拉料桿如何幫助防止成型問題

文/ Injection Mold Consulting公司 Jim Fattori

在注塑成型過程中，熱的注嘴梢部和冷的注道襯套表面接觸，會導致熱量的流失從而產生少量凝固或半凝固的材料。這些材料如果進入型腔，會影響制品的美觀性和物理性能。對此，拉料桿發(fā)揮了非常重要的作用。

在每個成型周期開始時，設備的注嘴梢部都會有少量凝固或半凝固的材料。這是注嘴梢部和冷的注道襯套表面接觸，熱量被吸走而導致的。凝固的材料量取決于許多因素，包括注嘴梢部的類型和孔口尺寸，以及被加工的材料。

有時，成型的注道殘料梢部帶有凝固的材料，有時又沒有。這些注道殘料相隔幾分鐘形成，這證明了不同的注射之間所產生的凝固材料的量會各不相同。如果注道殘料尖梢沒有凝固或半凝固的材料，說明這些材料仍然留在注嘴梢部，會在下一次注射時被注入模具中。如果它完全凝固，就被稱為“冷料頭”。

當螺桿試圖將這種冷料頭推出注嘴梢部時，通常會引起初始注射壓力的峰值，而這正是拉料桿發(fā)揮作用之時。另外，它還必須起到冷料穴的作用，捕獲并留住注嘴梢部的凝固或半凝固材料。術語“冷料穴”通常被認為是一個流道的延伸，也被稱為“溢流”。不管名稱如何，它們的功能都是相同的：防止凝固或半凝固材料進入型腔。

在 2002年的SPE（the Society of Plastics Engineers）ANTEC會議中，美國賓夕法尼亞州立大學Behrend學院的Patrick Auell和Brian Martonic發(fā)表了一篇論文，證明位于熔體流道前端的完全凝固的材料在被其后面的材料推動時，會留在熔體流的前部。它在到達關鍵的澆口位置之前不會重新熔融，且由于“噴泉流動”的方式（熱塑性材料典型的流動方法），也不會沉積在熔體通道的側壁上。

有時候，凝固和半凝固材料能從注嘴梢部中拔出，但有時候卻拔不出來

作者還證明，直接對著注道襯套的拉料桿/冷料穴對于捕獲和留住這種凝固材料是非常有效的。如果拉料桿不能抓住并留住這些凝固物料，會發(fā)生與其他型腔的流動不平衡。更壞的情況是，物料會完全堵住澆口。因此，拉料桿是熔體輸送系統(tǒng)中最重要和最有效的冷料穴。盡管很多注塑成型商一直認同這個觀點，但這兩位作者的進一步確認還是值得贊賞的。

注嘴梢部的材料不會立即從完全凝固的狀態(tài)轉換成完全熔融的狀態(tài)。兩者之間會有一個半凝固材料區(qū)。這個半凝固材料區(qū)域可大可小，可能完全不會影響加工過程，也可能導致流動問題。針對不同的模具，情況各不相同，沒有定論。

但是這個問題卻很重要。因為拉料桿的體積應該與注嘴梢部的凝固和半凝固材料量直接相關。如果想要拉料桿能捕獲并留住可能會在部件中產生美觀問題或物理問題的所有材料，那么拉料桿的直徑與主流道的直徑以及與分模線處的注道直徑都不相關，其直徑和深度應基于注嘴梢部的孔口尺寸和類型。拉料桿過大或過小都不適宜，可能帶來不好的結果。例如，拉料桿太小可能無法捕獲所有凝固和半凝固的材料；而拉料桿太大可能凝固速度無法與所需的周期時間相匹配。筆者建議拉料桿最初的直徑和深度是注道襯套孔口直徑的1～1.5倍。在第一次對模具進行取樣時，要注意觀察是否有一些注道殘料上粘著大的半凝固的塊狀物，而其他的一些注道殘料上的附著物較小，甚至沒有。如果出現(xiàn)這種情況，要使拉料桿更深一些，以增大體積，但不要將其加粗。這里需要提醒一點，在設計模具時，務必要增加拉料桿頂出銷的支承長度，因為有時拉料桿頂出銷可能需要縮短，來增加拉料桿的整體體積。

在大多數(shù)采用熱注道襯套或熱流道注嘴的兩板模具中都需要拉料桿，除非熱流道注嘴是閥式澆口類型。這些被加熱的部件也會有凝固和半凝固材料產生，需要在進入型腔前將其捕獲。由于這類注嘴梢部的孔口通常比標準冷流道模具小得多，所以其拉料桿的體積也會更小一些。

在透明材料之后注入有色材料，可以直觀地顯示冷料穴的價值、流道溢流和其他流動特征

脫模板模具的拉料桿設計

冷流道通常采用注道式熱注嘴梢部。從這里射出的材料通常會有一小段冷注道殘料，它雖然很短，只有約1 in（.1 in.=2.54 cm），但仍然需要通過拉料桿將其去除。有時候注道式熱注嘴梢部會將澆口直接開在部件上，特別是在單腔模具中。這與冷流道模具中的情況相同，注道襯套緊挨著成型部件。在這種情況下，部件就可以起到拉料桿的作用。如果熱注嘴梢部采用“針點澆口”設計，就沒有冷注道殘料，但仍然有少量需要捕獲的凝固或半凝固材料。當澆口直入部件時，通常使用這種類型的注嘴梢部。如果可能的話，可以在與注嘴孔正對的芯孔頂部添加一些冷料穴。許多這樣的冷料穴看起來就像“分散盤”一樣而發(fā)揮作用，它減少了注射時熔體對芯孔頂部造成的剪切。如果你不太明白分散盤是什么，可以在水瓶蓋下面尋找小的球面凸點，二者的作用相似。

