如何设计不同类型的喷嘴？

热流道喷嘴有主流道单喷嘴或称单喷嘴，有注射点的喷嘴，称分喷嘴。许多场合，购置的注射点的喷嘴，没有浇口套，由模具制造者将浇口制造在定模的分型面上。

1.要求和分类

（1）喷嘴加热、绝热和注射工作的基本要求

①喷嘴的加热温度分布特性应该接近直线；浇口区的温度控制合理；浇口的熔体热力闭合稳当或机械闭合可靠。

②热喷嘴与冷模具之间绝热良好。

③熔料从模具的浇口位置分离，要清洁，且重现稳定；浇口是喷嘴或型腔的一部分，布置在热流道系统的重要临界位置；浇口熔料不应该有任何下垂和流涎。

④在喷嘴与流道板之间应保持无泄漏；喷嘴与模板间的密封也应无泄漏。

（2）喷嘴分类

1）加热类型。喷嘴有外部或内部加热，或者两者都使用的混合加热，也有用流道板加热。主流道喷嘴还可利用注射机的喷嘴加热。

喷嘴外壳与模板孔之间的大部分面积用空气隙绝热；为防止喷嘴的顶针区对模具的热扩散，用塑料皮层做绝热仓；在喷嘴与模具的接触部位，用不锈钢、钛合金或陶瓷材料绝热；在满足强度和刚度的前提下，使接触面积最小。

2）功能分类。如果主流道喷嘴直接注射塑料进型腔或者冷流道，称为主流道单喷嘴。它有各种输出的浇口。主流道喷嘴与注射机的喷嘴直接作用，并与流道板的流道相通，称为中央喷嘴。流道板下游的注射点喷嘴，称为流道板喷嘴或分喷嘴。

3）浇口的类型区分。热流道行业以浇口的类型来命名喷嘴，有直接式喷嘴、顶针式喷嘴和针阀式喷嘴等。

4）注射点的数目。流道板上有二至八个甚至更多喷嘴。使用多个喷嘴时，随着喷嘴的数目减少和流道板的缩小和免除，能使热流道系统的成本下降。多浇口的喷嘴，例如双浇口的边缘喷嘴，可方便安置多型腔的小型注塑件的浇注。多个浇口的喷嘴称多点喷嘴。

5）浇口布置和喷嘴的壳体。将带浇口套的喷嘴称作整体式喷嘴，主要用于结晶型塑料注射成型。喷嘴上有完整浇口将物料浇注到模具的型腔。喷嘴的端面是型腔的组成部分，不带浇口的喷嘴被称为部分式喷嘴，主要用于无定形塑料注射成型。

2.主流道单喷嘴

主流道单喷嘴的相关部件也称为主流道杯。热流道单喷嘴的注射模结构如图12-46所示。这类单喷嘴可有多种浇口的形式。图12-46a为直接浇口。直接浇口的单喷嘴允许有较长较粗的塑料熔体的通道。在塑料上留有较大直径的料柄。

图12-46 主流道单喷嘴

a）直接浇口的单喷嘴 b）顶针式浇口的单喷嘴 1—定位圈 2—热电偶 3—加热器 4—定模固定板 5—定模板

直接式浇口的单喷嘴，浇口有锥度，便于脱出又长又粗的料柄。它能注射有较长的流程比的大型深腔的壳体，如桶、箱座等。主流道喷嘴通道中，熔体传输的压力损失较小，又没有分流道。此种单个中央的正面浇口，成型的壳体取向良好，又无熔合缝。

这种喷嘴有粗大的料柄，且根部塑料有气泡和凹陷，需要机械切割去除，又留下很大的疤痕。由于浇口根部凝料粗大，还须延长冷却时间和注射周期，在成型平板制品时，易产生扭转状的翘曲变形。

为了避免注塑件表面有颇大的痕迹，往往将壳体倒置，从壳体的里侧注射成型；也推荐使用直接浇口的主流道单喷嘴，让其下游是冷流道系统，分叉后注射多个型腔；或再经分流道后，以多点注射成型较大壳体，这样可便于分配熔料和缩短流程。

图12-46a所示直接浇口的主流道单喷嘴属于开放式的喷嘴。按塑料熔体的注射量和黏度，选定浇口口径。开放式喷嘴容易清洗，不易堵塞，被推荐加工回头料、高黏度熔料及高充填填料的塑料。

