针尖式喷嘴热补偿方案

热补偿是指室温下制造喷嘴时考虑高温工作尺寸的热膨胀，预测补偿量。热流道喷嘴的结构种类繁多，这里分析三种针尖式喷嘴的热补偿。整体式喷嘴带有浇口套时，一种是导流梭与喷嘴壳体有相同材料的结构；一种是材料不同的结构；还有一种是部分式喷嘴，浇口设在定模板上。

图5-50 两种新型导流梭

a）一个腹板支撑 b）螺旋条腹板

（1）整体式喷嘴热膨胀的补偿 图5-51所示为整体式导流梭针尖分喷嘴结构。浇口套3直径为d，C为定位基准。浇口区温度高于定模板的温度。浇口套热膨胀伸长后，如果浇口套缩在定模的成型面内，塑件表面将会留下凸起的浇口套的痕迹。相反，浇口套如果伸出成型面，则注塑件上会留有浇口套的凹痕。

室温下喷嘴的长度为

L_t=L_g-ΔL=L_g[1-α（T_z-T_m）] （5-12）

式中 L_t——考虑热补偿后室温下喷嘴的长度（mm）；

L_g——注射时喷嘴的长度（mm）；

α——喷嘴材料的线膨胀系数（℃^-1），钢材的线膨胀系数为（11～13）×10^-6℃^-1，见表5-17；

T_z——喷嘴的温度（℃）；

T_m——定模温度（℃）。

定模板在注射生产时也产生热膨胀，常用定模板温度T_m代入式（5-12）计算。由于定模板低温的冷却作用，喷嘴的温度T_z常略低于塑料熔体温度T_f。

图5-51 整体式导流梭针尖分喷嘴结构

1—喷嘴套壳 2—加热线圈 3—浇口套 4—导流梭 5—浇口 C—分喷嘴的定位基准 D—冷却水管

表5-17 热流道系统中常见材料的线膨胀系数α （单位：10^-6℃^-1）

[例1] 对某注射聚丙烯PP的热流道模具喷嘴进行热补偿计算。取喷嘴的温度T_z=240℃，定模板温度T_m=40℃。定位基准C以下喷嘴套壳和浇口套长L_g=200mm。中碳合金钢的线膨胀系数α=12×10^-6℃^-1。室温下的喷嘴长度为L_t（mm）

L_t=L_g[1-α（T_z-T_m）]=200×[1-12×10^-6×（240-40）]mm=199.52mm

图5-52 喷嘴与导流梭顶针尖的热伸长

a）室温或装配温度 b）工作温度 1—导流梭 2—喷嘴套壳 C—定位基准

（2）导流梭与喷嘴套壳不同材料时的热补偿量 图5-52所示的整体喷嘴带有浇口套，且用导热性较好的铍青铜制造的导流梭针尖。钢制的喷嘴套壳和针尖的材质不同，受热后热膨胀量有差异。室温下装配时，导流梭针尖制造长度比浇口套要短，即L_tCu<L_gCu，如图5-52a所示。需要计算喷嘴套壳和针尖两者各自的热补偿量。室温下喷嘴设计的工作长度L_g为喷嘴部分长L_gFe与导流梭长度L_gCu之和，即

L_g=L_gFe+L_gCu （5-13）

根据钢喷嘴套壳与导流棱铜棒两者工作时热膨胀位置应相同，有

式中 L_tCu——导流梭针尖考虑热补偿后室温下长度（mm）；

L_gCu——喷嘴套壳考虑热补偿后室温下长度（mm）；

T_r——室温，T_r=20℃；

T_f——塑料熔料的注射温度，也即针尖的工作温度（℃）；(www.xing528.com)

α_Cu——导流梭材料的线膨胀系数（℃^-1），见表5-17；

α_Fe——喷嘴套壳材料的线膨胀系数（℃^-1），见表5-17。

[例2] 已知条件同本节的例1，聚丙烯熔体温度T_f=280℃。参考图5-52b，喷嘴壳体工作时总长分成两部分，即L_Cu=40mm和L_Fe=160mm。导流梭所在的喷嘴套壳在室温下的长度为

