河机专塑料注塑模结构与设计课件模块12 无流道注塑模设计

模块十二无流道注塑模设计

内容简介：本模块简单讲述了井式喷嘴热流道注塑模的结构设计；多型腔热流道注塑模的结构；热流道模具（单型腔、多型腔）的结构、有关计算和设计；阀式浇口热流道模的结构；内加热的热分流道模具的结构等内容。河南机电高等专科学校：杨占尧模块十二无流道注塑模设计

学习目的和要求：

1、了解绝热流道、加热流道的基本结构特点和上述流道适用的塑料材料。

2、了解各种热流道注塑模具的设计要求和特点。河南机电高等专科学校：杨占尧模块十二无流道注塑模设计

重点：各种热流道注塑模具的设计要求和特点。

难点：多型腔热流道注塑模和内加热的热分流道模具的设计。河南机电高等专科学校：杨占尧模块十二无流道注塑模设计12.1井式喷嘴热流道注塑模12.2多型腔热流道注塑模12.3热流道模具12.4阀式浇口热流道模12.5内加热的热分流道模具河南机电高等专科学校：杨占尧模块十二无流道注塑模设计

热塑性树脂的注塑成型一般都需要主流道、分流道及浇口等。由于这些非制品部分的同时成型，所以在每次注塑后，必须将其去除。这样不仅耗费树脂，增加了成型周期，而且使成型效率低并需要后加工，这些成为考虑自动成型时的难题。因而，必须在设计上设法缩短主流通、流道及浇口的长度。如果不成型这些部分又能取得制品，则其效益是非常可观的。为此，考虑了无流道方式。河南机电高等专科学校：杨占尧

采用无流道方式时，必须考虑如下问题：

1．浇口如何固化？如何防止流涎现象?2．传给流道的热量究竟有多少？采用什么措施，才不致使传给流道的热量向其它地方逃逸?应使用何种温度控制方式?

这种模具的特征在于流道、主流道和浇口的构造。在设计上尤其应考虑成型树脂的适应性。用于无流道模具的树脂，必须满足下述条件。

1．对于温度不敏感、熔融温度范围大、粘度不发生变化，而且既便在低温下流动性也良好，不会因受热造成分解及劣化。河南机电高等专科学校：杨占尧

2对压力敏感，在低压力下也能顺利地流动，就是说，没有注塑压力时，不应产生流动；而在很低的注塑压力下即能开始流动。

3为了快速取出制品，缩短成型周期，必须具有热变形温度高的性质。在冷却过程中，并在较高温度下也能充分固化。

4熔融的树脂要快速固化，树脂具有的热量应能迅速向模具传导。因此，树脂应有较高的热传导率。

5为使树脂快速熔融及凝固，希望其比热较小。

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表12-1表示根据树脂的种类可能选择的无流道方式。热塑性塑料采用无流道注塑成型的特点是：对模具的整个或者局部浇注系统采用绝热或加热方法，使其内部的塑料熔体始终保持熔融状态，不能与模腔内的塑料熔体一起冷却，从而避免在浇注系统或局部流道及浇口中产生凝料赘物。根据对模具浇注系统采用的绝热或加热措施，热塑性塑料无流道注塑成型使用的模具分为绝热流道注塑模和热流道注塑模两大类型。

河南机电高等专科学校：杨占尧“无流道”的含义可以从两方面来理解：

1．在模具的进料系统中取消了流道，使熔融塑料由喷嘴经过粗而短的注料口到达浇口，然后进入型腔。在这种情况下，靠塑料本身的热量使注料口中的塑料保持熔融状态，浇口凝料(又叫料把)不随塑件一同脱模，因此，脱模的塑件上既不带有流道凝料，也没有浇口凝料。

2．在模具的进料系统中仍然有流道，甚至比通常的流道还大，或采用喷嘴式流道，而且这类流道还采取内部或外部加热的办法来保温，使流道中的塑料始终保持熔融状态，不成为凝料随塑件一同脱模，因此，脱模的塑件上也不带流道凝料(即料把)。

