注射模冷流道系统优化方案

浇注系统一般均由主流道、分流道、浇口和冷料井组成，是引导塑料熔体从注射机喷嘴到模具型腔为止的一种完整的输送通道。它具有传质、传压和传热的功能，对注塑件质量具有决定性的影响。相对热流道而言，不加热也不绝热的流道称为冷流道，其中的冷却凝料在每次开模时必须取走。要将热流道系统取代冷流道系统，必须熟悉冷流道输送塑料熔体的规律。

浇注系统的设计合理与否，影响着模具的整体结构及其工艺操作的难易程度。可用塑料熔体流变学参量和公式通过计算机系统来进行注射模的流动分析，同样也可以通过人工计算来实现浇注系统的正确设计。

1.冷流道系统的功能

冷流道系统的作用是将塑料熔体顺利地充满到型腔深处，以获得外形轮廓清晰、内在质量优良的塑料制件。因此，要求充模过程流畅有序，压力损失小，热量散失少，排气条件好，浇注系统凝料易于与制品分离或切除。

（1）浇注系统组成 注射模按照模具成型型腔的数目，可分成单型腔注射模和多型腔注射模。对小尺寸大批量生产的注塑件，一模多腔注射成型，可成倍地提高生产率。目前已经可以实现一次成型32或64个瓶盖制品注塑。另外，还有一次成型几个不同制品的多型腔注射模。用于各种类型注射机的模具，其浇注系统一般均由四部分组成，如图1-13所示。

1）主流道。主流道指由注射机喷嘴出口起到分流道入口止的一段流道。它是塑料熔体首先经过的通道，且与注射机喷嘴在同一轴线上。

2）分流道。分流道指主流道末端至浇口的整个通道。分流道的功能是使熔体过渡和转向。单型腔模具中分流道是为了缩短流程。多型腔注射模中分流道中为了分配物料，通常由一级分流道和二级分流道，甚至多级分流道组成。

图1-13 浇注系统组成

a）一模多腔的浇注系统 b）单型腔的浇注系统 1—主流道 2—分流道 3—制品 4—分流道冷料井 5—主流道冷料井 6、7—第二分流道 8—浇口

3）浇口。浇口指分流道末端与型腔入口之间狭窄且短小的一段通道。它的功能是使塑料熔体加快流速注入型腔内，有序地填满型腔，且对补缩具有控制作用。

4）冷料井。通常设置在主流道和分流道转弯处的末端。其功用为“捕捉”和贮存熔料前锋的冷料。冷料井也经常起拉勾浇注系统凝料的作用。

（2）冷流道系统设计原则

1）浇注系统与塑件一起在分型面上，应有流量、压降和温度分布的均衡布置。

2）尽量缩短流程，以降低压力损失，缩短充模时间。

3）浇口位置的选择应避免产生湍流和涡流及喷射和蛇形流动，并有利于排气和补缩。

4）避免高压塑料熔体对型芯和嵌件产生冲击，产生变形和位移。

5）浇注系统凝料脱出方便可靠，易与注塑件分离或切除整修容易，且外观无损伤。

6）熔合缝位置需合理安排，必要时配以冷料井或溢料槽。

7）尽量减少浇注系统的用料量。

8）浇注系统应达到所需精度和表面粗糙度，其中浇口需有IT8级以上的精度。

（3）浇注系统布置 在多腔模中，分流道的布置有平衡式和非平衡式两类，一般以平衡式为宜。

1）平衡式布置。从主流道末端到各型腔的分流，其长度、断面形状和尺寸都对应相等。这种布置可使塑料熔体均衡地充满各个型腔，一起出模的各塑件质量和尺寸精度的一致性好，但分流道较长，对熔体阻力大，浇注系统凝料多。在图1_-14所示的浇注系统平衡式布置中，圆周均布较适合圆形注塑件，而H形排列适用于矩形塑件。

图1-14 浇注系统平衡式布置

a）、b）圆周排列 c）、d）H形排列

2）非平衡式布置。如图1-15所示，从主流道末端到各个型腔的分流道长度各不相等。为达到均衡充模，可将浇口与主流道的距离进行修正。此种布置流程虽短，但制件质量一致性很难保证。

