流(Uni-directional Flow) - 也就是塑膠熔體進入型腔後，其波前能以一平直的形式推進，那麽塑膠在流動方向和垂直流動方向的收縮就不會相互牽制，可以産生平面度高的塑件。澆口的佈置若能使得塑膠熔體先流經型腔的平直部分，後流到型腔的彎曲部分，就可以減少殘餘應力對塑件中心面的不對稱度，發生翹曲的可能性可以減少。1.9. 澆口位置與型芯偏移的關係正確的澆口位置使得進澆後的塑膠熔體對型芯施加相互抵消的壓力，免得型芯因單邊受力太大而偏移，以致成型的塑件在壓力大的一側較厚，而在壓力小的一側較薄，這也會造成脫模困難以及塑件損壞。2. 澆口的型式和尺寸2.1. 邊緣澆口(Edge Gate)又稱爲側澆口(Side Gate)，剖面有矩形，也有圓形，一般開設在分模面上，從型腔外側面進料。矩形邊緣澆口(Rectangular Edge Gate)是最常見的澆口，常用於兩板式多型腔模具，形狀簡單，加工方便，去除澆口容易，澆口痕跡小但是容易形成熔接線和積風。如(圖二)所示。主要的尺寸有三：考慮單面(凸模或凹模型腔面)即可。2.2. 扇形澆口(Fan Gate)通過以上公式中算出的邊緣澆口的寬度若大於澆口上游的支流道直徑或寬度，就可採用扇形澆口。 如(圖三)所示，澆口開設在分模面上，從型腔外側面進料，澆口沿進料方向逐漸加寬，厚度則逐漸減薄。 從此澆口進入型腔的塑膠熔體波前較爲平直，可減少翹曲變形，用來成型寬度較大的板狀塑件頗爲適宜。主要的尺寸有三：2.3. 薄片式澆口(Film Gate)又稱爲平縫式澆口，常用來成型平直的大面積薄壁塑件。如(圖四)所示，澆口的分配流道與型腔側邊平行，其長度通常大於塑件寬度。從此澆口進入型腔的塑膠熔體波前可保持單一方向流，可避免翹曲變形，常用來成型平直的大面積薄壁塑件。2.4. 重疊式澆口(Overlap Gate)又稱爲搭接澆口，如(圖五)所示。可佈置爲衝擊型澆口，有效的防噴流，但是澆口處易産生縮痕，澆口切除較爲困難，澆口痕跡明顯。主要的尺寸有三：2.5. 凸耳式澆口(Tab Gate)如(圖六)所示，在型腔側面開設耳槽，熔膠通過澆口衝擊在耳槽側面上，經調整方向和速度後再進入型腔，如此應力得以釋放，可以避免噴流。但是這種澆口切除較爲困難，澆口痕跡較大。 主要的尺寸有六：2.6. 針點澆口(Pin Point Gate或Pin Gate)針點澆口位置限制小，澆口痕跡小，開模時澆口可自動拉斷，有利於自動化操作，如(圖七)所示。就薄壁塑件而言，澆口附近剪切速率(Shear Rate)過高，殘餘應力高，容易開裂，可局部增加澆口處塑件壁厚，如上圖所示，以圓弧R形成酒窩(Dimple)狀過渡，以行改善。主要的尺寸有二：2.7. 潛伏式澆口(Submarine Gate或Subsurface Gate)又稱爲隧道式澆口(Tunnel Gate)，如(圖八)所示，流道開設在分模面上，澆口潛入分型面下，熔膠斜向進入型腔。塑件和流道分別設置推出機構，開模時澆口自動被切斷，流道凝料自動脫落。 塑膠過軔(如PA)或過脆(如PS)並不適用，前者不易切斷，後者易於斷裂，容易堵塞澆口。主要的尺寸有：2.8. 盤形澆口(Diaphragm Gate)盤形澆口用於內孔較大的圓筒形塑件，或具有較大長方形內孔的塑件，澆口在整個內孔周邊上。如圖九(a)和(b)所示，塑膠熔體從內孔周邊以大致同步的方式注入型腔，型芯受力勻稱，熔接線可以避免，排氣順暢，但是會在塑件內緣留下明顯的澆口痕跡。盤形澆口的主要的尺寸有二：2.9. 圓環形澆口(Ring Gate)圓環形澆口設置在與圓筒形型腔的外側，即在型腔周圍設置澆口，適用于薄壁長管型塑件，如(圖十)所示，塑膠熔體環繞型芯以大致同步的方式注入型腔，型芯受力勻稱，熔接線可以避免，排氣順暢，但是會在塑件