通用模具辅助设计—流道浇口设计.doc

摘 要 本论文主要阐述了流道浇口设计的基本原则和方法。详细解析了流道浇口的浇道系统和浇注系统，以及它们的分类和设计参数的应用范围。在产品设计过程中，创新性表现最为集中、最为突出的阶段是产品的原理，方案设计阶段。流道浇口设计是一项复杂的过程，在设计中各种因素互相影响，使满足给定要求的水流道浇口有不同的设计方案或结果，因此必须找到其中最优的一个。为适应流道浇口的设计创新需要，有必要对水流道浇口原理方案设计机理进行研究，建立一个满足水流道浇口设计实际需要的制造方法。才会有更高的效益。在对流道浇口的设计过程进行总体分析，针对流道浇口的产品特点，总结设计过程中的设计规律，通过学习让我们深刻的了解到流道浇口结构紧凑，使用方便。流道板式自动注料模具结构简单紧凑，压制过程中，不会喷料或吸料现象，流程短，易于成型。关键词：设计方案、结构紧凑AbstractIn this paper, the main gate of the flow channel of the basic principles of design and methods. Detailed analysis of the flow channel of the runner gate system and the gating system, as well as their classification and the scope of application of the design parameters. In the product design process, focus on the most innovative, the most prominent products are the principles of stage, the program design stage.Gate flow channel design is a complex process, in the design of a variety of factors affect each other, so that to meet the requirements of a given flow gate has a different design or results, it is necessary to find a one of the best. In order to meet the design flow innovation required gate, it is necessary to gate flow principle to study the mechanism of program design, set up a gate designed to meet the actual flow of the manufacturing methods required. Will have higher benefits. Convection Road at the gate to the overall analysis of the design process for gate flow characteristics of the product, sum up the design process the design of the law, through the study so that we deeply understand that the flow channel gate structure is compact and easy to use. Automatic plate flow injection