热咀技术资料小结

2020-03-03 00:10:29 来源：范文大全收藏下载本文

热流道喷嘴与浇口及其选用

喷嘴(NOZZLE)与浇口(GATE)零件在热流道模具成型上起着非常重要的作用.其实热流道应用技术的难点及一个热流道系统的质量好坏与精华在很大程度上由喷嘴和浇口零件的质量所决定。根据浇口型式的不同可将热流道系统分成三大类型，即（1）热尖式或称热针式（HOT TIP）热流道系统，（2）浇套式（SPRUE GATING）热流道系统及（3）阀式或称阀针式（VALVE GATING）热流道系统。

浇口是热流道喷嘴最前端与模腔相连接的部分。热流道模具上的浇口设计要比传统的冷流道模具上的浇口设计复杂的多, 其复杂性的来源之一是浇口处复杂的温度场分布及温度变化控制这一重要因素。在冷流道模具上, 我们不必过多担心浇口处温度分布问题, 因为包括浇口在内的整个浇注系统都需经冷却固化后从模具中取出。但在热流道模具上则不同, 浇口处的温度分布极端重要.在浇口之前要维持较高的塑料加工温度, 以保证塑料始终处于融化状态。在浇口之后要保证较低的模具温度, 以保证零件能够冷却脱模。所以在热流道模具的浇口前后, 温度会有巨大的梯度变化, 需要精确加以调整控制。在进行热流道喷嘴与浇口的选择与设计时要考虑塑料, 零件, 模具, 注塑设备等多方面的因素, 具体来说主要有: • 塑料种类,是结晶型还是无定型材料 • 塑料有无增强剂和添加剂 • 该塑料对温度及剪切是否敏感

• 塑料的流动性

• 零件的体积重量

• 零件的壁厚与形状特点

• 零件的质量, 如对尺寸精度与变形量, 表面美观要求等

• 浇口质量(GATE VESTAGE) • 是否有换色要求(COLOR CHANGE) • 项目成本

• 模具上型腔数量

• 产品批量与工具寿命要求

• 注塑机的能力, 如最大注塑压力与锁模力等

在很多情况下, 是很难同时满足各种要求的, 只能根据具体情况确定和满足最主要的要求.举例说, 如果希望换色快就应采用较小的热流道喷嘴, 以减小喷嘴及热流道系统里的塑料体积.可浇道截面尺寸变小后, 所需的注塑压力就会加大, 甚至超出注塑机所能提供的最大注塑能力, 造成注塑成型困难。

一、浇口

1，浇口类型及选用应用热流道模具成型的第一步就是要确定浇口类型, 既需要确定是用热尖式（HOT TIP）, 浇套式（SPRUE GATING）, 还是阀针式（VALVE GATING）浇口.

（1）热尖式（HOT TIP）

热尖式浇口应用最为普遍, 大多用于中小尺寸的注塑成型零件生产.这种喷嘴浇口的结构特点是在喷嘴前端装有喷嘴尖(NOZZLE TIP)零件在注塑成型时, 塑料溶体通过喷嘴尖上的小孔流出来进到浇口井(GATE WELL), 最后在经过浇口进入模腔。由于是开在温度较低

的模板上, 所以与接触的最外层塑料实际上是处于固化或半固化状态, 形成一个导热很慢的塑料”绝热层”.喷嘴由加热元件直接加热, 喷嘴上的热量再通过热传导的方式传给喷嘴尖.浇口附近的塑料就是通过喷嘴尖的热量加上”绝热层”的隔热作用来保持溶化状态的.浇口处的塑料温度高低也是通过喷嘴尖的温度, 浇口井的形状及浇口处的冷却系统设计来调整控制的。