图12-46b所示的主流道单喷嘴，属于整体式管道型顶针式喷嘴。塑料熔体从喷嘴流道，经顶锥壳上2～3个小孔中射出。由于顶针尖作用，塑料熔体在环隙截面中射入型腔，有助于防止浇口上产生拉丝。顶针将熔体引入到浇口，浇口温度容易控制，也适用于热敏性的塑料注射在制品上的浇口残留料头少，浇口越小，痕迹越小。标准系列顶针式喷嘴的浇口直径为1～2mm。但是顶针的存在，使塑料熔体经历分流并在窄环隙中流动，增加了流动阻力和压力损失。倘若有1kg以上的过大注射量；或0.3m以上的过长的喷嘴，容易使熔体过热分解。

图12-47 气动针阀式主流道单喷嘴装配图

1—气缸上盖 2—主流道加热器 3—主流道杯 4，8，12—耐磨密封圈 5，9，10，11—橡胶密封圈 6—气缸活塞 7—流道密封圈 13—气缸下盖 14，22，23—内六角螺钉 15—止转销钉 16—喷嘴加热器 17—喷嘴 18—开关柱销 19—弹簧挡圈 20—喷嘴热电偶 21—气缸缸体 24—主流道杯热电偶 A、B、C、D—熔体可能泄漏部位

还有针阀式主流道单喷嘴。如图12-47所示是气动针阀式主流道喷嘴。塑料熔体由注射机喷嘴射入后，经此单喷嘴充填模具型腔。这种喷嘴的浇口痕迹小。独立加热和热电偶保证合理的加热功率和精确的温度控制。气压驱动单喷嘴，安装和操作简单方便。带有锥度的浇口，其孔径为2.5～8mm。圆柱孔的浇口有8～20mm的口径，适合加工大型和深腔的壳体。

3.直接式分喷嘴

图12-48所示为直接式分喷嘴，能维持较高的浇口温度和防止过早冻结。直接浇口本身的压力降较小，能较好地传递保压压力，对注塑件有较好的补缩，可用于注射长流程、厚壁和深腔的注塑件。

直接浇口的整体式喷嘴，热流道的浇口直径为2.7～8.0mm。喷嘴头与模具孔的接触配合接触长度为5～6mm，也可增加长度15～30mm。接触配合长度决定浇口区的热传导速率。浇口越长就越容易冻结。对于快速结晶塑料，浇口有2～3mm长已经足够了；对于无定形和慢结晶塑料特别是浇口直径为6mm以上时，就需要更长的接触长度。喷嘴头要增强热传导面积，加强对直接浇口的冷却。

图12-48 直接式分喷嘴的结构

1—密封圈 2—热电偶 3—加热器

4.顶针式分喷嘴

此种喷嘴在制品上残留物痕迹很小，而且注射无定形和结晶型塑料都可应用。它由热顶针将塑料熔体引流到浇口。浇口的温度容易控制，便于热敏性塑料的注射。在浇口中央的顶针有助于防止熔料拉丝和流涎。它有较小的浇口直径（0.8～3mm），对很小的制品，可用约0.5mm直径的浇口。

缺口敏感的塑料，像无定形的PC、PMMA和PS塑料，快结晶的PA、POM和PEEK及玻璃纤维高含量塑料，浇口的边缘应是锐利的，可选用较大直径（1～3mm）的浇口，拉断浇口废料时有清晰的断面。对缺口不敏感的塑料像PE、PP、PVC及热塑料弹性体TPE，不会得到齐整的浇口断面。为得到美观的制品外表，浇口直径应尽可能限制在0.5～1mm。顶针式喷嘴不推荐注射对剪切速率敏感的塑料，包括含有阻燃剂或有机染料的塑料。浇口里的环形间隙小，有温度上升和物料分解的可能。

图12-49 管道顶针式分喷嘴的结构

1—密封圈 2—热电偶 3—加热器

顶针可分为两类：管道顶针和鱼雷顶针。

图12-49中所示的为管道顶针。塑料熔体经顶针的管道，在顶管的圆锥尖顶上，从几个斜孔中流出。顶管被直接外加热。顶管用铍铜制造，表面可镀铬。顶管圆锥头与浇口间有半圆形凹坑作为绝热仓。图12-49所示属于不带浇口套的喷嘴，浇口是在模板上，绝热仓的皮层尚可清除，故应用较多。