图1-15 浇注系统非平衡式布置

a）一模注射不同塑件 b）星形不平衡布置 c）一字布排 d）H形不平衡布置

浇注系统无论是平衡式还是非平衡式布置，型腔均应与模板中心对称，使型腔和流道的投影中心与注射机锁模力中心重合，从而避免注射时产生附加的倾侧力矩。

2.主流道

主流道是指由注射机喷嘴出口起到分流道入口止的一段流道。它是塑料熔体首先经过的通道，且与注射机喷嘴在同一轴线上。

最常见的直浇口式主流道呈圆锥形，其参数如图1-16所示。主流道入口直径d应大于注射机喷嘴孔径1mm左右，这样便于两者同轴对准，也使得主流道凝料能顺利脱出。主流道入口的凹坑球面半径R应该大于注射机喷嘴球面半径表面2～3mm，反之，两者不能很好贴合，会让塑料熔体反喷，出现溢边，致使脱模困难。锥孔壁表面粗糙度Ra≤0.8μm。主流道的锥角α=2°～4°。锥角过大会产生湍流或涡流，卷入空气；锥角过小会使凝料脱模困难，还会使充模时流动阻力增大，比表面增大，热量损耗大。

主流道的长度L一般按模板厚度确定，但为减小充模时的压力降和减少物料损耗，以短为好，如小模具控制在50mm之内。在出现过长主流道时，可将主流道衬套挖出深凹坑，让喷嘴伸入模具，也可在主流道的上游设置加热喷嘴。在熔料流量较大，黏度较高时，大端直径D设计得大些。主流道的出口端应该有较大圆角，r=1～2mm或r≈0.125D。

小型模具可将主流道衬套和定位环制成一体，如图1-17a所示。主流道的衬套里侧端面承受熔体高压，入口端面受喷嘴的冲撞和挤压，因此需要有足够硬度和可靠紧固。如图1-17b所示，衬套用T8钢或T10钢制作，经淬火硬度为50～55HRC。衬套里端面与熔体的接触面积尽可能小些，并由定位环压紧。定位环外圆与注射机定模板上定位孔应为间隙配合。

3.冷料井

图1-16 主流道参数

d=喷嘴孔径+1mm R=喷嘴球面半径+2～3mm α=2°～4° r≈0.125DH=0.3～0.4R

冷料井有两种，一种是单纯为“捕捉”或贮存冷料用，另一种还兼有拉脱或顶出流道凝料的功用。热流道注射模同样也有冷料。为此，在生产精密高档注塑制品时，采用热流道再附加冷流道的浇注系统，可“捕捉”或贮存部分冷料。在塑料熔体注射充模前加热模具，可避免熔料前锋产生冷料，获得高光无痕的注塑件。

1）分流道的冷料井。根据需要，不但在主流道末端，也可在各分流道转向位置，甚至在注塑件型腔末端设置冷料井。冷料井应设置在熔料流动方向的转折位置（见图1-18），并迎着上游的熔流，其长度通常为流道直径d的1.5～2倍。图1-18中双点画线处为不宜设置冷料井的位置。

2）拉料杆冷料井。顶出杆成型的“拉顶”冷料井如图1-19所示，两种顶出杆的杆脚固定在顶出板中，开模时将主流道凝料从定模边的型腔中拉出。在其后的脱模过程中，再将凝料从动模中顶出。图1-19a和图1-19b所示分别为倒锥和圆环槽冷料井，在实现先拉后顶动作后，凝料处于自由状态，由于尺寸设计需凭经验，当尺寸不合适时倘若物料塑性差，沟槽过深，脱模顶出时会发生剪切分离。一般取单向沟槽深0.5～1mm，对韧性物料（如ABS、POM和PE），可取较大值，但对脆性物料（如PC、PMMA和PP等）应取较小值，并割成圆环沟槽，且沟槽部位的表面粗糙度Ra应达到0.8～3.2μm。另有种Z形头顶出杆，虽有“拉顶”动作可靠的优点，但单方向性的Z形面需手工定向取出凝料。

图1-17 主流道衬套与定位环

a）整体的主流道环 b）衬套与定位环 1—定位环 2—定模垫板 3—主流道衬套 4—定模板

图1-18 设置冷料井方法

图1-19 顶出杆成型的冷料井

a）倒锥 b）圆环槽

在图1-20所示的拉料杆成型的“拉料”冷料井中，拉料杆的杆脚固定在动模中。开模时拉料杆将主流道凝料从定模中拉出，在其后的脱模过程中，由推杆板将它从拉杆成型头中推出。拉料头有多种结构形式，如球头（见图1-20a）、菌形头等。还有一类是利用塑料冷却对成型头的包紧力达到拉料的目的，拉料头如图1-20b所示的圆锥头。其常用在单腔成型齿轮等带中心孔的盘类塑件上，制件的孔与外圆有较好的同心度。如果成型塑件较大时，可在锥顶挖出球坑作为冷料井。