mold structure is expected compact easy to suppress the process will not spray feed or suction phenomenon, flow short, easy to shape,Key words： design、Compact目 录第一章 模具辅助设计发展流道浇口设计领域1第一节 模具辅助设计发展1第二节 流道浇口设计领域的专业知识1第二章 模具流道浇口的特点及结构系统2第一节 流道的结构及基本概念2第二节 冷流道和热流道应用及其特点2第三节 浇口摸腔的应用及特点4第四节 模腔浇口的应用5第三章 流道浇口的设计7第一节 流道流动平衡的考虑7第二节 流道浇口设计基本原则和方法7第三节 设计方法和参数8第四节 流道浇口的系统9结束语12谢 辞13参考文献14第一章 模具辅助设计发展流道浇口设计领域第一节 模具辅助设计发展自90年代初我国实施CAD应用工程以来，在水流道浇口行业开展CAD设计虽普遍受到重视，但基本仍处于初级的CAD绘图阶段，主要是应用于整个设计过程中的“中下游”设计阶段，即设计方案的具体实现阶段，其本质上属于面向零件的细节设计。CAD的发展趋势是不仅支持面向零件的细节设计，更重要的是支持概念设计与方案设计等“上游”设计，即是设计过程中最主要的创造性阶段。在产品设计过程中，创新性表现最为集中、最为突出的阶段是产品的原理方案设计阶段。为适应流道浇口的设计创新需要，有必要对水流道浇口原理方案设计机理进行研究，建立一个满足水流道浇口设计实际需要的建模方法。在对流道浇口的设计过程进行总体分析，针对流道浇口的产品特点，总结设计过程中的设计规律，探讨其设计创新机理，并适应计算机辅助设计的需要，建立反映流道浇口的设计经验知识、设计方法以及设计规范的原理方案设计模型，并将其与已有的“中下游”设计模型耦合，以做到真正支撑和辅助设计全过程。 第二节 流道浇口设计领域的专业知识流道浇口设计是一项复杂的过程，在设计中各种因素互相影响，使满足给定要求的水流道浇口有不同的设计方案或结果，因此必须找到其中最优的一个。这是一个不断探索，多次循环，逐步深化的判断求解过程。从流体机械的角度看，流体机械的反问题是当今流体力学领域的难题之一。因此现有的设计基本采用流体力学的正问题设计，即先由工程设计得到流道结构，确定流动的初始条件和边界条件，再对流场进行校核。根据校核结果对流道结构进行调整后再次校核，如此循环直到得到较优的结果。这表明所建立的模型应是一个循环迭代逐步求精的步骤。第二章 模具流道浇口的特点及结构系统第一节 流道的结构及基本概念一、流道的分类和概念流道是指液压系统中流体在元件内流动的通路。普通的流道系统也称作浇道系统或是浇注系统，是熔融塑料自射出机射嘴(Nozzle)到模穴的必经信道。流道系统包括主流道、分流道(Sub-Runner)以及浇口(Gate)。1、主流道：也称作主浇道、注道或竖浇道，是指自射出机射嘴与模具主流道衬套接触的部分起算，至分流道为止的流道。此部分是熔融塑料进入模具后最先流经的部分。2、分流道：也称作分浇道或次浇道，随模具设计可再区分为第一分流道以及第二分流道。分流道是主流道及浇口间的过渡区域，能使熔融塑料的流向获得平缓转换；对于多模穴模具同时具有均匀分配塑料到各模穴的功能。3、浇口：也称作冷料穴。目的在于储存补集充填初始阶段较冷的塑料波前，防止冷料直接进入模穴影响充填品质或堵塞浇口，冷料井通常设置在主流道末端，当分流道长度较长时在末端也应开设冷料井。 二、流道的结构流道板式自动注料模具，无储料腔且中柱结构相对较为简单，型芯9与型腔4之间密封通过型芯9上的密封圈1O保证，密封效果好，其料浆流程相对较短。其成型过程大体与料腔式自动注料模具结构相似，只是判浆经注料螺塞7、流道板6及型腔5壁上的进料孔直接注入到每一个型腔。