第五章 浇注系统设计

特点：塑料熔体能够同时到达和充满各个型腔。 要求：保证各型腔熔体温度、压力、充模时间都相等。 充分条件：一模多腔成型相同制件时，通往各个模腔的
料流通道截面形状及其尺寸必须对应相等。
精密模具，浇注系统应采用平衡式设计，且分流道的截
面积和长度误差都不应超过1%。
意义：保证各型腔成形的塑件质量均匀一致。
★
r
② 主流道小端直径： 小端直径 d 应比注射机喷嘴孔径 d1 大，并满足 d＝d1+（0.5～1）mm的要求。小端直径常为4～8mm。
③ 主流道端部球面： 要求SR比SR1紧密接触，并满足SR＝SR1+（1～2）mm。 球面凹坑深度H通常为3～5mm。
主流道锥孔
图5-19 浇口套的球面R及孔径与注射机喷嘴的关系
（2）分流道设计
分流道的作用是将来自主流道的塑料熔体进行平稳地分流 与转向，使之顺利地快速充满各型腔。
1）分流道的设计要点
① 分流道的断面尺寸和长度，应在保证顺利充模 的前提下，尽量取小值。尤其对小型塑件更为重要。
② 分流道的表面粗糙度值不必很低，一般为1.6～0.8μm， 利于熔料在流道表面形成凝固层，减少热损失。 ③ 分流道末端或流道改变方向的拐角处应开设冷料穴， 以容纳冷料，保证塑件质量。
各型腔充模时间不同，温度分布与压力传递不同，塑 件质量不一致。
意义：多型腔时，非平衡式布局可以缩短分流道的长度，减
少注射压力损失，缩短熔体充模时间。减小模具总体 尺寸。
图5-10
非平衡布局的浇注系统
形式：
48-型腔H形非平衡布局
32-型腔直线形非平衡布局
图5-11
浇注系统的非平衡式布局
3）非平衡浇注系统的人工平衡
② 一模多腔成型不同制件时 不同模腔容纳的熔体体积与模腔浇口对应的BGV成正比。即
L Rb ⋅ L Gb A Ga m a BGVa = = . m b BGVb L Ra ⋅ L Ga A Gb
式中ma, mb—a, b模腔容纳的塑料熔体体积； AGa, AGb—a,b模腔的浇口截面积； LRa, LRb—主流道到a，b模腔的流道长度； LGa, LGb—a，b模腔的浇口长度。
6-PA1010（230℃）； 7-PET（270℃）； 8-PP（180 ℃ MFI＝2.61）； 9-PS（190 ℃）； 10-LDPE（150 ℃）
图5-3 表观粘度与剪切速率的关系
4）表观粘度的控制
降低熔体表观粘度的措施： 一是升高温度：但对粘度对温度变化不很敏感的材料，温 度增加后，其粘度下降有限，不能一味的提高熔体温度。 如POM、PP、PE等。温度过高，易引起降解，同时还延长冷 却时间，降低生产效率。 二是提高剪切速率：这种方法更为合理和有效，但剪切 速率不能超过临界值（10
※
浇口尺寸并非越小越好
2）浇口长度
当浇口入口处的压力保持恒定时，若浇口长度短，熔 体流经浇口时的阻力就小，浇口前后压力降减小； 熔体在浇口中的流速增大，剪切速率提高，ηa相应降 低。使Q值提高。 ★ 短浇口，可在不增大浇口截面尺寸条件下增大Q值。 ★ 短浇口可保持常开，有利于型腔保压补缩。 ★ 加大浇口长度，使熔体流动阻力及压力损失增 加，不利于充模。 ※ 浇口长度应取小值。
（6）防止制品变形
制品浇口附近往往残余应力较大，易引起收缩变形；尤其是 用直接浇口成型面积大，深度浅的制品时，更应该注意。
（7）排气良好
浇注系统应使型腔内的气体能顺利排出。以免出现制件欠注 或烧焦等缺陷。
（8）整修方便，不影响外观
浇口痕迹要小，整修方便，无损塑件外观与使用性能。
2 浇注系统设计基础
非平衡布局流道 平衡的实例
•
改变分流道和浇口
的截面尺寸，使各模 腔同时充满。
3 浇注系统结构设计
（1）主流道设计（浇口套：sprue bush）
1）主流道的结构类型
主流道通常位于模具中心线上，与注射机喷嘴中心保持 同心，常用的主流道结构如图5-15所示。
球面半径 R 主流道锥孔 圆角半径 r 注射机喷嘴 定位环
1 浇注系统的组成（feed system）
普通浇注系统由主通道、分流道、浇口和冷料井四部分组成。
图5-1
侧浇口的浇注系统
2 浇注系统的功用
主流道末端或 分流道末端的 储料空间
cold-slug well
主流道与浇口之 间的料流通道
作用是将来自主流 道的熔体均匀的分 配至各型腔并充 满，同时对熔体进 行分流和转向。
★
设计浇注系统时，应对相关流变参量或尺寸 参数进行合理的分析与恰当的选择。
h
1）浇口截面尺寸