图1-20 拉料杆成型的冷料井

a）球头 b）圆锥头 1—推件板 2—动模板 3—拉料杆 4—金属嵌件

4.分流道

分流道是主流道末端至浇口的整个通道。分流道的功能是使熔体过渡和转向，如图1-13所示。单型腔模具中分流道是为了缩短流程，多型腔注射模中分流道是为了分配物料，通常由一级分流道和二级分流道，甚至多级分流道组成。

1）截面形状。各种分流道的截面形状如图1-21所示。从压力传递角度考虑，要求有较大的流道截面积；从减少散热考虑，应有小的比表面S。圆形截面，S=4/d；半圆截面，S=6.55/d；矩形截面，若h=0.5d，则S=6/d；若正方形边长为d，则S=4/d。

图1-21 各种分流道的截面形状

a）圆形截面 b）半圆截面 c）矩形截面 d）梯形截面 e）U形截面

圆形截面最理想，在冷流道系统中用得越来越多。圆形截面布置在分型面上，势必在动模和定模的模板上分别加工的半圆截面在合模后容易出现轮廓的错位。采用数控加工中心铣削流道，合模后对接很好。在热流道系统对流道凝料没有脱模要求的情况下，大都采用圆形截面的流道。但也有圆环隙截面的流道。方形截面由于脱模困难，一般不采用。梯形截面比表面S虽然大些，但因加工和脱模方便，应用广泛，以其h/d=2/3～4/5，梯形侧边斜度5°～15°为宜。U形截面与梯形类似，使用较多。

2）冷流道的截面尺寸。分流道截面大小和流道的布置长度受到浇注系统压力损失和注射机注射能力的制约。较小的流道截面能减少浇注系统用料，但会增加流道中的压力损失。注射到型腔的熔料因压力过低而达不到所需的充模速率，将影响制件质量，甚至使型腔不能充满。对流道系统，主流道、分流道和浇口通道的压力损失限制在35MPa以下。通过流道尺寸的理论计算，能得到流道的最佳尺寸，保证熔体有适当的流动速率和恰当的压力损失。计算机流动充模模拟也能实现浇注系统的优化设计。

冷流道系统的凝料经粉碎和塑化后可再注射制件，但此回头料的比例必须限制，因为它会降低制品的物理质量。热流道圆截面的尺寸越大，会使流道中保温停留的塑料熔体量越多。在高温下受热时间过长，会使材料降解，也会引起制品的质量下降，特别是对于热敏性的塑料品种，如PVC和POM等最为明显。

一般分流道直径为3～12mm，若是大流量和高黏度物料充模，则可达13～16mm。塑料熔体在分流道内流动剪切速率在10²～10³s^-1范围内方为合理。分流道截面尺寸可由流变学公式估算，但计算结果需按现有刀具尺寸圆整。

分流道直径尺寸由塑料熔体的流动指数n、剪切速率以及注射的体积流量共同决定。此流量q_i为分流道注入下游型腔的体积流量，可由该段分流道射出注射量和注射时间计算：

式中 q_i——分流道的体积流量（cm³/s）；

t——注射机对模具的充模时间（s），参考表1-1；

V_i——分流道的注射量（cm³）；

V——注射模型腔的总体积（cm³）；

N——流道分叉数。

在浇注系统的圆管流道中，各截面的熔体充模时间t是相同的。在分流道直径的计算过程中，模具型腔总体积V通过注射量和时间的关系确定注射时间。该注射时间t是根据注射机螺杆的常规推进速率，即注射机具有中等注射速率时相对应的注射充模时间。注射机在常规注塑速率下公称注射量和充模时间的关系见表1-1。大量工程计算证明此方法能正确确定浇注系统流道中熔料的充模流量，也能适应注射机操作对充模速率的调节。

表1-1 注射机公称注射量和注射时间的关系

将表1-1所列的数据经多项式拟合，对注射量30（cm³）≤V（cm³）<2500（cm³）的注射时间为

t=0.8998+0.37902×10^-2V-0.17210×10^-5V²+0.28900×10^-9V³（1-1c）

式中 t——注射时间（s）；

V——注射量（cm³）。

在已知V和t的情况下，按剪切速率确定冷流道和浇口直径，可由以下流变学公式（1-2）计算，得

式中 n——塑料熔体的流动指数，参见第3章表3-1或表3-2；

——塑料熔体流经分流道的合理剪切速率（s^-1），常以表1-2中的数据代入。

式（1-2）由非牛顿流体在圆管道中的流量q_i计算式推导而得，不但能估算分流道直径，也能以熔体流动合适的剪切速率估算主流道、矩形截面浇口和点浇口的直径。冷流道浇注系统各通道适宜的剪切速率见表1-2。