1上模底板2水嘴3吸水板4、10密封圏5型腔6流道板7注料螺塞8堵头9型芯11型芯垫板12中间连接板13模架第二节 冷流道和热流道应用及其特点近年来中国经济快速发展,推动着橡胶工业的不断进步,对橡胶制品的生产也提出了一些新的要求,如何实现优质,高效,低能耗的生产,是每一个橡胶制品企业与橡胶机械设备生产厂家都应思考的问题。为顺应社会发展,满足新的生产要求,在橡胶注射领域出现了一些新的注射成型工艺,如:抽真空注射成型,注射模压成型,注射传递成型以及冷流道注射成型和气体辅助成型等。而冷流道注射成型因其在节省胶料,生产效率高以及低能耗方面效果显著而倍受各方关注。一、冷流道的特点（一）冷流道的概念所谓冷流道(cold Runner),是通过某种介质(通常是油)来控制流道与浇口中橡胶胶料的温度。使其在进人模腔前始终保持在硫化温度以下，既具有良好的可塑性又不会引起硫化，在制品脱模时，主流道和分流道内的胶料依然留在模具内，然后在下一次注射时注人模腔内成为制品，达到提高产品质量性能，节约橡胶原材料和能源的一种机械装置。冷流道装置中的主流道、分流道和浇口的分布以及整体结构都需要利用先进的计算机辅助设计软件进行设计与分析并通过实践经验对其进行优化。一般情况应考虑如下几个方面：1.整体结构紧凑可靠冷流道装置主要由定位环浇口上隔热板冷流道上板冷流道F板下隔热板喷嘴件以及一些保温板组成。应保证其整体结构的刚性好、强度大、既可以承受很大的注射压力，也可以承受很大的锁模压力。同时结构应尽量简单，便于安装与拆卸。2.温度分布均匀合理在冷流道装置与模具加热板之间应设置良好的隔热板。整个冷流道睦置要有相应的保温措施必须设置合理的温度检测与控制点。3.胶科流动均匀，不提前硫化流道的直径及布局应综合有限元模拟软件模拟分析结果与丰富的实践经验进行优化设计，以达到胶料在冷流道单元里的压力损失均匀一致，剪切速率分布平均。保证橡胶胶料流动非常均匀，停留时间短以避免老化问题产生。4.设备性能可靠不漏胶喷嘴体前端的注嘴可做成开放式的也可以让其在注射动作完成后关闭。可关闭式注嘴冷流道装置具有高稳定性及易于清洁等优点。比起其它系统在同等水平下的压力损失最小。同时，可采用浮动式冷流道喷嘴，使多个注嘴与模具紧密贴全，避免因模具不平而出现的漏胶。预压缩式冷流道喷嘴体设计，可确保不漏胶。冷流道注射成型新型工艺对实现高质、高效、低耗、低成本的橡胶制品生产有着积极的意义，是橡胶制品生产实现机械化和自动化的新途径它必将大大推进资源节能型、环境友好型橡胶制品加工产业的快速建立和发展，提高橡胶工业的经济效益，实现橡胶工业的可持续发展。 二、热流道的特点（一）热流道的概念 热流道是通过加热的办法来保证流道和浇口的塑料保持熔融状态。由于在流道附近或中心设有加热棒和加热圈，从注塑机喷嘴出口到浇口的整个流道都处于高温状态，使流道中的塑料保持熔融，停机后一般不需要打开流道取出凝料，再开机时只需加热流道到所需温度即可。因此，热流道工艺有时称为热集流管系统，或者称为无流道模塑。 （二）热流道技术的优、缺点 热流道技术与常规的冷流道相比有以下的好处： 1、节约原材料，降低成。2、缩短成型周期，提高机器效率。 3、改善制品表面质量和力学性能。4、不必用三板式模具即可以使用点浇口。5、可经济地以侧浇口成型单个制品。6、提高自动化程度。 7、可用针阀式浇口控制浇口封冻。 8、多模腔模具的注塑件质量一致。 9、提高注塑制品表面美观度。 但是，每一项技术都会有自身的缺点存在，热流道技术也不例外： 1、模具结构复杂，造价高，维护费用高。 2、开机需要一段时间工艺才会稳定，造成开价废品较多。 3、出现熔体泄露、加热元件故障时，对产品质量和生产进度影响较大。 