河南机电高等专科学校：杨占尧热流道式注塑模有以下几个优点：

1．节省凝料回收费用与人工；

2．节省切除凝料的修整工序；

3．缩短注塑总周期，有利于快速注塑成型工艺的发展；

4．减少进料系统的总压力损失，充分利用注塑压力，有利于保证塑件质量。但是，热流道注塑模结构较复杂，要求严格的温度控制，否则容易使塑料分解、焦烧，而且制造成本较高，不适于小批量生产。河南机电高等专科学校：杨占尧

无流道模具的种类按流道系统中给热的方式，利用树脂本身的绝热性质、及其辅助加热装置的方式等可以区分为：①井式喷嘴方式；②延伸喷嘴方式；

③绝热流道方式；④热流道方式。由于加热方式不同，热流道注塑模又可分为内热式和外热式等不同形式。当无流道注塑模采用单模腔结构时，绝热流道和热流道可分别通过井式喷嘴和延伸喷嘴来实现。

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12.1井式喷嘴热流道注塑模这种结构常用于单腔注塑模，如图12-1所示，它是在注塑机喷嘴和模具入口之间装设主流道杯，由于杯内的物料层较厚，再加之被每次通过的物料不断加热，所以中心部分始终保持流动状态，以使物料顺利通过。由于浇口离喷嘴热源较远，所以此形式仅适用于操作周期较短(每分钟注塑3次左右)的情况。主流道杯的详细尺寸如图12-1(2)所示。杯内物料容积应为塑件重量的1／2左右，为了避免流道中的物料凝固，也有在开模时或塑件基本固化后，使主流道杯连同喷嘴一起与定模稍微分离一点，如图12-2所示。

使喷嘴前端伸入主流道杯中一段距离的设计,如图12-3所示。

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使主流道杯中的凝固料随喷嘴一起拔出的结构设计，如图12-4所示。主流道杯料腔的直径不宜过大，否则在注塑时由于物料的反压力，将迫使喷嘴后退而发生漏料等不良现象。

河南机电高等专科学校：杨占尧返回河南机电高等专科学校：杨占尧12.2多型腔热流道注塑模

这种结构也称绝热分流道模具，如图12-5所示。这种结构的主流道直径和分流道直径都很粗大，其断面呈圆柱形，常用的分流道直径为15～32毫米，最大可达75毫米。成型周期长的塑件宜取大直径。由于塑料的导热性较差，所以尽管流道内的物料表层冷固了，但其内芯仍保持熔融状态，故使物料得以顺利流过。停车后，流道内的物料将很快冷固，为此在分流通的中心线上设置能快速开启的分型面，以便在下次开车前打开此分型面，清理凝固的物料。流道内所有转弯交叉处都要圆滑过渡，以减小流动阻力。

河南机电高等专科学校：杨占尧返回河南机电高等专科学校：杨占尧绝热流道的浇口常见有主流道型浇口和点状浇口两种。

图12-6为主流道型浇口的绝热流道示意图，料套浇口的始端向上凸出并伸入分流道的中心，能有效的避免该处的固化，如件6上φ2一端所示。河南机电高等专科学校：杨占尧返回河南机电高等专科学校：杨占尧

图12-7所示为绝热流道，在流道中设有加热装置能更好地防止该处冷固，可用于成型周期较长的塑件。为减少分流道的热损失，应在模具上设置较多的隔热空气间隙，如图中A所示，以减少接触传热。为了同一目的，料套周围设置了环形空隙。

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图12-8所示为点浇口的多型腔绝热流道模，其优点是脱模时塑件易从浇口处断开，不必再进行修整，缺点是浇口处易固化，故只能用于成型周期较短和容易成型的塑料品种。再次开车前，应打开件5取出流道凝固物，见下图，为了克服浇口凝固的缺点，常在模腔给料的浇口处安置带加热探针的加热器，但分流道仍处于绝热状态。河南机电高等专科学校：杨占尧