表1-2 冷流道浇注系统各通道适宜的剪切速率

3）流道分叉。在流动分析中，按塑料熔体在各级流道中剪切应力不变的理论，各级流道直径间关系计算式为

式中 d_i+1——下游流道直径（mm）；

d_i——上游流道直径（mm）；

N——流道分叉数。

由式（1-3）可知，一分为二时下游流道直径d₂=0.79d₁，一分为三时下游流道直径d₂=0.69d₁，一分为四时下游流道直径d₂=0.63d₁。

4）分流道表面粗糙度。常取Ra>0.63～1.6μm，以增大外层流动阻力，避免熔体料流表面滑移，使中心层具有较高剪切速率。

5）实例。注射模的总注射量为1000cm³，查表1-1得注射机可行的充模时间t=3.1s。有四个分叉流道，每个流道的射出量为250cm³，得流经浇口流量q_i=81cm³/s。由此塑料品种流变曲线，获知塑料熔体的流动指数n=0.32。较大流量下应具有合理的剪切速率。代入式（1-2），得

考虑到注射生产时，还允许调节注射充模时间和剪切速率，并归整到流道直径的系列尺寸，故用流道直径为12mm。

塑料熔体流经主流道的合理剪切速率常以（0.9～3.0）×10³s^-1代入。计算得流经主流道流量q_i=323cm³/s。较大流量下应具有合理的剪切速率。代入式（1-2），得

故取主流道的平均直径为18mm。

若用式（1-3），以各流道直径关系式求主流道直径，有

取主流道的平均直径为18～19mm。大量计算表明，现代注射模浇注系统直径通常小于22mm。

5.中等截面的浇口

浇口是塑料熔体进入型腔的阀门，对塑件质量具有决定性的影响，因而浇口类型与尺寸、浇口位置与数量便成为浇注系统设计中的关键。浇口按截面可分为大浇口、中等截面浇口和小浇口三类。大浇口也称非限制性浇口，系指直接浇口，中等截面浇口和小浇口也称限制性浇口或内浇口。中等截面浇口有侧浇口、重叠式浇口、扇形浇口、平缝浇口、圆环形浇口、轮辐式浇口和护耳式浇口等。热流道系统的针阀式喷嘴的浇口类似中等截面的浇口。

1）侧浇口。侧浇口也称边缘浇口，如图1-22所示。各种中等截面浇口都从侧浇口演变而来，所以也称它为标准浇口。由于它开设在主分型面上，故截面形状易于加工和调整修正。多型腔模具采用侧浇口，可设计成两板模。侧浇口适用于各种塑料物料且易切除，并对塑件外观质量影响甚小。

浇口的三个尺寸中，以深度h最为重要。h控制了浇口畅通开放时间和补缩作用。浇口宽度W的大小控制了熔体充模流量。浇口长度L，只要结构强度允许，以短为好，一般选用L=0.5～2.0mm。浇口深度可按经验公式计算：

h=Ns （1-4a）

式中 h——侧浇口深度（mm），约为制品最大壁厚的0.4～0.8倍，中小型塑件常用h=0.5～2mm；

N——塑料材料系数，N为0.4～0.8，高黏度熔料（如PVC等）取0.8，低黏度熔料（如PE等）取0.4；

s——塑件壁厚（mm）。

图1-22 侧浇口

侧浇口宽度W与分流道直径d有关，通常W≤0.8d。

A=hW （1-4b）

式中 A——浇口截面面积（mm²）；

W——浇口宽度（mm）。

矩形截面流道中塑料熔体为二维流动，流变学计算式较为复杂，因此常用经验公式计算截面尺寸。对于众多的塑料品种，高黏度物料的材料系数N取大值。

最后，需用流经侧浇口熔体适宜的剪切速率进行校核或设计（见表1-2）。限制塑料熔体在浇口内的剪切速率在此范围内，能剪切变稀，顺利充模。可用牛顿流体在矩形截面内的剪切速率校核或设计截面尺寸：