上面第三项缺点，通过采购质量上等的加热元件、热流道板以及喷嘴并且使用时精心维护，可以减少这些不利情况的出现。第三节 浇口摸腔的应用及特点一、浇口的定义也称为进料口。是分流道和模穴间的狭小通口，也是最为短小肉薄的部分。作用在于利用紧缩流动面而使塑料达到加速的效果，高有防止塑料回流以及避免模穴压力下降过快使成型品产生收缩凹陷的功能。成型后则方便剪除以分离流道系统及塑件。定义：是浇口部分对流速进行限制，在这个部分有分为使材料急速固化的限制浇口，不进行限制的非限制浇口。每一个模腔有一个浇口就足够了，而且，一般也能避免在制品中出现不理想的焊合缝，但也有例外。二、浇口的分类1、非限制浇口： 直接浇口2、限制浇口：侧道浇口、翼道浇口、沉陷浇口、长道浇口、扇形浇口、针孔型浇口、环形浇口。3、特殊浇口：热流道浇口。三、各种浇口的简介（一）直接浇口是一种最简单的浇口，注口直接成力浇口，也称注口浇口1段，口式取模出数为1的模具，成形非常简单。成型后必须在浇口处切断，因此在切断处目测可见明显痕迹的缺陷，还有靠近浇口有内部应力的残道和配向的产生等问题。(二) 限制浇口 当筒类或壳类塑件的底部中心或接近于中心部位有通孔时,内浇口就开设在该浇口处,同时中心设置分流锥,这种类型的浇口.实际上这是直接浇口的一种特殊形式,具有直接浇口的一系列优点,而克服了直接浇口易产生缩孔,变形等缺陷.中心浇口其实也是端面进料的环行浇口(下面介绍),在设计时,环行的厚度一般不小于0.5mm.进料口环行的 面积大于主流道小端面积时,浇口为非限制性浇口;反之,则浇口为限制性型浇口. （三）侧浇口 侧浇口外称为标准浇口,(各种图我这里有但是没有扫描仪) 侧浇口一般开设在分型面上,塑料熔体从内侧或外侧充满模具型腔,其截面形状多为矩形(扁槽),改变浇口宽度与厚度可以调节熔体的剪切速率及浇口的冻结时间.这类浇口可根据塑件的形状特征选择其位置,加工和修整方便,因此它是应用较广泛的.优点如下 由于浇口截面小,减小浇注系统的浇注系统塑料的消耗量,去除浇口容易,痕迹不明显.缺点 有熔接痕存在,注射压力损失较大,使深型腔塑件的排气不利.还克分为 1)扇形浇口 2)平缝浇口 （四）针孔型浇口 因为浇痕迹小，又能付在制品的表面上，通常不进行后加工。厚度薄面积又大的制品使用 了点针孔型浇口为好。因为是2段或注口式模具，从模具制作，成形操作上来讲变得困难。（五）环形浇口把有孔的制品的孔部分制作成厚度薄的部分使制品同注口连的方法，是侧面浇口的一种变形，成形后用钻刀钻去浇口部分 ，条件是孔的直径要比浇口的直径大。（六）扇形浇口也是侧面浇口的一种变形，浇口部分是扇形状态，在成形时使材料流动性变好的浇口，通常比侧面浇麻烦飞边浇口飞边浇口的长边作得非常大，以至于扩大到制品的全侧面，是一种使材料流边均匀的浇口，使用于制品薄和制品等场合第四节 模腔浇口的应用对于热流道模具或三板式模具来说，应采用外侧中心浇口，从而使从浇口流到制品远端(边缘)各处的塑料体积和流经距离都大致相同。将浇口开在偏离制品中心线的位置(图101)有时可能会有助于充模。这必须让用户明白以确保这是用户允许的。由于塑料是朝着分型面流动的，排气一般来说不成问题。如果有死井，这些地方的排气就要精心设计(图102)。外侧中心浇口也用于细长制品(图102)，我们把长度大于直径两倍的制品定义为细长制品，如管形瓶等。一边模芯位移或模芯倾斜是主要问题，这是由于以下情况造成的：图2-1 外侧中心浇口的两个例子图2-2 死井应精心设计排气一、模腔的中心线与模芯的中心线不重合可能产生于制造公差，也可能是由于模板或注塑机压板薄弱，在合模过程中模具和(或)注塑机倾斜造成的。这样的结果是模腔的边充模比另快，这样就会在模芯上施加了一个侧向压力，以致使模芯弯曲；二、两个中心线重合但浇口偏心布置，正好能够产生类似于上述的结果。