帶一個六角形流道支路的拉料桿

帶結構角撐板的注道和拉料桿

帶有定心銷的拉料桿用于反向凸輪作用模具

接下來，讓我們討論一些零碎的東西。首先是如何處理脫模板模具。顯然，這類模具的頂出方法仍然需要將注道殘料拉出襯套，并捕獲和留住任何的凝固或半凝固材料。對此，可以采用圓錐臺或球形料穴，其中心的棒棒糖形吸盤銷將產生把注道殘料拉出襯套所需的力。當脫模板前進時，吸盤銷從料穴中抽出，并依靠重力從脫模板中拉出。在這樣的情況下，一段長的冷注道是有益的，因為它改變了重心，可以幫助流道從脫模板中抽出。

但是，任何棒棒糖形狀的銷設計都有一個缺點——倒角會隨著時間的推移而磨損，特別是采用鈹銅制成的銷，因此必須檢測其有效性。

如果你有一個成套制品模或因為某種原因需要流道支路（RTO），可以采用放電切削的方式將一個六角加工到凹進的拉料桿頂部。但請記住，要添加一個定位銷、螺桿、球形鎖銷或其他固定方法來防止RTO旋轉。

如果拉料桿的直徑很大，模具的周期時間相對較短，那么拉料桿附近的冷卻情況不會很理想，拉料桿的結構完整性也不會非常好。對于這種情況，除了延長周期時間外，可以嘗試添加一種角撐板，這是一個將拉料桿連接到流道的結構。在流道的任何區(qū)域添加角撐板能防止流道在頂出時旋轉。這通常是有利的，特別是采用機械手脫模時，但在極少數(shù)的情況下，它也可能是不利的。

如果澆口開進反向凸輪的分割線中，可能不需要拉料桿的拉拔功能，但卻需要其作為冷料穴而發(fā)揮作用。對此，可以在拉料桿下設置一個錐形的頂出銷。這可以防止流道粘在凸輪的某一側。它還使流道可以旋轉，這對于防止副澆口在凸輪面上脫落是十分必要的。

最后一個要討論的問題是如何縮短周期時間。當部件準備頂出時，拉料桿必須足夠堅固來執(zhí)行其功能，而不是在拉料桿準備好后，才執(zhí)行頂出。否則，周期時間不得不延長，這意味著部件成本上升，機器的可用性下降。

由于熱塑性塑料的絕緣性能，如果將部件的厚度加倍，那么凝固所需的時間會增加一倍以上。這是因為熱塑性塑料的凝固速度是非線性的。這就是為什么拉料桿往往是延長周期時間的原因所在。

縮短周期時間的有效方法之一是將拉料桿做成空心結構。筆者看過幾個通過頂出銷實現(xiàn)這個目的的例子。這不是一個好主意，特別是對于倒錐形的拉料桿。即使頂出銷是錐形的，大多數(shù)時候需要第二次頂桿脈沖才能將拉料桿從頂出銷上移開。但更重要的是，擴大的頂出銷減少了倒角和銷之間的壁厚。在頂出的過程中，倒角不能像固體一樣壓縮。

這通常會導致撕裂和剝落。一個更好的方法是，使用固定的成孔銷并且用襯套頂出拉料桿。筆者建議使用鈹銅制造成孔銷來提高冷卻速度。只要錐形成孔銷的角度大于或等于拉料桿上的倒角，當襯套向前前進時，倒角允許向內壓縮。

雖然將拉料桿做成空心結構非常有效，但拉料桿的冷卻仍很重要。水路仍應放置在較重要的位置。但將拉料桿放入水冷襯套中就可能有點矯枉過正了，但也可能正需要如此。理想的情況是，拉料桿附近的水應位于單獨的回路上。成型商可以在F（23.89 ℃）的溫度下運行型腔和型芯，但卻喜歡在拉料桿上使用較冷的水，以免延長周期時間。

帶有襯套頂出的空芯拉料桿

對于周期時間等于或少于10 s的模具，以及需要多次頂桿脈沖的模具來說，冷卻是非常重要的。為什么？因為在周期時間更短或脈沖更多的模具中，頂出銷和頂出襯套往往會變得更熱。

但事實是，冷卻的部件總會得到人們的很多關注，但模具中最厚的塑料塊，如注道、流道和拉料桿得到的關注卻很少。

如果你不確定是否值得進行額外的投資來實現(xiàn)這些設計上的改進，這里有一個簡單的方法來判斷。將成型設備運行1 s所對應的價格（使用一位操作員）乘以每年的注射量，再乘以預計節(jié)省的秒數(shù)。然后將這結果與過去一年的模具修理費用進行比較，就能衡量出是否需要花更多的錢來改善模具設計。如果值得進行一些投資來改善模具設計，可能會延長模具的壽命或避免其受損。