顶管的顶针尖伸出较长，顶针尖的伸出长为9.3～20mm。浇口制造在模具上能被充分冷却。它属于低温浇口，适合于无定形塑料。顶管头将熔料分流，经浇口进入型腔后重新汇合。对于加工ABS、热塑性弹性体和添加过金属或珠光颜料的塑料，有可能在制品表面形成可见的熔合缝。

图12-50中所示的是热传导的鱼雷顶针。位于流道中央的鱼雷顶针，被塑料熔体传导加热。喷嘴壳体被线圈加热。鱼雷顶针使熔体在窄环隙中流动，增加了阻力和压力损失。倘若注射量超过1kg，或喷嘴长超过0.3m，常会出现塑料熔体过热分解和变色。

图12-50a所示属于带浇口的整体式喷嘴。顶针尖和浇口孔的位置精度有保证。但常在注塑件表面上留下浇口套的痕迹。热传导鱼雷顶针很短小，便于用肋条固配在绝热套上。喷嘴体用耐热钢4Cr5MoSiV1、H13（美）制造。绝热套用不锈钢或钛合金制造。顶针用4Cr13制造，耐磨耐蚀，顶尖硬度为50HRC。中空部分嵌入导热铜芯后封上顶尖。绝热套和顶针可以更换。喷嘴与模板之间至少2mm的空气间隙用于绝热。

图12-50b所示不带浇口的顶针式喷嘴，属于部分式喷嘴，浇口在模具内。由模具制造企业按热流道公司推荐尺寸加工。浇口区域可充分冷却，温度较低，用于注射无定形塑料和慢结晶的PE和PP塑料。如果浇口孔仓过大，可能有少量滞留皮层，可以拆卸喷嘴，清洗浇口。

5.针阀式分喷嘴

（1）结构和应用 图12-51所示是气动的针阀式喷嘴，也称开关式喷嘴。熔料经流道板分配给各注射点，实现大型注塑件的多点注射，或者一模多腔成型。气缸安装在定模固定板中，阀针柱销穿越流道板。喷嘴有带浇口或不带浇口的。常用浇口直径为2～8mm，最大可以达到20mm。多个针阀式喷嘴适用于时间顺序控制注射，可对各注射点喷嘴分别安排各自的注射保压时间，从而控制各股料流的注射和保压，能控制熔合缝位置或消除熔合缝。

针阀式分喷嘴在热流道系统应用有四个方面的优势：

1）可确保在塑料制品固化中准确控制柱销闭合浇口；可以确保各个喷嘴在保压后有时间一致的浇口闭合；常可使注射循环时间减少；也使一模多腔的各注射点的计量一致。

图12-50 鱼雷顶针式分喷嘴结构

a）整体式喷嘴 b）部分式喷嘴 1—密封圈 2—热电偶 3—加热器

图12-51 气动的针阀式分喷嘴的装配图(www.xing528.com)

1—定模固定板 2—盖板 3—挡圈 4—缸盖 5、15—密封圈 6—耐磨密封圈 7—压紧螺钉 8—活塞 9—缸体 10—流道板止转销 11—承压圈 12—流道板 13—阀针柱销 14—导套 16—喷嘴止转销 17—喷嘴体 18—加热器 19—定模板 20—浇口导圈

2）在制品上无废料残留，仅有柱销留下的圆柱标记能满足制品表面高质量的需求；浇口不存在流涎和拉丝。

3）有较大的浇口通道，因此可用于低剪切阻抗或对剪切敏感的塑料注射。

4）适合大型塑料制品的注射，以较低保压压力，获得残余应力较低的制品。

有些因素限制了针阀式分喷嘴的使用。使用液压缸或气动缸，需要额外的安装位置；需要对驱动缸附设控制系统。过长的阀针柱销，曲折的环隙流道，会使喷嘴中的流程压力增加。高温下的聚合物分子降解后，产生的污垢会进入间隙，使柱销卡死，流道烧结。因此喷嘴失效时，不能提高温度和增加注射压力，否则会导致各种泄漏等危害。

针阀式喷嘴的浇口结构，有部分式和整体式两大类型。图12-51所示的部分壳体式喷嘴，浇口开设在模具上。它的浇口区温度较低，但不至于冻结浇口中的熔料，适用于无定形塑料的注射。如果加工结晶型塑料，浇口里会较早地出现冻结皮层，妨碍阀针插入闭合，还会将浇口凝料推入到注塑件的表面。整体壳体式的喷嘴，其浇口孔座由喷嘴的加热器加热，适用于结晶型塑料的注射。