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图12-9所示为浇口带内加热器的绝热流道模。其喷嘴中心插入带探针的加热器，并使尖端伸到点浇口的附近，这就可以使浇口及其附近在相当长的时间内不固化，若设计得当，成型周期可以长达2～3分钟。由于分流通的主体部分不加热，因此应同样设置流道分型面。模具流道部分(M段)的温度应高于型腔部分(N段)的温度，故在两段分界面上应设置气隙以减少接触面积，内加热器设计的形式种类较多，图12-9所示为其中一例。加热器的尖端探针应一直伸到浇口中心，但不能与浇口的边壁相碰，否则其尖端的温度将迅速降低而失去作用。河南机电高等专科学校：杨占尧返回河南机电高等专科学校：杨占尧

三角形的翼片可改善其对中性，但翼片与流道壁之间应采取绝热措施，以减少热损失（见探针端部放大视图）。多型腔模中各进料喷嘴的中心加热装置应分别控制，以保持浇口处的物料既不凝固也不因温度过高而流涎。活塞式注塑机在活塞返回时，由于有吸回特点，有助于避免流涎发生。浇口处温度偏高还会产生拉丝现象，即塑件与熔融塑料在浇口处分离时不能顺利拉断，熔融物料被带出拉成丝状，影响塑件的自动坠落，妨碍操作，这时应稍许降低加热器的温度。

河南机电高等专科学校：杨占尧12.3热流道模具

分流道带有加热器的热流道是无流道模具的主要形式。由于在流道的附近或中心设有加热棒或加热圈，从注塑机喷嘴出口到浇口的整个流道都处于高温状态，使流道中的塑料维持熔融。在停车后一般不需要打开流道取出凝料，再开车时只需加热流道达到所要求的温度即可。与绝热流道相比前者适用的塑料品种较少，而后者适用范围甚宽。同时由于分流道中压力传递好，可以降低塑料成型温度和注塑压力。这样既减少了塑料的热降解，又降低了制品的内应力。热流道模具可分下述四种：河南机电高等专科学校：杨占尧12.3.1单型腔热流道模具

用于单腔模的热流道最常见的即所谓延伸式喷咀，这时采用点浇口进料。特制的注射机喷咀延长到与型腔紧相接的浇口处，代替了普通点浇口中的菱形流道部分，为了避免喷咀的热量过多地传向低温的型腔，使温度难以控制，必须采取有效的绝热措施。常见的有塑料绝热和空气绝热两种办法。

图12-10所示为塑料层绝热的延伸式喷咀，在国内一些单位已成功的用于聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等塑料的成型。喷咀伸入模具直到浇口附近，喷嘴与模具之间有一圆环形的接触面，见图中A部起承压作用，此面积宜小，以减少三者间的热传递。喷嘴的球面与模具间留有不大的间隙，在第一次注塑时，此间隙即为塑料所充满起绝热作用。

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间隙最薄处在浇口附近，厚约0.5毫米，若厚度太大则浇口容易凝固。浇口以外的绝热间隙以不超过1.5毫米为宜。设计时还应注意绝热间隙的投影面积不能过大，否则注塑时反推力将超过注塑座移模油缸的推力，喷嘴后退造成漏料。浇口尺寸一般为0.75～1.5毫米左右，宜严格的控制喷嘴温度。它与井式喷嘴相比，浇口不易堵塞，应用范围较广。由于绝热间隙存料，故不适于热稳定性差的塑料，有资料介绍先在绝热间隙中充入热稳定性高的塑料，然后再注射成型耐热性差，加工温度范围较窄的塑料。河南机电高等专科学校：杨占尧

空气绝热的延伸式喷嘴如图12-11所示，喷嘴通过直径0.75～1.2毫米，台阶长度1毫米左右的点浇口直接注入型腔。采用空气绝热时，喷嘴与型腔在浇口附近系直接接触，因此有大量的热从喷嘴传向型腔。为了降低传热量，应减少二者间接触面积，除浇口周围外将其余地区留作空气间隙。由于与喷嘴尖端接触处的型腔壁很薄，易被喷嘴顶坏或变形，不能靠它来承受喷嘴的全部推力，因此在喷嘴与模具之间还设计有一环形的承压面(图中A部)。

