塑料模具非平衡布局澆注系統(tǒng)研究

朱永強(qiáng)，何永強(qiáng)，呂 君，鄭鵬飛

（義烏工商職業(yè)技術(shù)學(xué)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(gè)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(gè)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(gè)部分組成。澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)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(shí)充滿各個(gè)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(shí)充滿型腔是由于主流道到各個(gè)型腔的流程不一樣長(zhǎng)；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(shí)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(huì)對(duì)塑件質(zhì)量產(chǎn)生影響，甚至不合格產(chǎn)品。所以有必要對(duì)非平衡布局的澆注系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)的研究。

1 非平衡布局設(shè)計(jì)時(shí)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(shí)應(yīng)考慮設(shè)置澆注系統(tǒng)的形式、進(jìn)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(xì)弱型芯或型芯受力不均。應(yīng)充分估計(jì)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(yù)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(jì)。

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(jī)安裝模板大小

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

6）成型效率

大量生產(chǎn)時(shí)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(shí)間和成型周期，同時(shí)還應(yīng)減少澆注系統(tǒng)損耗的塑料。

7）冷料

在注射間隔時(shí)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(chǔ)存冷料的措施。

2 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

2.1 主流道設(shè)計(jì)

從注模的進(jìn)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(jì)為發(fā)散形的短圓錐，同時(shí)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(jìn)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(jì)思路都是一樣的。

2.2 分流道設(shè)計(jì)

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

對(duì)于一模多腔多個(gè)相同塑件時(shí)，先求平衡進(jìn)料口的平衡系數(shù)

式中：f－平衡系數(shù)（與通過進(jìn)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(jìn)料口到澆口的澆道長(zhǎng)度（mm）；

L－進(jìn)料口長(zhǎng)度（mm）；

F－進(jìn)料口面積（mm ）。

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

對(duì)一模成型多個(gè)不同塑件時(shí)，應(yīng)以某一型腔為基準(zhǔn)作為同形尺寸計(jì)算，先求出平衡系數(shù)和進(jìn)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(jìn)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(jìn)料口面積（mm）

L1，L2－型腔1，2的進(jìn)料口長(zhǎng)度（mm）；

L'2，L'1－型腔1，2的澆道長(zhǎng)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(jìn)料口寬度之比及進(jìn)料口長(zhǎng)度取值均與多型腔相同塑件時(shí)的規(guī)定相同。

3 實(shí)例與分析

為了分析和計(jì)算的方便，各個(gè)型腔都取相同的進(jìn)料口長(zhǎng)度（L取2），同時(shí)進(jìn)料口截面都選圓形，這樣進(jìn)料口面積F就由截面直徑（D）決定了，同時(shí)F'考慮到注射機(jī)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(zhǔn)。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(jìn)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(gè)塑件的質(zhì)量不同同時(shí)得到保證；圖4中的D是在參考公式（1）和（2）計(jì)算得出的D（參考表1）的動(dòng)態(tài)模擬過程，從圖中可以看出，各個(gè)塑件幾乎同時(shí)充滿了型腔，塑件的質(zhì)量基本上可以得到保證。

表1 計(jì)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(jìn)料口D=3充填圖

圖5 D均為表1時(shí)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(jì)，因?yàn)閷?duì)塑料制品成型質(zhì)量的影響因素是錯(cuò)綜復(fù)雜的，要獲得完全合格并且符合要求的塑料制品，設(shè)計(jì)出最合理的澆注系統(tǒng)尺寸僅僅是一個(gè)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(jì)[M].北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2002.

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

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

[4] 申長(zhǎng)雨.注塑成型模擬及模具優(yōu)化設(shè)計(jì)理論與方法[M].北京: 科學(xué)出版社, 2009.