浇注系统设计

第四章注射模浇注系统设计 学习目的与要求了解普通浇注系统功能和浇口形式及其设计方法 掌握注塑料模浇注系统的尺寸计算 主要内容 4 1浇注系统的组成与设计原则4 2流道系统设计4 3浇口设计4 4浇口平衡4 5平衡布置流道尺寸计算 4 1浇注系统的组成和设计原则 浇注系统 是熔体从注塑机喷嘴到模具型腔所经过的一个完整输送通道 浇注系统作用 输送熔体 传质 传压和传热 1 组成和作用主流道分流道冷料井浇口 1 浇注系统的分流道一般在分型面上 2 流程尽可能短 降低压力和温度损失 缩短充模时间 3 尽量减少浇注系统的体积 4 浇口的大小的位置的选择 力求层流 有利于排气 5 系统要均衡布置 2 设计原则 3 浇注系统布置 1 平衡式布置 排列方式 圆周排列较适宜圆形塑件 形排列较适宜矩形塑件 特点 到各型腔的分流道的长度 形状和尺寸相等 制品一致性好 流道长 熔体压力降大 浇注系统凝料多 2 非平衡式布置 优点 流道短 凝料较少 缺点 到各型腔的分流道的长度不等 制品一致性差 注意 型腔布置要与模板中心对称 型腔和流道投影中心与锁模中心重合 避免侧向作用力 d 喷嘴孔径 1mmR 喷嘴球面半径 mm 20 40主流道内壁粗糙度 0 8 mH 1 3 2 5 RL 模板厚 H 50mm 4 2流道系统设计4 2 1主流道设计 比表面积S 4 D d D2 d2 比面积增大 热能损耗大 D由L和 计算或经验公式计算V 流经主流道的熔体体积 cm3K 经验常数 如PS类取2 5 PP取4 见p173 3 3 2 主流道衬套与定位环的形式小型模主流道衬套与定位环可为一体 衬套用T8或T10钢 经淬火HRC50 55 4 2 2分流道设计 1 截面形状基本要求截面大 比表面小 易脱模 易加工 截面形状圆形相同截面 比表面最小 最多选用半圆形 形方形难脱模梯形易脱模 易加工 2 截面尺寸 圆分流道直径经验计算式d 0 27m1 2L m 流经的熔体质量 gL 该分流道的长度 mm上式适用于壁厚3mm以下 重量低于200g的塑件分流道直径一般为3 10mm高粘度熔体为13 16mm流道表面粗糙度 a 0 63 1 6 m 塑料分流道截面尺寸推荐表 3 冷料井与拉料杆 冷料井作用贮存冷料拉出或顶出凝料冷料井设置方法在主流道末端也可在分流道转向处迎着上游熔体冷料井长度 1 5 2d 1 顶出杆成型的冷料井Z型倒锥圆环槽 2 拉料杆成型的冷料井球头圆锥头 3 凹坑拉料冷料井主流道凹坑分流道凹坑可自动将塑件与凝料分开 4 3浇口设计 4 3 1浇口的形式和尺寸直接浇口侧浇口重叠式浇口扇形浇口平缝型浇口点浇口其它浇口 直接浇口 基本尺寸 浇口与塑件连接处的直径约为塑料件厚度的2倍 特点 优点 没分流道 流程短 压力损失小 散热少 有利于补缩 缺点 浇口痕迹大 单型腔 适合范围 高粘度塑料 大型厚壁而高的塑料件 侧浇口 基本尺寸浇口深度经验公式h nt 3 3 4 式中n 材料系数 在0 6 0 9之间 随塑料的粘度增加而增大 如表 3 3 1 t 塑件壁厚mm浇口长度LL一般选0 5 1 5mm 浇口宽度W经验公式 式中A 型腔表面积 mm浇口宽度W校核经验公式 例 p177 3 3 5 侧浇口特点 开设在分型面上 模具结构简单 塑料件浇口痕迹小 侧浇口对成型的控制作用深度h控制浇口畅通开放时间和补缩作用浇口宽度控制熔体充模流量 重叠式浇口 基本尺寸深度h 宽度W 长度L1按侧浇口方法计算重叠长度计算L h 特点优点 避免充模时在型腔中产生喷射现象 使熔体有序推进 适用范围 适用于低粘度塑料和大型腔 扇形浇口 基本尺寸浇口平均面积S Wh浇口宽度W2 40mm流道端深度h1 S d型腔端深度h2 S W 浇口形状为补偿压力损失 浇口深度中心小两侧大 浇口深度从浇口到型腔逐步变浅 特点优点 适合于大面积薄壁塑料件缺点 浇口加工复杂 平缝型浇口 基本尺寸深度经验公式h 0 7nt 0 25mm浇口长度L 1 3mm浇口宽度W等于型腔宽度特点优点 对平直度要求较高 表面不允许有流痕的薄片状塑件 缺点 凝料多 W 点浇口 浇口基本形式 a与主流道直接相通b多点进料点浇口引导圆锥孔的形式 c直锥孔d球形底锥孔 基本尺寸浇口圆柱孔长度 0 5 0 75mm浇口直径常见为0 5 1 8mm 经验公式 式c 壁厚系数 随塑件壁厚增加而增加 由表 3 3 2 查得 塑料件的表面积点浇口引导部分长度一般15 25mm 优点 大大提高剪切速率 对牛顿指数小的PE PP PS和ABS等熔体 使其表观粘度大大降低 缩短注模时间和成型周期 有利于塑件与流道凝料分离 浇口痕迹小 易修整 缺点 必须采用三板模 要求较高的注射压力 不适合高粘度和对剪切速率不敏感的塑料 不适合厚壁塑件 其它浇口 小结 1 浇注系统 其组成及作用2 浇注系统的分流道一般在分型面上3 