式中 Q——流经矩形截面浇口的体积流量（cm³/s）；

W、h——分别为矩形截面的宽度和深度（cm）。

根据注塑件的壁厚s，先决定侧浇口深度h；常以5×10⁴s^-1代入式（1-5），可计算确定侧浇口宽度W。当侧浇口W>5mm时可考虑用两个或更多的侧浇口进料。

[例] 有PS矩形盒，底平面为150mm×130mm，高为50mm，壁厚s=1.3mm。试设计矩形侧浇口。(www.xing528.com)

[解] 现取浇口长L=0.5mm。PS熔体黏度中等，取N=0.6，故h=Ns=0.6×1.3mm=0.8mm。

由塑件体积V=475×0.13cm³≈61.8cm³，参考表1-1，决定充模注射时间为1.0s，则有

将代入式（1-5），得

故得矩形侧浇口截面W×h=12mm×0.8mm。或用两个侧浇口，每个为6mm×0.8mm。

图1-23所示为侧浇口截面的推荐设计，它是以注塑件的壁厚s和分流道直径d决定矩形截面浇口尺寸的方法。

图1-23 侧浇口截面的推荐设计

a）壁厚s≤4mm，流道直径d_i=1.5s+0～3mm；h=0.8s，W=0.8d；L=0.5～2.0mm；R≥0.8mm b）壁厚s>4mm，流道直径d_i=s+1～2mm；h=0.8s，W=0.8d；L=0.5～2.0mm；R≥1.0mm

2）重叠式浇口。侧浇口开设在塑件端面的边缘（见图1-24），可避免熔体从浇口射出，在大型腔中产生喷射现象，尤其适用于低黏度物料，使熔体有序推进。浇口深度h、宽度W及长度L₁可按前侧浇口的确定方法计算。其浇口总长度L=L₁+L₂，其中

式中 L₂——重叠长度（mm）；

h——浇口深度，按式（1-4a）计算；

W——浇口宽度，按式（1-4b）计算。

3）扇形浇口（见图1-25）。扇形浇口是侧浇口的一种改进型。扇形浇口从流道起向型腔扩展成扇形，深度逐步由深至浅。浇口的截面积S应视为常数。塑料熔体可在较大范围注入，所以这种浇口适用于大面积薄壁塑件。扇形浇口呈现扩展形，使注塑时流痕很小，注塑件取向变形也小。使用扇形浇口注射着色塑料时，外观色泽一致。除黏度较高的物料外，一般塑料均适用扇形浇口。

图1-24 重叠式浇口

图1-25 扇形浇口

浇口有较长长度，L=0.7～2.0mm或更大。先按式（1-4a）和式（1-4b）决定平均深度h和宽度W，计算浇口的平均截面积S，然后根据流道直径d和最大宽度W₂，求出它们对应的深度h₁和h₂，即

式中 S——浇口的平均截面积（mm²）；

h、W——分别为由式（1-4a）和式（1-4b）计算的平均深度和宽度（mm）；

h₁、h₂——分别为浇口的始端和型腔注入端深度（mm）；

d——流道直径，即浇口始端宽（mm）；

W₂——浇口型腔端宽度（mm），常取40mm左右。

为补偿扇形扩展时两侧流程增大所造成的压力损失，浇口深度h从中心线起向两侧逐步加深至h′，常取h₁和h₂的平均值。

[例] 尺寸为150mm×100mm×3mm的PS平板，流道直径d=10mm。试设计扇形浇口。

[解] 参量计算：

平均深度 h=Ns=0.6×3mm=1.8mm

浇注体积 V=150mm×100mm×3mm=45000mm³=45cm³

参考表1-1，定充模时间t=0.9s。

体积流量

由式（1-5）计算平均宽度W，得

平均面积 S=hW=1.8mm×2.3mm=4.14mm2

起始深度

型腔端中心深度

扇形两侧深度

4）平缝形浇口。这种浇口又称薄膜浇口。它是由扇形浇口演变而来，充模流动更为均衡，对有透明度和平直度要求、表面不允许有流痕的片状塑件尤为适宜。

平缝形浇口宽度等于或略大于型腔宽度（见图1-26），流道也随之加长，因而切割困难，耗料较多。浇口长度L≥1.3mm，以便于割除。浇口深度h即使对于低黏度熔体也不能小于0.25mm，其深度经验公式为

h=0.7Ns （1-8）

式中，h、N和s的含义和单位同式（1-4a）。

图1-27所示为壁厚s小于4mm的平缝形浇口的推荐设计。对于宽度W>50mm的平缝形浇口，应采用人字形流道。平缝形浇口也可以是重叠式。浇口长度上可以有两个深度h₁和h₂，h₁>h₂，h₁取决于壁厚s。流道直径d要与壁厚s成比例。

