模具浇注系统设计

浇注系统设计

9.1 浇注系统设计原则 9.1.1 浇注系统的组成

模具的浇注系统是指模具中从注塑机 喷嘴开始到型腔入口为止的流动动通道， 它可分为普通流道浇注系统和无流道浇注 系统两大类型。普通流道浇注系统包括主 流道、分流道、冷料井和浇口组成。如图 9-1所示。

9.1.2 浇注系统设计时应遵循如下原则： 1 . 结合型腔的排位，应注意以下三点：

a .尽可能采用平衡式布置，以便熔融塑料能平衡地充填各型腔；

b .型腔的布置和浇口的开设部位尽可能使模具在注塑过程中受力均匀；

c .型腔的排列尽可能紧凑，减小模具外形尺寸。 2 . 热量损失和压力损失要小 a .选择恰当的流道截面； b .确定合理的流道尺寸；

在一定范围内，适当采用较大尺寸的流道系统，有助于降低流动阻力。但流道系统 上的压力降较小的情况下，优先采用较小的尺寸，一方面可减小流道系统的用料， 另一方面缩短冷却时间。 c .尽量减少弯折，表面粗糙度要低。

3 . 浇注系统应能捕集温度较低的冷料，防止其进入型腔，影响塑件质量；

4 . 浇注系统应能顺利地引导熔融塑料充满型腔各个角落，使型腔内气体能顺利排出；

5 . 防止制品出现缺陷；

避免出现充填不足、缩痕、飞边、熔接痕位置不理想、残余应力、翘曲变形、收 缩不匀等缺陷。

6 . 浇口的设置力求获得最好的制品外观质量

浇口的设置应避免在制品外观形成烘印、蛇纹、缩孔等缺陷。

7 . 浇口应设置在较隐蔽的位置，且方便去除，确保浇口位置不影响外观及与周围零件 发生干涉。

8 . 考虑在注塑时是否能自动操作

4 6 1

2

3

I

I 局部放大

图9-1 浇注系统的组成

1 - 主流道 ；

2 - 一级分流道 ；

3 - 拉料槽兼冷料井

4 - 冷料井 ；

5 - 二级分流道 ；

6 – 浇口

5

9 .考虑制品的后续工序，如在加工、装配及管理上的需求，须将多个制品通过流道连 成一体。 9.2 流道设计 9.2.1 主流道的设计 (1) 定义：

主流道是指紧接注塑机喷嘴到分流道为止的那一段流道，熔融塑料进入模具时首先 经过它。一般地，要求主流道进口处的位置应尽量与模具中心重合。 (2) 设计原则：

热塑性塑料的主流道，一般由浇口套构成，它可分为两类：两板模浇口套和三板模 浇口套。

参照图9-2，无论是哪一种浇口套，为了保证主流道内的凝料可顺利脱出,应满足: D = d + (0.5 ~ 1) mm (1) R1= R2 + (1 ~ 2) mm (2) 其它相关尺寸详见第十六章第四节。 9.2.2 冷料井的设计 (1) 定义及作用：

冷料井是为除去因喷嘴与低温模具接触而 在料流前锋产生的冷料进入型腔而设置。它一

般设置在主流道的末端，分流道较长时，分流道的末端也应设冷料井。 (2) 设计原则 ：

一般情况下，主流道冷料井圆柱体的直径为6 ~ 12mm ，其深度为6 ~ 10mm 。对于大 型制品，冷料井的尺寸可适当加大。对于分流道冷料井，其长度为(1 ~ 1.5)倍的流道直 径。

(3) 分类：

a . 底部带顶杆的冷料井

图 9-2 喷嘴与浇口套装配关系 SR1

ΦD

SR2

Φd

浇口套

注塑机喷嘴

H

d

H

d

H

δ δ d

图 9-3 底部带顶杆的冷料井

D

D

由于第一种加工方便，故常采用。Z 形拉料杆不宜多个同时使用，否则不易从拉料杆 上脱落浇注系统。如需使用多个Z 形拉料杆，应确保缺口的朝向一致。但对于在脱模时无法作横向移动的制品，应采用第二种和第三种拉料杆。根据塑料不同的延伸率选用不同深度的倒扣δ。若满足：