浇注系统平衡式布置与非平衡式布置的特点4 主流道的锥度 比表面积和衬套5 分流道的截面形状 尺寸6 冷料井拉料杆的作用和设置方法7 浇口的形式 尺寸 4 3 2浇口位置的选择4 3 2 1 要求有合理的充模流程 1 流程比校核流程比B 指熔体在型腔内流动的最大距离与相应的型腔厚度之比 式中Li 各段流各的长度 mmti 流程各段和厚度 mm B 允许流程比 由表3 3 3确定 在100 1 250 1之间 粘度大 B值小 2 物理流程比校核 在考虑流程长度L的同时 还考虑厚度和宽度的影响 用当量厚度tH 式中tH 当量厚度W 流程宽度 cm b 允许物理流程比无定形 b 320cm 1结晶 b 500cm 1 流程比的计算举例 图6 20 a 直浇口 改善流程比的方法 当出现流程比过大 充模困难时 可采取下列方法改进 1 改变浇口位置 2 增加浇口数目 3 改善塑件设计 3 熔流等时线校核 预测充模过程熔合缝的位置和走向 举例 图2 3 24表明中心直浇口流程短 料流末端在分型面上 排气容易 图2 3 25表明侧浇口流程长 温降大 排气难 熔合缝强率差 4 3 2 2要求有合理的充模流动状态 1 避免喷射和蛇形流动增大浇口 降低速率 改变浇口位置 利用熔体冲撞形腔内壁或型芯 形成逐步扩展推进 2 有利于排气和补缩 将浇口布置在厚壁处 有利于充模流动 排气和补缩 图a塑件周边厚度过大 会使周壁先充满 在顶部形成气泡 3 减少塑件翘曲变形 塑件翘曲变形的程度与浇口的类型 位置及数量是否恰当密切相关例一 圆筒塑料件 分别用侧浇口 点浇口 内孔轮辐式浇口和圆盘式浇口的形状变化 例二 浇口对矩形塑料板变形的影响 一般离浇口越近熔体密度和取向越大 当用平缝浇口 点浇口 单侧浇口和两侧点浇口时 例三 圆形塑料薄片变形 如厚1 5mm 直径100mm的PP圆薄片 采用中心浇口时 出现翘曲 一般用扇形浇口或多点浇口 例四 对有金属嵌件的制品 利用取向 收缩包紧塑件 注意收缩引起开裂 4 防止型芯变形 4 4浇口平衡 4 4 1非平衡布置的相同多型腔的浇口平衡使熔体向各型腔充模工艺条件一致是致关重要的问题 基本要求 通过平衡值 BGV 计算 所有浇口的BGV相等 各型腔的充模同时结束 除点浇口外 靠近主流道的浇口的截面积要小些 较远的浇口要大一些 浇口平衡值计算式中Sg 浇口截面积 mm2Lg 浇口长度 mmLt 浇口到主流道之间的分流道距离 mm浇口截面积与流道截面积St的关系Sg 0 07 0 09St浇口宽度W与深度h的关系W 3 5h 例 p190 如下图所示 采用矩形侧浇口 浇口长度Lg 103mm 流道截面为圆形 直径为5mm 4 4 2非平衡布置的大小不同的多型腔的浇口平衡 用近似公式各型腔填充质量不同时 与填充量成正比 式中m1 m2 分别为a b型腔的填充量 gSga Sgb 分别为a b型腔的浇口截面积 mm 2Lra Lrb 分别为到a b型腔的分流道长度 mmLga Lgb 分别为a b型腔的浇口长度 mm浇口截面积与流道截面积的关系Sg 0 07 0 09St浇口宽度W与深度h的关系W 3 5h 4 5平衡布置流道尺寸计算 4 5 1流道截面尺寸计算原则和计算方法流道尺寸计算目的既保证熔体有适当的流动速率和压力损失 又使流道的尺寸最小 适当的剪切速率主流道5 103s 1分流道5 102s 1矩形浇口5 104s 1点浇口1 105s 12 根据剪切速率的计算体积流率Q圆形流道和浇口矩形流道和浇口 3 由适当的 和Q查 Q Rn曲线求得当量半径 4 流道截面当量半径计算 n 假想的圆形流道的当量半径 cmL 实际流道截面的周边长 cmA 实际流道截面积 cm25 充模时间t的计算用流过该段起始截面的熔体体积V和体积流量Q 代入t V Q 分别计算通过主流道和的浇口的时间t主和t浇 算得充模时间为最后用表3 3 5校核拟定的t不能小于最短的注射时间 5 恰当的流道压力降 Pt po pe pc式中po 调用的注射压力 pc 型腔压力降 一般大于20Mpa 查表3 3 6 pe 注射压力在注射装置中的损失压降 pe 螺杆 10 20Mpa 3 1 6 pe 柱塞 30Mpa 0 1 0 2 po 3 1 9 6 压力降计算工程计算法 见P123 7 流道尺寸的初步拟定的两种方法 1 由充模熔体质量m和流道长度 计算 2 上游分流道当量半径RU计算式中n 下游道分叉数Ri 下游分流道当量半径 cm 4 5 2浇注系统的工程设计步骤及实例 确定型腔数 流道和浇口形式和尺寸通常型腔数为 n 即 等 尽可能设计成平衡布置画型腔布置线图 求各型腔及流道的体积计算充模时流过各流道的熔体体积计算充模时间计算各段充模时熔体体积流量和剪切速率 4 5 2浇注系统的工程设计步骤及实例 计算流道和浇口的压力降反复计算 修正流道尺寸 在满足充模时间和剪切速率下 使各型腔压力