L_gCu=L_Cu[1-α_Fe（T_z-T_m）]=40×[1-12×10^-6×（240-40）]mm=39.904mm

导流梭用铍青铜制造，查表5-18，α_Cu=17×10^-6℃^-1。由式（5-14），求得补偿后的导流梭针尖制造长度L_tCu为

铍青铜导流梭的补偿量较明显，若不补偿，则导流梭的尖端可能会与浇口孔产生干涉。再计算没有导流梭的喷嘴套壳部分在室温下的长度L_gFe，即L_gFe=LFe[1-α_Fe（T_g-L_m）]=160×[1-12×10^-6×（240-40）]mm=159.616mm

由式（5-11），喷嘴壳体在室温下的总长度应为

L_g=L_gFe+L_gCu=159.616mm+39.904mm=199.52mm

在室温下装配时，喷嘴套壳的总长度L_g=199.52mm，比工作温度下的设计长度200mm短0.48mm，若不考虑热补偿，就会在塑件表面留下浇口套的压痕。此时铍青铜顶针尖应从浇口套缩进L_gCu-L_tCu=0.074mm，以保证加工温度下，浇口环隙畅通。

（3）针尖式喷嘴设在定模板上时导流梭针尖的热补偿 图5-53所示的喷嘴有导流梭，但浇口设在定模板上，针尖的温度达到熔体注射温度时，如果针尖的热补偿不合适，会出现顶针尖与模板上浇口端面不一致，影响浇口流通环隙的大小，改变针尖式浇口处的压力损失，也影响针尖式浇口的热闭合状态。

图5-53 浇口设在定模板上的分喷嘴结构

1—喷嘴套壳 2—加热线圈 3—导流梭针尖 4—针尖螺套 5—定模板 6—冷却水孔 ΔL_Cu—针尖的热补偿量 ΔL_Fe—喷嘴套壳的热补偿量 C—喷嘴的定位基准面

分别求出喷嘴套壳和针尖的材料不同时的伸长量，有

ΔL=ΔL_Cu+ΔL_Fe （5-15）

导流梭长度L_Cu通常比喷嘴套壳长度L_Fe短，以减小流动阻力。计算顶针尖热膨胀量时，温度用熔体温度T_f代入。喷嘴套壳用钢制造，导流梭用铍青铜制造。分别求出ΔL_Fe和ΔL_Cu的热补偿量，有

ΔL_Cu=L_Cuα_Cu（T_f-T_m） （5-16）

ΔL_Fe=L_Feα_Fe（T_z-T_m） （5-17）

[例3] 已知条件同本节例1和例2。参考图5-52b和图5-53，在注射工作时导流梭长L_Cu=40mm，喷嘴无针尖部分长L_Fe=160mm。

针尖热补偿量ΔL_Cu为

ΔL_Cu=L_Cu·α_Cu（T_f-T_m）=40×17×10^-6×（280_-40）mm=0.16mm

喷嘴套壳热补偿量ΔL_Fe为

ΔL_Fe=L_Feα_Fe（T_z-T_m）=160×12×10^-6×（240-40）mm=0.38mm

总热补偿量ΔL为

ΔL=ΔL_Cu+ΔL_Fe=0.16mm+0.38mm=0.54mm

在图5-53所示喷嘴的浇口处，室温下装配时针尖应从浇口表面上缩进ΔL距离，否则，在加热温度下，会影响浇口流通环隙，严重时针尖将堵死浇口。

在图5-53所示的针尖螺套与定模板之间应留有间隙ΔL_Fe。从C面距该间隙长L=190mm，经计算，有

ΔL_Fe=Lα_Fe（T_z-T_m）=190×12×10^-6×（240-40）mm=0.456mm

间隙ΔL_Fe应大于等于0.456mm。若间隙ΔL_Fe过小，则喷嘴壳体热伸长时会产生很大应力。热应力会使喷嘴套壳体弯曲变形，造成浇口腔中塑料熔料反喷泄漏，甚至会导致加热器受挤压损坏。另外，图5-53中的针尖螺套4与定模板上的圆柱配合面是防止熔体泄漏的密封面，轴向长度应有3～5mm。