(D-d)/D < δ1，

则表示冷料井可强行脱出。其中δ1是塑料的延伸率。

表9-1 树脂的延伸率( % )

b . 推板推出的冷料井

这种拉料杆专用于胶件以推板或顶块脱模的模具中。拉料杆的倒扣量可参照表9-1。 锥形头拉料杆(图 9-4 c 所示)靠塑料的包紧力将主流道拉住，不如球形头拉料杆和 菌形拉料杆(图9-4 b 、c 所示)可靠。为增加锥面的摩擦力，可采用小锥度，或增加锥面 粗糙度，或用复式拉料杆(图9-4d 所示)來替代。后两种由于尖锥的分流作用较好，常用 于单腔成型带中心孔的胶件上，比如齿轮模具。

c . 无拉料杆的冷料井

对于具有垂直分型面的的注射模，冷料井置于左右两半模 的中心线上，当开模时分型面左右分开，制品于前锋冷料一起 拔出，冷料井不必设置拉料杆。见图9-5。 d . 分流道冷料井

一般采用图9-6中所示的两种形式：图a 所示的将冷料井做 在后模的深度方向；图b 所示的将分流道在分型面上延伸成为冷 料井。有关尺寸可参考图9-6。

冷料井

图9-5 无拉料杆冷料井 ΦD

Φd Φd ΦD

图9-4 用于推板模的拉料杆

1 2 3 4

1 3

5 6 1- 前模；2 – 推板： 3 – 拉料杆： 4 – 型芯固定板： 5 – 后模： 6 – 顶块

9.2.3 分流道的设计

熔融塑料沿分流道流动时，要求它尽快的充满型腔，流动中温度降尽可能小，流动 阻力尽可能低。同时，应能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔。所以，在流道设计时，应考虑：

(1) 流道截面形状的选用

较大的截面面积，有利于减少流道的流动阻力；较小的截面周长，有利于减少熔 融塑料的热量散失。我们称周长与截面面积的比值为比表面积(即流道表面积与其体积的比值)，用它来衡量流道的流动效率。即比表面积越小，流动效率越高。

表9-2 不同截面形状分流道的流动效率及散热性能 1

1

2

2

ΦD

H=(1~1.5)D

ΦD

ΦD

L=(1~1.5)D

图9-6 分流道冷料井 1- 主流道 2- 分流道冷料井

从表9-2中，我们可以看出相同截面面积流道的流动效率和热量损失的排列顺序.圆形截面的优点是：比表面积最小，热量不容易散失，阻力也小。缺点是：需同时开设在前、后模上，而且要互相吻合，故制造较困难。U 形截面的流动效率低于圆形与正六边形截面，但加工容易，又比圆形和正方形截面流道容易脱模，所以，U 形截面分流道具有优良的综合性能。以上两种截面形状的流道应优先采用，其次，采用梯形截面。U 形截面和梯形截面两腰的斜度一般为5°~10°。 (2) 分流道的截面尺寸

分流道的截面尺寸应根据胶件的大小、壁厚、形状与所用塑料的工艺性能、注射 速率及分流道的长度等因素来确定。对于我们现在常见(2.0~3.0)mm 壁厚,采用的圆形分流道的直径一般在3.5~7.0mm 之间变动，对于流动性能好的塑料，比如：PE 、PA 、PP 等，当分流道很短时，可小到Φ2.5mm 。对于流动性能差的塑料，比如：HPVC 、PC 、PMMA 等，分流道较长时，直径可Φ10~Φ13mm 。实验证明，对于多数塑料，分流道直径在5~6mm 以下时，对流动影响最大。但在Φ8.0mm 以上时，再增大其直径，对改善流动的影响已经很小了。

一般说来，为了减少流道的阻力以及实现正常的保压，要求： a. 在流道不分支时，截面面积不应有很大的突变； b. 流道中的最小横断面面积大于浇口处的最小截面面积。 对于三板模来讲，以上两点尤其应该引起重视。