图1-26 平缝形浇口

5）圆环形浇口。主要用于圆筒形制品或中间带有孔的制品，如图1-28所示。浇口可置于孔的内侧，也可置于外侧或置于制品的端面上；分流道成圆环布置，其截面为圆形或矩形。浇口为环形缝，一般浇口深度h=0.25～1.6mm。可参照平缝形浇口计算式（1-8）计算深度。浇口长度可取L=0.75～1.0mm。h过小和L过长，塑料熔体会产生较大的压力降。这种浇口进料均匀，排气容易，制品质量好，但是浇口切除需用冲裁模冲切。

图1-28a所示为盘形浇口。该浇口常用在单型腔的二板模中，制品中无熔合缝。成型型芯为一端固定的悬臂柱体，长径比不小于0.2。浇口也可交叠在端面上，图示交叠长度L₁=Ns，其中N为塑料材料系数，s为塑件的壁厚。图1-28b所示为外环式浇口。该浇口适用于孔径较小的管筒形塑件。型芯可两端支承，保证了壁厚均匀，在环形分流道的末端也应设置冷料井。这种浇口适用于一模多腔的模具结构。图1-28c所示为轴向缝式环形浇口。它与外环式浇口相似，但熔体压力对型芯冲击力最小，更适用于细长的需两端支承的型芯。它的浇口长度L=0.8mm。浇口深度h不宜过小。从流道到浇口有圆弧逐次收拢。

图1-27 壁厚s小于4mm的平缝形浇口的推荐设计

a）平行流道的窄缝浇口 b）人字流道的宽缝浇口 流道直径d_i=1.5s+0～3mm；L₁=0.5～2.0mm；L₂=0.5～3.0mm；h₁=（0.5～0.8）s，或h₁=0.5～2.0mm；h₁<h₂<s；h₁≤L₃<s；W≤50mm

图1-28 圆环形浇口

a）盘形浇口 b）外环式浇口 c）轴向缝式环形浇口

图1-29a所示为盘形膜片浇口，该浇口具有锥角α=90°的圆锥头的型芯，适用于小型的圆筒塑件。图1-29b所示为浇口置于圆筒里的盘形浇口，该浇口适用于具有翻边的圆筒注塑件。

图1-29 盘形浇口的设计

a）盘形膜片浇口 b）内置的盘形浇口 壁厚s≤4mm，流道直径d_i=1.5s+0～3mm；壁厚s>4mm，流道直径d_i=1.5s+1～3mm；L=1～3mm；h=（0.5～0.8）s；d′≈s；α≤90°；R≤0.5mm

6）轮辐式浇口。轮辐式浇口的适用范围类似于圆环形浇口。它把整个圆环改成了几段小圆弧进料（见图1-30），这样不但去除浇口方便，减少浇口凝料，而且还由于型芯上部得以定位，增加了型芯的稳定性。缺点是制品上带有若干条熔合缝，影响制品的力学性能。浇口长度L=0.8～1.8mm，浇口深度h和宽度W可参照侧浇口计算式（1-4）设计计算。每个浇口宽度W=1.6～6.4mm，小于分叉流道直径。

图1-30 轮辐式浇口

图1-31 护耳式浇口

7）护耳式浇口。对难于成型的或有光学性能要求的制品，为从制品上除去聚集有残余应力的部分，可采用图1-31所示的护耳式浇口。它容许浇口附近产生缩孔，能有效地防止喷射流动，提高制品内在质量。护耳尺寸为：宽度W=d_i，深度h=（0.8～0.9）s，长度L=1.5d_i。护耳一般选在塑件的较厚部位，必要时可有多个护耳。