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图12-12所示为喷嘴前端伸入型腔，喷嘴的端面构成型腔一部分的空气绝热延伸式喷嘴，其优点是喷嘴不易凝固堵塞。空气绝热的延伸式喷嘴型腔靠近喷嘴的部分温度较高，因此生产某些塑料制件(例如聚苯乙烯等)时，在浇口附近容易出现热浑，表面光洁度和透明度降低。河南机电高等专科学校：杨占尧返回河南机电高等专科学校：杨占尧国内有的工厂，自行设计了在模具内有一段外加热流道的热流道模具。其原理类似于空气绝热的延伸式喷嘴，结构简单可靠，更换模具时不必再更换注塑机的喷嘴。图12-13所示为空气绝热的外加热热流道。其浇口直径为0.5～1.5毫米，台阶长度1.5～3毫米，浇口沿制件方向有不大的锥角。流道尺寸为大端φ6毫米，小端φ3毫米。外面有电阻丝加热套，流道前端与型腔有φ6～10毫米的圆形接触面积，其余为空气间隙。这种热流道与图12-11所示的结构原理相类似，空气间隙中还可以填充其它绝热材料，如石棉橡胶板等。此结构成功地用于聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯等塑料制品成型。

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图12-14所示为某厂用于生产聚丙烯等塑件的外加热热流道单腔模。其结构原理与图12-12所示的延伸式喷嘴相似，加热流道的端面伸入型腔，构成型腔的一部分。河南机电高等专科学校：杨占尧返回河南机电高等专科学校：杨占尧

图12-15所示也是一种用空气绝热的延伸式喷嘴模，喷嘴前端伸入型腔一段。此结构的优点是喷嘴不易被堵塞。缺点是喷嘴与塑件接触处的温度较高，浇口附近容易出现热流，表面粗糙和透明度降低等不良现象。河南机电高等专科学校：杨占尧返回河南机电高等专科学校：杨占尧

12.3.2多型腔热分流道模具(外加热)

多型腔热分流道模具的结构型式很多，它们的共同特点是在模具内设有加热流道板，主流道、分流道断面多为圆形，其尺寸约φ5～12毫米，均在流道板内。流道板用加热器加热，保持流道内塑料完全处于熔融状态。流道板利用绝热材料(石棉水泥板等)或利用空气间隙与模具其余部分隔热，其浇口型式也有主流道型浇口和点浇口两种。

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主流道型浇口如图12-16和图12-17。前者浇口部分不加热，后者浇口部分设外加热器。热流道模具的一个重要的问题是流道板加热之后要发生明显的热膨胀，在模具设计时必须予以充分考虑，留出膨胀间隙，否则由于膨胀产生的力会使模具变形、破坏或发生其它问题。在图12-16所示结构中流道板的热膨胀，可以通过端面接触的喷嘴和滑动压环的滑动来补偿。图12-17则系利用软质钢或高强度镍青铜所作的喷嘴的挠性来补偿。主流道浇口在制品上残留有较长的料把(图12-17所示由于喷嘴外加热，料把较短)，脱模后还得再行除掉。河南机电高等专科学校：杨占尧返回河南机电高等专科学校：杨占尧返回河南机电高等专科学校：杨占尧

热流道模具最常用的是点浇口，典型结构如图12-18所示。流道部分用电热棒或电热圈加热。喷嘴用导热性能优良、强度高的铍铜合金(也可用性能类似的其它铜合金)制造，以利热量传至前端。喷嘴前端有塑料隔热层，与塑料隔热的延伸式喷嘴相似，绝热层中部最薄处厚0.4～0.8毫米。由于喷嘴与型腔外壁有一环状的接触面积，故称半绝热式喷嘴。图示喷嘴与流道板间系滑动连接，以胀圈作密封。由于塑料的压力使喷嘴与型腔壁能很好贴合，不会漏料。河南机电高等专科学校：杨占尧返回河南机电高等专科学校：杨占尧