热尖式（HOT TIP）热流道系统，可以用于加工绝大多数结晶型和无定型塑料。一般说来，热尖式浇口多用于中小尺寸零件的加工，尤其适用于微小零件的加工。浇口截面直径大多在0。5mm — 2。0mm之间。浇口截面直径的确定主要由零件重量与壁厚决定，当然也要考虑材料与零件质量要求。若使用截面直径较小的浇口，注射充模阶段结束后浇口封闭的快，零件上浇口痕迹小，零件表面美观质量好。但浇口直径不可过小，否则塑料流经浇口时剪切速率过高，会严重损坏塑料溶体分子链结构或塑料中的添加材料，导致制品质量不合格无法满足使用要求。一个常用的经验做法是根据零件浇口处壁厚来初步确定浇口大小：浇口直径= （0。75 –1。0）零件浇口处壁厚。再结合考虑其他因素。如果是加工容易流动的塑料则可取较小値。如果是加工难流动的塑料或对剪切敏感的塑料则取较大値。还要考虑塑料种类与添加物等。在实际应用中有时需要实际试模来最后确定。热流道供应商应用工程师一个很重要的任务就是帮助用户确定最佳浇口直径。

用户可将热尖式浇口直接开在零件上，亦可将其开在冷浇道上，再将冷浇口开在零件上。这就是热流道与冷流道相结合的一种模具系统。在应用热尖式浇口制作塑料零件时，总会或多或少在零件上留下浇口痕迹。很多时侯浇口痕迹会高出零件表面，影响到零件的美观或影响到与其它零件的装配配合。所以在选择浇口位置时，应尽量将浇口放在零件上的凹进隐蔽处。对于零件美观或配合要求高的应用项目，有时产品设计师必须在零件上人为地设计出一个凹进处以便放置浇口。

一个成功的热尖式热流道系统应用的关键除了正确的浇口大小外，再就是浇口处塑料温度与模具温度的精确控制。在进行模具冷却系统设计时，需要围绕浇口设置独立的冷却回路，以满足对浇口处模具材料有效冷却的需要。对于许多生产项目，甚至需要采用一种专门的水冷浇口镶件以实现对浇口处进行超强冷却。如果浇口处塑料温度与模具温度控制的不好，就会出现两种常见的热尖式浇口的质量与生产障碍现象，既浇口痕迹过大或浇口塑料在开模后流淌（DROOLING）问题。在应用热尖式浇口系统加工含有高比例玻璃纤维的塑料时，用户一定要选择具有高耐磨性的浇口镶件（HOT TIP）。许多热流道供应商提供用硬质耐磨材料做成的浇口HOT TIP镶件以提高模具使用寿命。（2）浇套式（SPRUE GATING）

热流道里浇套式浇口(有时称开式OPEN FLOW)的结构特点见图3.

在浇套式热流道系统里，塑料经过畅通的流道（OPEN PIPE）进入模腔。浇口处塑料流动压力损失小。浇套式热流道系统比较适合于中等尺寸重量以上零件的注塑加工成型。使用浇套式热流道系统的优点是塑料在流经浇口充模时所经历的剪切速率低，零件成型后残余应力小，变形程度少，零件机械强度比较好。与热尖式浇口相比，因浇套式浇口尺寸要大一些，所以浇口痕迹也可能会比较大。许多用塑料注塑成型的，对浇口美观程度要求不高的内部结构件可由浇套式热流道系统制造。人们也常常将浇套式浇口与冷浇道结合使用，即把浇套式喷嘴作为主浇道，将浇套式浇口开在冷浇道上。在这种应用中，浇套式浇口可开的大一些以利于塑料流动，因无人在意冷浇道上的浇口痕迹大小。与应用热尖式热流道系统类似，浇口处塑料温度与模具温度的控制极为重要。需要围绕浇口设置独立的冷却回路。因为浇套式浇口尺寸比较大，如果浇口处温度控制的不好，就更容易出现浇口在开模后密封不住塑料流淌（DROOLING）的问题。浇套式热流道系统的喷嘴镶件也有多种尺寸形状及制造材料的变化，要结合欲加工的塑料种类（如结晶型塑料还是非结晶型塑料）与浇口冷却情况等来综合决定。