6.小浇口

小浇口包括点浇口、潜伏浇口和爪形浇口，属于限制型浇口。

1）点浇口。点浇口全称为针点式浇口，俗称小水口。其具有如下优点：

①可大大提高塑料熔体剪切速率，表观黏度降低明显，致使充模容易。这对PE、PP、PS和ABS等对剪切速率敏感，即非牛顿指数小的熔体更加有效。

②熔体经过点浇口时因高速摩擦生热，熔体温度升高，黏度再次下降，致使流动性再次提高。

③能正确控制补料时间，无倒流之虞；有利于降低塑件特别是浇口附近的残余应力，提高了制品质量。

④能缩短成型周期，提高生产率。

⑤有利于浇口与制品的自动分离，便于实现塑件生产过程的自动化。

⑥浇口痕迹小，容易修整。

⑦在多型腔模中容易实现各型腔均衡进料，改善了塑件质量。

⑧能较自由地选择浇口位置。

点浇口按使用位置关系可分成两种。一种是与主流道直接接通，整个点浇口如图1-32a所示，称为菱形浇口或称为橄榄形浇口。由于熔体由注射机喷嘴很快就进入型腔，故这种点浇口只能用于对温度稳定的物料，如PE和PS等。另一种也是使用较多的是经分流道的多点进料的点浇口，如图1-32b所示。对于冷流道系统的点浇口使用，必须采用双分型面的模具结构。浇注系统凝料和注塑件由不同分型面取出。此类注射模也称三板式注射模，与单分型模具相比，三板式注射模在定模边增加了一块可往复移动的型腔板。此板也称为型腔中间板或流道板。热流道注射模无需取出浇注系统的凝料，避免了采用双分型面的模具结构，简化了模具。热流道系统使用最多的是点浇口，现已发展成针尖式浇口的喷嘴。

每个点浇口的注塑量小于500cm³，流量小于300cm³/s，都用于壁厚小于3mm的注塑件。点浇口的孔径d常见为0.5～1.8mm，圆柱孔长L=0.5～0.75mm。它可使熔体流经剪切速率达到。由于塑料熔体的剪切变稀的性能，大多数塑料流经点浇口时，熔体黏度下降至10Pa·s左右。

点浇口的引导圆锥孔有两种形式：一种是直锥孔（见图1-32c），它的阻力小，适用于含玻璃纤维的塑料熔体；另一种是带球形底的锥孔（见图1-32d），它可延长浇口冻结时间，有利补缩。点浇口引导部分的长度一般为15～25mm，有12°～30°的锥角，与分流道间用圆弧相连，在点浇口与塑件表面连接处有90°～120°的锥角，高为0.5mm的倒锥，使点浇口在拉断时不损伤塑件。点浇口附近充模剪切速率高，固化残余应力大。为防止薄壁塑件开裂，可将浇口对面的壁厚局部适当增加，如图1-32a所示。

图1-32 点浇口

a）单型腔单个棱形点浇口 b）多点进料注射一个型腔 c）直锥孔引导，与塑件表面连接处带有倒锥 d）带球形底的引导锥孔，有倒锥

对于单型腔单个点浇口，可用牛顿流体的圆管道的剪切速率计算式。以代入后，估算点浇口直径，有

式中 Q——流经点浇口的体积流量（cm³/s）；

V——单点单型腔的注射量（cm³）；

t——注射机对模具的注射时间（s），用式（1-1c）计算或查表1-1。

对于一模多腔或多个点浇口注射一个型腔，可用非牛顿流体的圆管道的剪切速率计算式（1-2）。以代入后，估算点浇口直径d_i，有

式中 q_i——每个点浇口的体积流量（cm³/s），用式（1-1）计算；

n——塑料熔体在时的流动指数，从流变曲线上查找并计算，或

近似参照表3-1和表3-2。

图1-33所示为壁厚小于3mm时点浇口的改进设计。考虑浇口倒锥，注塑件凹坑和局部加厚，以使点浇口在注塑件表面上痕迹最小，并保证浇口附近区域的成型质量。

点浇口的缺点有：①必须采用双分型面的模具结构；②不适合高黏度和对剪切速率不敏感的塑料熔体；③不适合厚壁塑件成型；④要求采用较高的注射压力。

冷流道系统点浇口的圆柱孔长L=0.5～0.75mm，其直径d一般为0.5～1.8mm。注射点的注射量越大，塑料熔料黏度越高，浇口的直径应越大。热流道系统维持了流道的注射温度，有利于压力传递，点浇口直径较大。热流道的顶针式喷嘴上的点浇口直径一般为0.5～3.0mm，单点注射量高达500cm³以上。

图1-33 壁厚小于3mm时点浇口的改进设计

a）加设浇口倒锥 b）壁厚加厚0.5s c）壁厚s=2～3mm时，凹坑中设点浇口 d）壁厚s<2mm时，沉坑中设点浇口

注：浇口直径d=（0.5～0.8）s，或d=0.8～2.0mm；倒锥长L₁=0.2～0.5mm；浇口长L₂=0.5～1.0mm；α>5°。

有多种结构的针尖式浇口的喷嘴。喷嘴的浇口有的在喷嘴壳体上，有的加工在模板上。这类开放式的浇口由热力控制闭合，浇口的口径和结构、浇口区的温度控制更为严格，必须适应各种塑料熔体的热性能，必须可靠地保证连续注射生产。