在图9-7的a 图中，H ≥ D1 > D2 ≥ D3；d1大于浇口最小截面,一般取(1.5~2.0)mm ，h = d1，锥度α及β一般取2°~3°，δ应尽可能大。为了减少拉料杆对流道的阻力，应将 流道在拉料位置扩大，如图9-7c 所示；或将拉料位置做在流道推板上，如图9-7d 所。 在图9-7的b 图中，H ≥ D1，锥度α及β一般取2°~3°，锥形流道的交接处尺寸相差 0.5~1.0mm ，对拉料位置的要求与图9-7a 相同。

ΦD3 =

ΦD 2-(0.5~1.0)

ΦD1

ΦD2

R1 α R2 Φ d1 R3 β δ

H

h

ΦD3

R1 H

α

ΦD2

β

图9-7 三板模流道结构及尺寸

ΦD1

9.3 浇口设计

浇口是浇注系统的关键部分，浇口的位置、类型及尺寸对胶件质量影响很大。在 多数情况下，浇口是整个浇注系统中断面尺寸最小的部分(除主流道型的直接浇口外)。 对于圆形流通截面，圆管两端的压力降为?P ，有以下关系式：

式中 ηa ------ 为熔融塑料的表观粘度 L ---- 圆形通道的长度

Q ---- 熔融塑料单位时间的流量 (cm 3

/sec) R ---- 圆管半径

对于模具中常见的窄缝形流动通道，经推导有 W ---- 窄缝通道的宽度

H ---- 窄缝通道的深度

从式(9-1)和(9-2)可知，当充模速率恒定时，流动中的模具入口处的压力降?P 与 下列因素有关：

(1) 通道长度越长，即流道和型腔长度越长，压力损失越大；

(2) 压力降和流道及型腔断面尺寸有关。流道断面尺寸越小，压力损失越大。矩形 流道深度对压力降的影响比宽度影响大得多。

一般浇口的断面面积与分流道的断面面积之比约为0.03~0.09，浇口台阶长1.0 ~1.5mm 左右。断面形状常见为矩形、圆形或半圆形。 9.3.1 浇口的类型 1.直接式浇口

优点：(1) 压力损失小； (2) 制作简单。

缺点：(1) 浇口附近应力较大； (2) 需人工剪除浇口(流道)； (3) 表面会留下明显浇口疤痕。

应用：(1) 可用于大而深的桶形胶件，对于浅平的胶件，由于收缩及应力的原因，容易 产生翘曲变形。

8ηa LQ

?P= 式(9-1)

πR 4

8ηa LQ

?P = 式(9-2)

WH 3

a b c

图 9 – 8 直接式浇口

(2) 对于外观不允许浇口痕迹的胶件，可将浇口设于胶件内表面，如图9-8c所

示。这种设计方式，开模后胶件留于前模，利用二次顶出机构(图中未示出)

将胶件顶出。

2.侧浇口

优点:1.)形状简单，加工方便，

2.)去处浇口较容易。

缺点:1.)胶件与浇口不能自行分离，

2.)胶件易留下浇口痕迹。

参数:1.)浇口宽度W为(1.5~5.0)mm，一般取W=2H。大胶件、

透明胶件可酌情加大；

2.)深度H为(0.5~1.5)mm。具体来说，对于常见的ABS、

HIPS，常取H=(0.4~0.6)δ ,其中δ为胶件基本壁厚；对于流动性能较差的PC、 PMMA，取 H=(0.6~0.8)δ；对于POM、PA来说，这些材料流道性能好，但凝固速率也很快，收缩率较大，为了保证胶件获得充分的保压，防止出现缩痕、