（3）阀针式（VALVE GATING）

阀针式浇口的结构特点示于图4.它是用阀针的机械动作来打开或关闭浇口.阀针式浇口可以彻底消除浇口痕迹, 且可以根据需要确定开关浇口的时间与顺序, 以控制塑料溶体的流动状态, 其应用最为灵活多样.阀针式浇口热流道系统价钱最贵, 模具制造费用最高.阀针的开关动作一般是由安装在热流道系统上的汽动或液压驱动装置来实现的.另外市场上也有一种靠塑料溶体的内部压力来开关阀针的比较独特的阀针式浇口（我公司TG500所应用的热流道就属于此类型）

每种浇口型式里是有很多具体的设计方案的, 每家热流道公司的浇口零件设计都有所不同.热流道公司一般会向其热流道用户提供严格详尽的关于其浇口设计的技术文件.本文图例仅示意了几种基本浇口方式的结构原理.

阀式（VALVE GATING）热流道亦是一种国际上主要热流道供应商均提供的应用非常普遍的热流道系统。这种系统是通过采用阀针（VALVE PIN）在阀针控制装置的作用下，在预定的时刻以机械运动的方式来打开或关闭浇口。这种类型的热流道系统具有很多的热尖式和浇套式流道系统无法具备的优点。如可人为控制浇口开关时间，浇口光滑平整等。因阀式浇口是通过阀针机械动作关闭的，不受浇口处塑料冷却时间的限制，所以阀式浇口流道系统有时可以大大缩短塑件生产成型周期，浇口尺寸亦可以开得大一些，这对加工对剪切敏感的塑料很有好处。阀式浇口可以加工几克重的小零件，亦可加工几公斤重的大零件。各种工程塑料都可以用阀式浇口加工生产零件。若在一套模具里有大小不同的多个型腔，如采用阀式流道系统则可通过对各浇口开关时间的控制，以实现对各型腔的流动进行分别调整与控制。这对形状尺寸相差悬殊的一模多腔模具，意义尤为重大。另外因为阀针控制装置的使用会增加模具定模与整体模具的高度。在进行模具设计和注塑机选择时应加以考虑。在安装阀针控制装置的模板上亦需设置冷却水道。与热尖式和浇套式热流道系统应用要求一样，如果对阀式浇口处温度控制的不好，也会造成严重的生产困难。例如，如果浇口处温度过高，塑料在开模时有粘在阀针上的危险。相反地如果浇口处温度过低，浇口塑料过冷，造成阀针关闭困难等。阀式浇口热流道模具在价格上比热尖式和浇套式热流道模具贵一些。如果阀式热流道系统及阀针控制装置本身设计制作不好，就会出现如在阀针后形成流动死角，或在阀针与其它零件之间的滑动配合面上发生溢料现象等问题。另外如果阀针制作不好, 关闭动作操作控制不当，亦有损坏浇口的严重后果。所以阀式热流道系统虽然有许多其它两种类型的热流道系统不具备的优点，但也增加了模具的复杂性。

2 浇口大小

浇口类型确定以后就要接下来确定浇口尺寸的大小.在应用热流道时, 浇口尺寸的正确确定是非常重要的.人们在进行传统的冷流道模具设计, 如果不能事先确定合适的浇口尺寸时, 一种常见的做法是先将浇口尺寸开的小一点, 再根据试模情况按需要逐步加大浇口尺寸, 灵活性较大.但在应用热流道模具时, 模具设计制造人员就不能轻易修改浇口尺寸.原因是浇口大小与浇口处的温度控制, 所用的热流道喷嘴系列及浇口零件之间都有严格的关系.如果浇口尺寸改变太大, 就可能意味着要用一个不同系列的喷嘴, 并需要修改与喷嘴尺寸相配合的模具部分.我们知道要修改任何一个已有的模具都是费时费力和增加成本的.所以在热流道模具设计的初始阶段就应正确确定浇口尺寸.在决定浇口大小的时候, 要考虑塑料种类, 零件形状壁厚及加工等多方面的因素.一般说来热尖式浇口的尺寸要比浇套式或阀针式浇口的尺寸小.在用热尖式浇口时, 浇口尺寸最大不应超过浇口处零件的壁厚.阀针式浇口的尺寸可以开的比较大(大于零件的壁厚).当加工流动性好的塑料时可偏小以提高浇口质量.如果塑料流动性差或是玻璃增强塑料就要采用偏大尺寸的以降低压力损伤及浇口磨损过快等.如果零件重量小可用小浇口, 否则若零件尺寸重量大就要设计较大浇口.对于效果要求好的项目, 浇口应取偏大值.有些塑料对剪切效应比较敏感, 浇口不宜过小.有些零件对成型后尺寸形状稳定性要求高, 零件上残余应力要小, 这时浇口大一点就比较有利.塑料的热传导性能也是一个影响因素, 如果该塑料种冷却速度快, 浇口就不宜过小, 否则浇口就会固化的过早不能完全充模或保压不够.