2）潜伏浇口。潜伏浇口也称隧道浇口或剪切浇口。它是点浇口在特殊场合下的一种应用形式，具备点浇口的一切优点，因而已获广泛应用。潜伏浇口潜入分型面一侧，沿斜向进入型腔，这样在开模时不仅能自动剪断浇口，而且其位置可设在制品侧面、端面和背面等各隐蔽处，使制品外表面无浇口痕迹。采用潜伏浇口，可将三板式模具结构简化成两板式模具。它的浇口尺寸可参照点浇口的计算方法确定。

图1-34所示为带引导锥和顶杆里侧的潜伏浇口。潜伏式浇口以注塑件壁厚s决定流道和浇口位置及浇口尺寸，适宜注射壁厚在4mm以下的注塑件。图1-34a所示的浇口注入截面为椭圆形，这种浇口容易与塑件剪切分离，浇口痕迹小。图1-34b所示的浇口注入截面为梯形，这种浇口引导锥有较好的强度，可避免在锥孔中被拉断，但浇口痕迹大。图1-34c所示为利用顶杆通道的潜伏浇口，它是从塑件里侧的顶杆注入熔料。

引导锥角β和引导锥斜角α如图1-34所示。引导锥角β较大时，较粗大的引导锥体可使芯部保持高温，在开模时还具有较好弹性，并可承受较大弯曲力。对硬质脆性塑料取较大β角。引导锥位置斜角α越大，越容易拔出浇口凝料，但是注塑件剪断浇口较难。因此，对硬质脆性材料取α=30°；对黏弹性好的塑料，取α=45°。

图1-34 壁厚小于4mm时带引导锥和顶杆里侧的潜伏浇口

a）椭圆浇口头 b）梯形浇口头 c）顶杆里侧

注：流道直径d_i=1.5s+0～3mm；浇口直径d=（0.5～0.8）s，或d=0.8～2.0mm；L₁≥1.0mm；L₂=10～20mm；R≥3mm。

图1-35所示为圆弧形潜伏浇口。对扁平注塑件，它从内侧进料。这种浇口仅适用于黏弹性好的塑料。此种浇口的加工较困难。

3）爪形浇口。爪形浇口是轮辐式浇口和点浇口的一种变异形式，如图1-36所示，其分流道和浇口不在一个平面内。它适用于内孔较小的管状制品及同心度要求高的塑件。由于型芯的顶端伸入定模，起到定位和支承作用，故避免了型芯的偏移和弯曲。它既可设计成点浇口，也可设计成矩形浇口。

图1-35 壁厚小于4mm时圆弧形潜伏浇口

注：流道直径d_i=1.5s+0～3mm；浇口直径d=（0.5～0.8）s，或d=0.8～2.0mm；止端直径d′≥d+0.5mm；L₁≥30mm；L₂=2mm；β=5°～8°；；α=30°～50°。

图1-36 爪形浇口

7.直接浇口

直接浇口（见图1-37）又称为主流道型浇口或中心浇口，简称直浇口，俗称大水口。直接浇口的优点甚多。用直接浇口注射时以等流程充模，浇注系统流程短，压力损失和热量损失小，且有利于补缩和排气。因此，注塑件外表无可见的熔合缝，而且浇注系统凝料少，所以它常被用来注射大型厚壁长流程制品及一些高黏度的塑料。

直接浇口的设计可参考前节有关主流道的设计。直接浇口与塑件连接处的直径如果不够大，会使熔体流动摩擦剧增，产生暗斑和暗纹；如果直径太大，则冷却时间过长，流道凝料多，易产生缩孔。

直接浇口的缺点是塑件上残留痕迹较大，切除困难。可将直接浇口设计在注塑件的里侧，如图1-37b所示。但这样会使塑件留在定模边，需设置倒装脱模机构。直接浇口在注射压力过大时，浇口周围的残余应力颇大，使得制品的浇口部位会有裂纹，使用过程中容易破损，因此常用4～8个点浇口成型薄壁的容器。

有直接浇口的喷嘴在热流道系统中常用，不过直接浇口的长度较短，可以采用有多个直接浇口的喷嘴来注射成型大型制品。

图1-37 直接浇口

a）直接浇口注射深腔壳体 b）倒装壳体注射