值得注意的是，模芯位移对薄壁制品的影响是相当严重的，这时的注射压力较高，而且此时模芯稍有一点倾斜都会造成壁厚显著变化。模芯位移的影响更糟的是当制品儿乎没有脱模斜度时，制品就会被夹在模腔和(弯曲的)模芯之间。这就妨碍了制品从模腔中取出，也影响开模，而需要更大的开模力，并只会导致模腔壁损坏(刮伤)。即使在注射前模芯只存在轻微的位移，注射过程十这种位移也会变得更大。第三章 流道浇口的设计第一节 流道流动平衡的考虑一模多穴(Multi-Cavity)充填时，流道要平衡，尽量使塑料同时填满每一个模穴，以保证各模穴成型品的品质一致性。热量散失及压力降的考虑热量损耗及压力降越小越好。流程要短。流道截面积要够大。尽量避免流道弯折及突然改变流向流道加工时表面粗糙度要低。多点进浇可以降低压力降及所需射压，但会有缝合线问题。分流道尽量采用自然平衡式的布置方无法自然平衡时采用人工平衡法平衡流道。一、废料的考虑在可顺利充填同时不影响流动及压力损耗的前提下，减小流道体积(长度或截面积大小)以减少流道废料产生及回收费用。二、冷料的考虑在流道系统上设计适当的冷料井、溢料槽以补集充填初始阶段较冷的塑料波前，防止冷料直接进入模穴影响充填品质。三、排气的考虑应顺利导引塑料填满模穴，并使模穴内空气得以顺利逃逸，以避免包封烧焦的问题。四、生产效率的考虑尽可能减少所需的后加工，使成形周期缩短，提高生产效率。顶出点的考虑需考虑适当的顶出位置以避免成形品脱模变形。第二节 流道浇口设计基本原则和方法一、基本原则（一）在进行流道设计时，应遵循以下几点基本原则：1、型材重心轴线应位于螺杆的轴线上。2、流道应渐变，不应急剧扩大或缩小，不得有“死点”和台阶，并遵守物料流动行为。3、应有足够的压缩比，消除结合缝。4、保证物料从机头等速挤出。5、熔体进入机头直至从模唇挤出时，必须尽可能恒定加速，直至在成型区之前达到所要求的出口速度。（二）浇口位置基本设计原则1、不要将浇口置于高压力区域2、尽量避免或减少熔合线3、尽量使熔合线远离高压区域或对于增强型塑料，浇口位置决定零件的翘曲性能4、提供足够的排气口以避免空气存集第三节 设计方法和参数一、浇口设计步法1、确定铸件质量等级。这样就设定了浇口设计目标。没有充分了解客户对此零件的所有要求就不可能设计出良好的浇口体系。2、根据质量等级确定工艺限制。意思是说与浇口设计互相影响的工艺因素的等级在确定时要考虑客户所提供的质量等级。工艺因素在浇口设计中不是独立的，而必须考虑浇口的设计效果。3、PQ2分析计算。一旦把工艺限制确定下来，就可以使用PQ2 计算法来决定之后计算的浇口面积。也可以用来确定所选的操作条件, 以及特别浇口设计这样一个操作变量所允许的范围。也再次说明操作条件不是浇口设计中独立存在的。4、确定流型和浇口位置。这是基于早期开发的质量考虑。开发出的流型要与铸件的质量要求相一致，而且要设定浇口的入水位才可以开发出流型(可以尽量多地利用零件的外观)。5、设计浇口。浇口设计要设定浇口的位置和形状。这种设计特别用来产生先前步骤确定的流型。6、设计横浇道系统。开发横浇道系统的形状，它必须支持在第五步中开发出的浇口设计。如果需要的话，可以使用模拟软件(然而，在没有作第1-5步的情况下不应使用模拟，特别是第1-3步)。 7、设计排气和溢流系统。要得到优质的铸件，整个系统的这一部分是非常重要的，而且在设计浇注系统时应视为同样优先考虑的事和值得注意的事项。 二、定型段口模流道（1）口模间隙：型材壁厚不单单取决于口模间隙，还取决于挤出机对物料的塑化性能、挤出压力、挤出温度、物料性能、熔体离模膨胀和牵引收缩等，这些条件任何一个发生变化，都很影响壁厚的变化，很难用理论来计算。对于异型材制品中经常使用的HPVC材料，制品壁厚与口模间隙的关系为：式中：hs/hm=1.11.2(1)hs制品壁厚；hm口模间隙。挤出速度较高时取小值，反之取大值。