皱纹等缺陷，建议浇口深度H=(0.6~0.8)δ；对于PE、PP等材料来说，且小浇

口有利于熔体剪切变稀而降低粘度，浇口深度H=(0.4~ 0.5)δ。

应用：1.)适用于各种形状的胶件，但对于细而长的桶形胶件不以采用。

3.搭接式浇口

优点：1.)它是侧浇口的演变形式，具有侧浇口的各种优点；

2.)是典型的冲击型浇口，可有效的防止塑料熔体的

喷射流动。

缺点：1.)不能实现浇口和胶件的自行分离；

2.)容易留下明显的浇口疤痕。

参数：可参照侧浇口的参数来选用。

应用：适用于有表面质量要求的平板形胶件。4.针点浇口

优点：1.)浇口位置选择自由度大，

2.)浇口能与胶件自行分离，

3.)浇口痕迹小，

4.)浇口位置附近应力小。

缺点：1.)注射压力较大，

2.)一般须采用三板模结构,结构较复杂。

L

H

W

图 9-10 搭接式浇口

H

L

W

图 9-9 侧浇口

δ

参数：1.)浇口直径d 一般为(0.8~1.5)mm ， 2.)浇口长度L 为(0.8~1.2)mm 。

3.)为了便于浇口齐根拉断，应该给浇口做一 锥度α，大小15°~20°左右；浇口与流道相 接处圆弧R1连接，使针点浇口拉断时不致损伤 胶件，R2为(1.5~2.0)mm ，R3为(2.5~3.0)mm ， 深度h=(0.6~0.8)mm 。

应用：常应用于较大的面、底壳，合理地分配浇口有助于减少流动路径的长度，获得较 理想的熔接痕分布；也可用于长桶形的胶件，以改善排气。 5.扇形浇口

优点：1.)熔融塑料流经浇口时，在横向得到 更加均匀的分配，降低胶件应力；

2.)减少空气进入型腔的可能，避免产生银丝、 气泡等缺陷。

缺点：1.)浇口与胶件不能自行分离，

2.)胶件边缘有较长的浇口痕迹，须用工具才能 将浇口加工平整。

参数：1.)常用尺寸深H 为(0.25~1.60)mm ， 2.)宽W 为8.00mm 至浇口侧型腔宽度的1/4。 3.)浇口的横断面积不应大与分流道的横断面积。

应用：常用来成型宽度较大的薄片状胶件，流动性能较差的、透明胶件。比如 PC 、PMMA 等。

6.潜伏式浇口(鸡嘴入水)

优点：1.)浇口位置的选择较灵活； 2.)浇口可与胶件自行分离； 3.)浇口痕迹小；

4.)两板模、三板模都可采用。 缺点：1.)浇口位置容易拖胶粉； 2.)入水位置容易产生烘印； 3.)需人工剪除胶片；

4.)从浇口位置到型腔压力损失较大。 参数：1.)浇口直径d 为0.8~1.5mm ，

H

W

L

图9–12 扇形浇口 α

β

d

H

δ

图 9-13 潜伏式浇口

A

图 9 -11 针点浇口

δ

R1

R2 R3

d

L

h

α

A

B

L

图 9-15 护耳式浇口

H

W

2.)进胶方向与铅直方向的夹角α为30°~50°之间，

3.)鸡嘴的锥度β为15°~25°之间。

4.)与前模型腔的距离A 为(1.0~2.0)mm 。

应用：适用于外观不允许露出浇口痕迹的胶件。对于一模多腔的胶件，应保证各腔从浇 口到型腔的阻力尽可能相近，避免出现滞流，以获得较好的流动平衡。 7.弧形浇口 优点：

1.)浇口和胶件可自动分离；

2.)无需对浇口位置进行另外处理：

3.)不会在胶件的外观面产生浇口痕迹。 缺点：

1.)可能在表面出现烘印；

2.)加工较复杂；

3.)设计不合理容易折断而堵塞浇口。 参数：

1.)浇口入水端直径d 为(Φ0.8~Φ1.2)mm ，长(1.0~1.2)mm ；

2.)A 值为 2.5D 左右；

3.)Φ2.5min * 是指从大端0.8D 逐渐过渡到小端Φ2.5。

应用：常用于ABS 、HIPS 。不适用于POM 、PBT 等结晶材料，也不适用于PC 、PMMA 等刚性好的材料，防止弧形流道被折断而堵塞浇口。 8.护耳式浇口

优点：有助于改善浇口附近的气纹。 缺点：(1) 需人工剪切浇口；

(2) 胶件边缘留下明显浇口痕迹。

参数：(1) 护耳长度A=(10~15)mm ，宽度B=A/2，厚度为进

口处型腔断面壁厚的7/8；浇口宽W 为(1.6~3.5)mm ， 深度H 为(1/2~2/3)的护耳厚度，浇口长(1.0~2.0)mm 。 应用：常用于PC 、PMMA 等高透明度的塑料制成的平板形胶件。 9.圆环形浇口