图12-52所示是带浇口套的针阀式分喷嘴。与图12-51的结构相比，为提高工作可靠性和使用寿命，有三方面的改进设计。

1）柱销12与分流道在同一通道中。喷嘴的入口端面与流道板密合较好，不易漏胶。

图12-52 带浇口套的针阀式分喷嘴

1—定模固定板 2—缸盖 3—密封橡胶圈 4—耐磨橡胶圈 5—活塞 6—压紧螺钉 7—缸体 8—承压圈 9—导套 10—流道板 11—分流道 12—阀针柱销 13—喷嘴体 14—加热器 15—引导滑套 16—定模板 17—浇口套

2）如图12-52所示阀针柱销12用引导滑套15导向。它增加了阀针滑动支承，减小阀针的弯曲变形，保证了阀针柱销在闭合时对浇口有精确对准，明显提高了浇口的强度和寿命。

3）为了提高喷嘴轴线上阀针12与导套9、引导滑套15和浇口套17的同轴度，减小由于流道板的横向膨胀造成的阀针弯曲变形，如图所示的承压圈8，用径向间隙补偿流道板的横向热伸长和浇口中心线的误差，而用导套9的紧压端面封胶。

针阀式喷嘴的浇口结构，还分为圆柱筒口和圆锥筒口两种（见前节所述）。阀针柱销有圆柱头和锥销头。圆柱头与浇口孔的配合间隙要求很高，注塑件表面的浇口痕迹较明显，浇口附近制件质量较差。锥销头的轴向位置调节很重要，注塑件表面的痕迹较浅。由于闭合封胶可靠，应用日益增多。

（2）柱销的驱动 阀针柱销的驱动有气动和液压两种。弹簧驱动的阀针已经很少采用。液压或气动喷嘴的阀针，都需独立控制。它们都需要较大空间来安装缸体。通常缸体设置在定模固定板上。图12-52所示为气动的针阀式喷嘴。它比液压驱动简单，通常不需要对气缸冷却。但气缸活塞产生的作用力比液压的要小许多倍。气动和液压传动介质的压力见表12-10。常用管道气压为0.6MPa。气动针阀式喷嘴主要用于低压注射的低黏度塑料。它有较清洁的生产环境，没有油雾和漏油。可以有比液压更高的加工温度。

表12-10 气动和液压驱动针阀式喷嘴柱销的压力值

液压驱动的针阀式喷嘴，需专门液压泵或注射机的液压油推动液压缸的活塞。油压通常是3～6MPa。控制油路由压力阀和流量阀组成。通常利用注射机的控制系统联结液压缸的控制油路。开始注射的信号用来开启浇口里的柱销。保压结束的信息，用来关闭浇口。柱销在流道板的流道里直线运动。温度变化会引起柱销偏移和弯曲。液压缸的温度不能超过80～100℃。温度过高会引起漏油。

阀针的导向导套装在喷嘴中，让流道Z字形拐弯供料。柱销与导套需高精度研磨，要在300℃的操作温度下，能保证单边有约3μm间隙。阀针应该能运动自如。此间隙能防止一般塑料熔体泄漏。但对一些低黏度的熔料，单边间隙要求为2μm，单向间隙的三次方与泄漏量成正比。阀针柱销的表面硬度为54HRC以上，保证有足够抗磨蚀性能，常用4Cr5MoSiV1、H13（美）钢制造，与浇口的配合段作表面渗氮处理。注射有无机填料的塑料，需要柱销有更高的抗磨性能。阀针柱销用DIN（德）1.2343（X38CrMoV51）制造，表面镀15～20μm镍层防腐蚀。再涂1～5μm氮化钛TiN，提高耐磨性和降低黏附。有高耐磨性要求的阀针用高速钢，例如SKH51（日）制造，硬度为59～63HRC。导套用Co-Cr-W硬质合金制造。导套孔内挖1～2个周向凹槽，形成环形密封。

（3）阀针柱销直径

1）对于气压驱动，浇口为圆柱头闭合。气缸活塞直径D=90mm，喷嘴内熔体的注射压力p _j=100MPa，柱销直径d=4mm，试求柱销克服注射压力所需的闭合气压p。