图12-19所示为类似的结构，但铍铜喷嘴不与型腔直接接触，两者通过滑动压环隔离，故又名全绝热式的喷嘴。图b为喷嘴局部放大图，浇口直径为0．7毫米，用于生产小型制品。图12-20所示的喷嘴，浇口直径为1．5毫米，用于生产重量1．3公斤的大型制品。滑动压环与浇口衬套的接触平面应加工良好，并维持适当的接触压力。多型腔热流道模具其热流道板和型腔部分在工作时，由于温度不同而产生不同的横向热膨胀值，但由于喷嘴和型腔之间有绝热间隙与塑料，两者即使有少量的相对位移亦不致发生干涉．

河南机电高等专科学校：杨占尧返回河南机电高等专科学校：杨占尧返回河南机电高等专科学校：杨占尧设计时应事先考虑好由于温差而应预留的偏心距，如图12-21所示。热流道板喷嘴的中心距愈大，热膨胀值愈大，当定模和动模间温差较大时(定模边受高温热流道板衫响)，也会引起热膨胀的不一致。在要求高的模具中可将其中一半(凹模或凸模型芯)作成浮动的结构．如图12-22所示，图中A为浮动距离以保持型腔准确配合。

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热流道模具最重要的是准确地控制浇口附近的温度。热流道板一般沿流道四周钻孔插入棒状电热器，或在板的外围装上电热圈。图12-23所示为带有四个喷嘴的热流道板加热器的配置情况。加热器应能在半小时到一小时的时间内，将热流道板的温度从常温升到200～300℃，其功率可按下式进行计算：

河南机电高等专科学校：杨占尧返回河南机电高等专科学校：杨占尧亦可粗略认为每千克热流道板需0.1～0.15千瓦的加热功率。给料喷嘴带内加热器的热流道模具(即内外加热器同时使用的热流道模具)：即使是热流道模具，当成型周期过长时，浇口处亦有发生冻结的危险。因此，近年来有在给料喷嘴内部安装棒状加热器(设中心鱼雷体)的设计，如图12-24所示鱼雷体的尖端呈针形，延伸到浇口的中心易冻结处，这样即使加工周期较长，仍可达到稳定的连续操作。圆锥形的喷嘴头部与型腔之间留有0.5毫米的绝热层为塑料所充满，加热器的尖端从喷嘴前端伸出，深入浇口中部，离型腔约0.5毫米，图12-25所示为该处局部放大图。

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返回河南机电高等专科学校：杨占尧安装在鱼雷体中心的体积很小(φ6.25～9.42毫米)，功率较大(150～600W)的棒式加热器的制造安装和引线是比较困难的，运转中也容易因过载而提前损坏。河南机电高等专科学校：杨占尧

也有给料喷嘴附近无塑料绝热层的结构(美国InCoe公司热流道头)，如图12-26所示，这时流道中靠近型腔壁的塑料形成一个冻结层，起到绝热作用，而在分流梭表面的塑料，由于受内加热器的加热，维持一个流动层，塑料在压力下沿加热探针尖端一直进入型腔。图a的结构喷嘴前端有外壳和浇口，其端面构成型腔的一部分，图b在分流梭尖端无外壳，使型腔上开设浇口的位置比较灵活，甚至可在制品的加强筋、棱角以及形状不规则的表面开设浇口，如图c所示，同时模具浇口周围的壁较厚，耐压比a高。河南机电高等专科学校：杨占尧返回河南机电高等专科学校：杨占尧12.4阀式浇口热流道模

对于熔融粘度较低的塑料，为了避免流涎，可采用阀式浇口。阀式浇口的启闭可由模具上专门设置的液压或机械驱动机构来实现，也可用压缩弹簧来达到启闭的目的。图12-27至图12-29都是阀式浇口热流道模。

图12-27是弹簧阀式浇口热流道模，物料以高速注入型腔时，将针形阀件5顶上去，注塑结束时针形阀在弹簧件13的作用下，立刻将浇口封闭(或半封闭)。为使物料保持良好的熔融状态，喷嘴头外部设有加热装置和绝热层。河南机电高等专科学校：杨占尧返回河南机电高等专科学校：杨占尧

图12-28是弹簧阀式浇口热流道模，针形阀13靠注塑时物料压力顶上去，靠弹簧压下来，为使物料保持良好的熔融状态，喷嘴外部设有加热装置和绝热层。河南机