优点：(1)流道系统的阻力小； (2)可减少熔接痕的数量；

图 9-16 圆环形浇口

A

D

0.8D

图 9–14 弧形浇口

Φ2.5min * d

(3)有助于排气；

(4)制作简单。

缺点：(1)需人工去除浇口；

(2)会留下较明显的浇口痕迹。

参数：(1)为了便于去除浇口，浇口深度h一般为(0.4~0.6)mm；

(2) H为(2.0~2.5)mm。

应用：适用于中间带孔的胶件。

10.斜顶式弧形浇口

优点：1)不用担心弧形流道脱模时被拉断的问题；

2)浇口位置有很大的选择余地；

3)有助于排气。

缺点：1)胶件表面易产生烘印；

2)制作较复杂；

3)弧形流道跨距太长可能影响冷却水的布置。

参数：可参考侧浇口的有关参数。

应用：1)主要适用于排气不良的或流程长的壳形胶件；

2)为了减少弧形流道的阻力，推荐其截面形状选用U形截面(见图示)；

3)斜顶的设计可参照“第7.7节斜顶、摆杆机构”；

4)浇口位置应选择在胶件的拐角处或不显眼处。

弧形流道

斜顶胶件

胶件

( 弧形流道截面 ) 图 9-17 斜顶式弧形浇口

9.3.2 浇口的布置

1. 避免熔接痕出现于主要外观面或影响胶件的强度

根据客户对胶件的要求，把熔接痕控制在较隐蔽及受力较小的位置。同时，避免各熔 接痕在孔与孔之间连成一条线，降低胶件强度。如图9-18(a)所示，胶件上两孔形成的熔 接痕连成了一条线，这将降低胶件的强度。应将浇口位置按图9-18(b)来布置。为了增加 熔接牢度，可以在熔接痕的外侧开设冷料井，使前锋冷料溢出。对于大型框架型胶件，可增设辅助流道，如图9-19 所示；或增加浇口数目，如图9-20所示，以缩短熔融塑料的流程，增加熔接痕的牢度。

2. 防止长杆形胶件在注塑压力的作用下发生变形；

见图9-21，在方案(a)中,型芯在单侧注塑压力的冲击下，会产生弯曲变形，从而导致 胶件变形。采用方案(b),从型芯的两侧平衡的进胶，可有效地消除以上缺陷。

图 9-21 长杆形胶件的浇口布置方案

图 9-18 浇口位置对熔接痕的影响 图9-19 过渡浇口增加熔接痕牢度

辅助流道

熔接痕连成一线 图9-20 采用多浇口以增加熔接痕的牢度

浇口位置

3. 避免影响零件之间的装配或在外露表面留下痕迹；

如图9-22(a)所示，为了不影响装配，在按键的法兰上做一缺口 ，浇口位置设在缺口 上，以防止装配时与相关胶件发生干涉。如图9-22(b)所示，浇口潜伏在胶件的骨位上， 一来浇口位置很隐蔽，二来没有附加胶片，便与注塑时自动生产。

4. 防止出现蛇纹、烘印，应采用冲击型浇口或搭底式浇口； 熔融塑料从流道经过小截面的浇口进入型腔时， 速度急剧升高，如果这时型腔里没有阻力来降低熔 体速度，将产生喷射现象，如图9-23 (a)所示，轻 微时在胶口附近产生烘印，严重时会产生蛇纹。如 图9-23 (b)所示，若采用厚模搭底，熔融塑料将喷 到前模面上而受阻，从而改变方向，降低速度，均

匀地充填型腔。图9-24(a)由于熔体进入型腔时没有受到阻力，而在胶件的前端产生气纹 ；按9-24 (b)改进后，以上缺陷可消除。

5. 为了便於流动及保压 ，浇口应设置在胶件壁厚较厚处

6. 有利于排气

如图9-25 所示，一盖形胶件，顶部较四周薄，采用侧浇口，如图(a)，将会在顶部A 处形成困气，导致熔接痕或烧焦。改进办法如(b)图,给顶面适当加胶，这时仍有可能在

图9-24 喷射造成胶件的浇口附近烘印

图9-22 浇口位置的布置不影响装配及外观 图9-23 避免产生喷射的浇口布置