塑料模具非平衡布局澆注系統(tǒng)研究

朱永強，何永強，呂 君，鄭鵬飛

（義烏工商職業(yè)技術(shù)學院，義烏 322000）

0 引言

圖1 相同塑件非平衡布局

圖2 不同塑件非平衡布局

澆注系統(tǒng)是連接噴嘴和模具型腔的一個橋梁，其作用是將熔融狀態(tài)的塑料填充到塑模型腔內(nèi)，并在填充及凝固過程中將注射壓力傳遞到型腔的各個部位，而得到所要求的塑件。澆注系統(tǒng)一般由主流道、分流道、澆口和冷料穴四個部分組成。澆注系統(tǒng)的設(shè)計對注射成型效率和塑件的質(zhì)量有直接影響，特別是非平衡布局的。所謂非平衡布局，也就是熔料不能同時充滿各個型腔，這里有兩種情況，一種是同一塑件非平衡布局，如圖1所示，這種情況熔料不能同時充滿型腔是由于主流道到各個型腔的流程不一樣長；另一種是不同塑件非平衡布局，如圖2所示，這種情況是由于型腔不一樣而不能同時充滿。非平衡布局的澆注系統(tǒng)如果不考慮這些情況，肯定會對塑件質(zhì)量產(chǎn)生影響，甚至不合格產(chǎn)品。所以有必要對非平衡布局的澆注系統(tǒng)進行系統(tǒng)的研究。

1 非平衡布局設(shè)計時應(yīng)考慮以下因素

1）塑料成型性能

澆注系統(tǒng)需適應(yīng)所用塑料成型特性的要求，以保證塑件質(zhì)量。

2）塑件大小及形狀

根據(jù)塑件大小、形狀、壁厚及技術(shù)要求等因素，選擇分型面同時應(yīng)考慮設(shè)置澆注系統(tǒng)的形式、進料口數(shù)量及位置、保證塑件正常成型、防止流料直接沖擊嵌件及細弱型芯或型芯受力不均。應(yīng)充分估計可能產(chǎn)生的質(zhì)量弊病和所在部位，從而采取相應(yīng)的措施或預留修理的余地。

3）塑件型腔數(shù)目

應(yīng)考慮到注塑模是一模一腔或一模多腔，澆注系統(tǒng)需要按型腔布局設(shè)計。

4）塑件外觀質(zhì)量

應(yīng)便于去除、修整澆口，且不能影響塑件外表的美觀。

5）注射機安裝模板大小

塑件投影面積比較大時，應(yīng)考慮注射機模板大小是否允許，應(yīng)防止注射模偏單邊開設(shè)進料口，致使造成注射時受力不均。

6）成型效率

大量生產(chǎn)時在保證成型質(zhì)量的前提下應(yīng)盡量縮短流程，減少斷面積，以縮短填充及冷卻時間和成型周期，同時還應(yīng)減少澆注系統(tǒng)損耗的塑料。

7）冷料

在注射間隔時間內(nèi)，噴嘴端部的冷料必須去除，防止注入型腔影響塑件質(zhì)量，故應(yīng)考慮儲存冷料的措施。

2 澆注系統(tǒng)設(shè)計原則

2.1 主流道設(shè)計

從注模的進料口起到單腔模澆口或多腔模的分流道為止的一段流道成為主流道，為便于主流道凝料的取出，主流道形狀設(shè)計為發(fā)散形的短圓錐，同時考慮噴嘴和主流道的接觸情況，主流道最小直徑應(yīng)比噴嘴孔徑大0.5～1.0mm，最大直徑應(yīng)約比制品的最大厚度大1.5mm，為防止冷料進入型腔或堵塞澆口，一般在主流道的末端設(shè)置冷料穴。無論模具是平衡布局還是非平衡布局，主流道的設(shè)計思路都是一樣的。

2.2 分流道設(shè)計

在注塑模的多腔模中，連接主流道和澆口之間的一段流道稱為分流道，它的功能是將熱熔體送入型腔，為保證聚合物流動時的壓力損失和熱量損失最小，應(yīng)考慮1）分流道的截面形狀；2）分流道的尺寸；3）分流道的布置。