◆ 增大浇口截面尺寸，有利于Q值的提高。 但熔体流经浇口处的速度减慢，表观粘度ηa相应提高， 又使Q值下降。 ※ 浇口尺寸并非越大越好 ◆ 减小浇口尺寸，熔体流经浇口时速度加快，剪切速率提 高，ηa降低，容易充模，使Q值增大； 熔体流经小浇口时，速度很高，部分动能因摩擦而转变 为热能，从而提高了浇口处的局部温度，使熔体的表观 粘度再次降低，Q值进一步增大。 • • 6 −1 γ ◆ 当流经浇口的熔体剪切速率 γ 达到10 s 时， 与ηa便失 • 去了依赖关系，即剪切速率 γ 再增加，表观粘度ηa 不 再降低。此时的浇口截面尺寸，就是小浇口的极限尺寸。
（3）塑料消耗要少
满足充模要求，浇注系统容积要尽量小，以减少材料 的消耗，缩短成型周期。
（4）确保进料均衡
浇注系统的布局应使多型腔模具，各型腔塑件质量均匀一 致。应采用平衡布局方式。
（5）防止型芯变形和位移
模具中细小型芯或嵌件，应避免料流直接冲击，以免引起 型芯变形或嵌件位移，发生脱模困难或产生废品。
浇口套
图5-15 主流道的结构形式
★ 主流道通常是做成一个镶套装在模板上。这个镶套称为 浇口套。 采用镶装浇口套，可用优质模具钢制造并经淬火处理至 HRC50～55，提高耐磨性；便于加工与装配。
图5-16 主流道的基本结构形式
浇口套的常用结构
0.3~0.5
0.3~0.5
R
L2
Ⅰ型
Ⅱ型
图5-17
浇口套的结构
冷料穴
图5-20 分流道末端的冷料穴
④ 分流道与浇口的连接处要以斜面或圆弧过渡，有利于 塑料熔体的流动及填充。
a）
b）
c）
图5-21 分流道与浇口的连接
α 1 ＝0.5 × 45°， α 2＝30°～45°，R1＝1～2mm
L＝0.7～2mm， R2＝0.5～2mm，R＝D/2，A=R
⑤ 塑件和流道在分型面上的投影面积几何中心与注射 机锁模力中心重合。有利于注射机锁模机构受力均匀， 不易产生溢料。
3）剪切速率的选择
非牛顿型假塑性流体的流动行为，服从幂率函数规律，即
不同塑料材料的剪切速率范围与表观粘度值不同。 如ABS，当熔体温度为250℃时
−1 2 −1 1× 102 S −1 增至 3 × 10 S ，净增200 S ； 2 ηa： .5 × 10 2 降至 1 .1 × 10 2 ，净降 1.4 ×10 Pa ⋅ S 2 • −1 γ : 1×103 S −1 增至 2 × 103 S −1 ，增加 1000 S ηa：只从4×10 降至2×10Pa·S ，仅降20Pa·S
5.2 浇注系统的设计与分析
1 浇注系统设计原则
（1）适应塑料品种及其特性要求
塑料材料的成型性能差异较大，如温度、粘度等。浇 注系统设计应适应材料的流动与充模性能要求。
（2）熔体热量及压力损失要小
流经浇注系统的熔体热量及压力损失要尽量少。 浇注系统流程应尽量短，断面尺寸尽可能大，转弯尽 量少。表面粗糙度一般为Ra1.6~0.8μm。
人工平衡式是将非平衡布局浇注系统通过改变各段分 流道及浇口截面积和长度尺寸来达到平衡填充效果。
自然平衡
非平衡
改变分流道截 面尺寸，达到 填充平衡。 人工平衡
★ 浇口平衡值BGV（Balanced Gate Value）
① 一模多腔成型相同制件时 BGV=
AG L
R
⋅ L
G
AG—浇口截面积； LR—主流道至模腔的流道长度； LG—浇口的长度。
γ :
•
γ
•
再提高，ηa 降低的还要少。
★ 在较低的剪切速率范围内，剪切速率的微小变化会
引起表观粘度的巨大变化，不利于注射成型加工。
★ 注射成型的剪切速率范围
γ
•
＝103～105 S-1。
★ 不同材料的表观粘度与剪切速率关系
1-ABS（210℃）； 2-PSU（310 ℃）； 3-PC（280 ℃） 4-PMMA（200 ℃）； 5-SPVC（170 ℃）；
平衡式浇注系统的布局形式
a）
b）
c）
d）
e）
f）
g）
h）
图5-4 浇注系统的平衡布局形式
♥ 不同腔数的H
- 型腔布局
4-型腔H形布局 8-型腔H布局
16-型腔H布局
图5-6
浇注系统的平衡式布局
2）非平衡式浇注系统（non-Balanced）
特点 : 主流道至各型腔的分流道长度及熔体流程各不相同。
第 五 章 注塑模具 浇注系统设计
5.1 浇注系统的组成与功用
1 浇注系统的组成 2 浇注系统的功用
5.2 浇注系统的设计与分析
1 浇注系统的设计原则 2 浇注系统设计基础 3 浇注系统结构设计
5.1 浇注系统的组成与功用
概念：浇注系统是指从注射机喷嘴出口起到模具型腔入口止的
塑料熔体流动通道。
④ 主流道锥孔大端处应有圆角 一般取r＝1～3mm，以减小熔体流动时的阻力。 熔体流经主流道时的剪切速率
γ = 5 × 10 3 − 5 × 10 2 S −1
•
浇口套其它尺寸按模具结构确定。 主流道长度一般最好不超过60mm。 并尽量位于模具中心在线上。 主流道常用尺寸