（2）口模流道的外围尺寸与制品外围尺寸。对于HPVC材料：As/Am=0.80.93sm（2）HsHm=0.90.97（3）式中：As制品宽度；Hs口模流道外围宽度；H。制品高度；Hm口模流道外围高度。（3）型芯尺寸：根据口模型腔外围尺寸及口模间隙，可得到型芯各部分的尺寸。（4）定型段流道长度：异型材挤出口模定型段主要由宽度、高度不同的矩形狭缝流道组成，可以按照所示经验公式计算：主流道：L1=(30-40)1，（4）内筋流道：L2=L1（12）n+1（5）式中：L1主间隙定型段长度；L2内筋定型段长度；1主间隙；2内筋间隙；n非牛顿指数。三、压缩段流道压缩比。及压缩角梦：压缩比是支承板和口模板型腔横截面的面积比，一定的压缩比能保证足够的挤压力，使塑化均匀，减小内应力。一般压缩比取3-7，压缩角取1520度四、分流段流道经过分流锥的配料后，在支撑板中又由支撑筋分成许多小腔进一步分割。此段流道为平直区，长度一般在高速挤出时取5060mm，型腔尺寸是根据压缩比设计的最大型腔和型体外围决定。在强度允许的条件下，支撑筋最大截面尺寸应尽量小，从而减少其对料流的影响。第四节 流道浇口的系统一、浇口控制系统针阀式浇口系统能够赋予制品良好外观并优化工艺过程，在很多应用领域显示出独特的优势。一种创新性的浇口控制系统已经出现在针阀式浇口的一些典型应用中，保持浇口开闭的可预测性和一致性，而且其价格接近传统的热浇口系统。在保证浇口机械性能的前提下，这种浇口控制系统为注塑加工商和模具制造商提供了实现多功能和成本节约的新选择。该浇口控制系统采用混合设计理念。其活塞装置与针阀式浇口相似，可以直接控制浇口开闭。然而，新型浇口控制系统通过压缩阀瓣垫圈和气动压力进行机械控制。图3-1浇口控制系统模型气压作用在整个浇口控制系统活塞表面，以控制浇口阀针前进并使浇口闭合，同时压缩阀瓣垫圈发挥作用。在开始充模时，活塞上的气压释放引起阀瓣垫圈放松，浇口控制系统阀针退回，使所有浇口同时打开。采用典型热流系统的快速循环注塑成型也可以通过该新系统进行改进。在浇口控制系统中，所有浇口的开启都受到机械控制，以确保填充时间的一致。另外，该系统的价格比标准的针阀式浇口要低，具有更好的成本优势。对在嵌件成型领域通常使用的典型立式注塑机而言，浇口控制系统可比完整的针阀式浇口系统提供更经济的解决方案。因为浇口控制系统能够防止熔体在开模过程中因重力或压降作用而产生流涎现象二、流道的系统流道板式自动注料模具的流道系统设计包括流道系统布置及相关参数的确定。本文以1模6腔模具为例，介绍流道系统的设计。流道系统由主流道、分流道、横浇道及型腔进料口组成，其布置是关键所在。流道系统的布置形式分为平衡式和非平衡式两大类。平衡式是指从主流道上注料螺塞口到各个型肺的分流道、横浇道及型腔进料口的截面尺寸及长度均对应相等，这种设计可止接达到各个型腔均匀进料的目的。非平衡式是指从主流道卜注料螺塞口到各个型腔的分流道、横浇道及型腔进料门的截面尺寸及长度可能不是全部对应相等，为了达到各个型腔均衡进料同时充填的目的，就需要将型腔进料口设计成不同尺寸。流道系统一旦布置好便需对主流道、分流道，横浇道从型腔进料门的截面尺十及长度等参数进行确定，一般情况下设计时，根据型肺外形尺十及经验，可以确定丰流道、分流道、横浇道参数。根据经验，主流道截面直径取20mm，分流道截面直径取12mm，横浇道截面直径取6mm，其它L1，L2、L3型腔外形确定。流道系统布置采用非平衡式布置，需对型腔进料口的截面尺寸加以训整，以达到流道系统的平衡：流道系统的平衡通过型腔进料口BGV值来设计确定相应型腔进料口截面尺寸，流道系统严衡时，BGV值应符合下述要求：同规格产品多型腔时，各型腔进料口计算的BVG疽必须相等。同规格多型腔成型的BCV值可用下式表示：式中A型腔注料口截面积，mm2L从主流