平衡状态时，活塞闭合力等于熔料注射反力

求得气动压力

需要大于0.2MPa气压，就能推动柱销闭合。

2）对于气压驱动，浇口为圆锥头闭合。如果气缸活塞直径D=90mm，驱动气压p=0.6MPa，对于细长的柱销受到浇口锥孔的锁紧力

柱销的圆锥头闭合在浇口，作为固定端。浇口至导套的距离l=120mm。柱销与导套的动配合，作为铰链支承。柱销压杆的长度系数μ=0.707。在锁紧力F作用下

式中钢柱销的弹性模量取300℃时E=186×10³MPa。圆柱柱销的轴惯性矩J为

柱销直径如果出现柱销压杆失稳，弯曲变形使圆锥头与浇口孔产生错位。必须限制浇口至导套的距离l。

3）对于液压驱动，浇口为销锥头闭合。如果液压缸活塞直径D=50mm，驱动液压p=6MPa，浇口处的锁紧力

其余参数同上，由压杆稳定性求得该柱销直径

6.多浇口喷嘴

多浇口喷嘴绝大多数是外部加热的，而且温度是可控制的。一个喷嘴有多个浇口可注射各个型腔，适用一模多腔的注射模。多浇口喷嘴有两类，一类是立式多浇口，另一类是边缘式多浇口。它们的浇口多为开放式小浇口，有三种结构：有绝热仓的开放式浇口、开放接触浇口和顶针式浇口。

图12-53 立式多浇口喷嘴

1—流道板 2—铸造加热器 3—喷嘴中流道分叉 4—可更换的浇口套 5—鱼雷顶针 6—定模板 7—绝热气隙 8—止转销 D_T—浇口间直径间距

（1）立式多浇口喷嘴 图12-53展示了顶端浇注的立式多浇口喷嘴。一个喷嘴有2、3、4或6个浇口。图示连接流道板的多浇口喷嘴，其浇口套4可以更换。浇口开设在定模板上，浇口温度较低。因此浇口套前有保温的塑料绝热仓。这种浇口适用于无定形和慢结晶塑料。

（2）边缘式多浇口喷嘴 边缘式喷嘴可用在塑料制品侧壁的浇口位置上。浇口设在型芯侧面，在制品的平壁面、圆柱壁面和转角上。浇口直径为1～2.5mm。浇口不应该在注塑件的厚壁位置上。因为厚壁部位有过大收缩，会牵引浇口熔料，造成过大的废料。同样理由浇口也不应该在注塑件转角的凹面。对于热塑性弹性体，浇口处对注塑件壁面的斜角不超过15°，以获得良好浇口剪断断面，并保证模具壁厚强度。

边缘式喷嘴不但用做主流道喷嘴，也用于流道板的喷嘴，而且大都是多个注射点，可以减少喷嘴数目。这使一模多腔的小制品的注射较为经济。边缘式喷嘴有两种结构：开放式接触浇口和顶针式浇口。

图12-54 开放式接触浇口的边缘式喷嘴

a）局部视图 b）边缘式喷嘴用于一模两腔成型线盆制品

1）开放式接触浇口。图12-54所示的这种喷嘴直接接触模板上的浇口，因此在浇口区有较高温度。推荐加工结晶型塑料，可以防止浇口过早冻结。图12-54b所示为此种边缘式喷嘴生产浅盆制品。喷嘴的底部有绝热皮层。必须考虑喷嘴的热膨胀，影响喷嘴跟浇口的接触。

2）顶针式浇口。顶针式浇口用于边缘式喷嘴是项新技术。它可以消除喷嘴上出口的冷料。模板上的浇口只有2～3mm厚度。这种喷嘴对于顶针的装配，必须有专门的结构设计。

图12-55a所示，件1、2为专门设计的可镶拼的模块，可向中央推进，让顶针伸入模块，对准浇口。然后用锁紧斜楔3从两侧固紧模块。这种喷嘴适用于PA、PBT和玻璃纤维增强的PC。图12-55b上的铍铜合金的顶针，先用长螺钉4吊在绝热仓里，装好浇口模板后，再吊紧顶针6直到它们进入喷嘴5的键槽并抵达限位；然后用吊紧螺钉3置换安装螺钉4。

图12-55 顶针式边缘喷嘴

a）两腔或四腔的拼合模块 b）吊紧顶针的喷嘴 1、2—拼合模块 3—紧锁斜楔 3—吊紧螺钉 4—安装螺钉 5—喷嘴 6—顶针