1）分流道截面形狀

根據(jù)流道的截面積和其周長之比，和考慮流道冷料取出的難以程度，結(jié)合加工的工藝性，通常分流道的截面形狀選擇梯形和U形。

2）分流道尺寸

為使熔體在分流道凝固之前盡快的充滿型腔并壓實，流道的截面尺寸應(yīng)取得足夠大，流道的截面直徑很少小于3mm的，流道越長，阻力越大，因此流道橫截面也應(yīng)增大，但是，流道橫截面不應(yīng)過大，以免影響注塑周期。故分流道的直徑一般在4～12范圍內(nèi)選取。

3）分流道的布置

對于平衡布局，由于分流道的長度都是一樣的，所以只要截面尺寸都一樣，是能夠同時充滿各個型腔的。但是非平衡布局就不一樣了。為此應(yīng)修正進料口厚度或長度，對遠距離澆口的型腔填充慢，注入塑料量少則應(yīng)增大進料口厚度，或減少進料口長度，以使各型腔同時充滿。多進料口的各進料口截面及尺寸可用計算方法求得。

對于一模多腔多個相同塑件時，先求平衡進料口的平衡系數(shù)

式中：f－平衡系數(shù)（與通過進料口的塑料克重成正比列，相同塑件的各型腔其f值相等）；

L'－進料口到澆口的澆道長度（mm）；

L－進料口長度（mm）；

F－進料口面積（mm ）。

一般平衡于各進料口面積時F/F'常取0.07～0.09（F'為澆口面積），進料口長度一般不變，但澆道特別長時（300mm～400mm），則每隔125～260mm的進料口長度應(yīng)縮短10%～13%，矩形截面進料口一般寬度比取3:1～2:1。

對一模成型多個不同塑件時，應(yīng)以某一型腔為基準作為同形尺寸計算，先求出平衡系數(shù)和進料口面積，然后按各型腔的填充克重按正比例增大或減小，求得各進料口的尺寸。

平衡系數(shù)與填充重量成正比列，因此可得如下公式

式中： W1，W2－型腔1，2的塑料克重；

F1，F(xiàn)2－型腔1，2的進料口面積（mm）

L1，L2－型腔1，2的進料口長度（mm）；

L'2，L'1－型腔1，2的澆道長度（mm）；

一般F/F'即F1/ F'1及F2/ F'2， F'1及F'2為型腔1，2澆道面積，進料口寬度之比及進料口長度取值均與多型腔相同塑件時的規(guī)定相同。

3 實例與分析

為了分析和計算的方便，各個型腔都取相同的進料口長度（L取2），同時進料口截面都選圓形，這樣進料口面積F就由截面直徑（D）決定了，同時F'考慮到注射機噴嘴的直徑和主流道的直徑，取F'=8,方形和三角形型腔平衡系數(shù)以圓形型腔為基準。公式（1）和（2）中的各參數(shù)選取如下表1所示。塑件（帶澆注系統(tǒng)）的相關(guān)尺寸如圖3所示，充填模擬過程中塑料選取通用PP,料溫120度，模具問題40度，其中圖4是在進料口的截面直徑D均取3的情況下充填模擬過程，很明顯，塑件1、5、8是最后充滿的，這樣各個塑件的質(zhì)量不同同時得到保證；圖4中的D是在參考公式（1）和（2）計算得出的D（參考表1）的動態(tài)模擬過程，從圖中可以看出，各個塑件幾乎同時充滿了型腔，塑件的質(zhì)量基本上可以得到保證。

表1 計算澆注系統(tǒng)參數(shù)表

圖3 帶澆注系統(tǒng)注件圖

圖4 各型腔進料口D=3充填圖

圖5 D均為表1時充填圖

4 結(jié)束語

通過以上方法得出的非平衡澆注系統(tǒng)的尺寸，并非是完全最優(yōu)的設(shè)計，因為對塑料制品成型質(zhì)量的影響因素是錯綜復雜的，要獲得完全合格并且符合要求的塑料制品，設(shè)計出最合理的澆注系統(tǒng)尺寸僅僅是一個方面而已，還要結(jié)合分析軟件考慮成型工藝等方面。

[1] 劉昌祺.塑料模具設(shè)計[M].北京: 機械工業(yè)出版社, 2002.

[2] 劉昌祺.塑料模具技術(shù)手冊[M].北京: 機械工程出版社,2004.

[3] 羅曉嘩.塑料模成型工藝與模具設(shè)計[M].浙江: 浙江大學出版社, 2006.

[4] 申長雨.注塑成型模擬及模具優(yōu)化設(shè)計理論與方法[M].北京: 科學出版社, 2009.