3 浇口数量浇口数量的确定亦是热流道模具设计的基本任务之一。一般来说人们总希望采用尽量少的浇口数量.因可以减少所需要的喷嘴数量, 降低模具成本.同时浇口数量少亦有助于减少塑料零件上的融接痕.对于很多中小尺寸, 塑料流动性比较好的零件, 往往用一个浇口就可以了.对于大尺寸的零件(如很多汽车, 家用电器塑料零件), 流动性差的工程塑料(如PC, ABS, PMMA, PBT, POM等) , 就常常需要在一个零件上放几个浇口.有时甚至在一个零件上放很多个浇口.

决定浇口数量的主要因素有:

• 最大注塑压力(浇口多, 注塑压力低) • 注塑机的锁模力(浇口多, 可降低锁模力要求) • 零件大小重量(重量小用单浇口)

• 塑料在模腔里的流动距离(浇口多, 塑料在模腔里流动距离短, 热量散失小, 塑料在模腔里的温度趋于均匀) • 零件表面质量要求(浇口少, 溶接痕和浇口痕迹少)

• 零件尺寸形状质量要求(浇口多, 注塑压力传送距离小, 保压效果好) • 成本 (浇口少, 模具制造成本低)

• 充模过程要求(用变化浇口数量和位置, 来控制模腔各部位的充模顺序) 在决定浇口数量时, 人们的经验和计算机CAE流动模拟分析是两个有力的技术资源.应将两者很好地结合使用, 发挥各自的优势, 互补长短.不应仅依赖经验, 而无视先进的CAE模拟分析技术, 也不应该完全依赖CAE模拟分析技术而轻视宝贵的实际经验.经验在很多情况下有效, 但需要长时间积累 ,计算机CAE软件可提供很多定量分析结果, 但CAE软件里有很多理论模型假设, 是属于理论分析工具.影响注塑实际情况的因素很多, 很难在开发这些CAE软件时将所有的影响因素都考虑进出.

四浇口位置

热流道模具设计的另外一个基本任务就是确定浇口位置.当然确定浇口位置与确定浇口数量是紧密联系在一起的.在选择浇口位置时, 一个主要原则是应有助于流动平衡, 既应使模腔各部分尽量同时充满.另外如前面所述, 在用多个浇口时会有溶接痕.在这些塑料溶接处机械强度和表面质量都要降低.所以浇口位置的选择, 还应使产生的塑料溶接痕处于受力不大或隐蔽的部位.浇口处的残余应力比较大, 也应放在受力不大的部位, 以避免在受力过度时破裂.当零件形状比较简单, 或有一定的对称性, 厚度比较均匀时, 浇口位置的确定就比较容易一些.对于形状复杂, 各部分厚度变化较大的零件, 确定流动平衡的浇口位置就具有一定的难度.有时人们需要通过实际试模才能最后决定.借助于计算机模拟分析确定合适的浇口位置, 是应用计算机CAE流动分析最为成功的一个技术方面.

有时确定合适浇口位置的要求会有矛盾.比如说对于有形状对称性的零件(如盒子形状零件), 若将浇口放在对称中心, 流动就会比较平衡, 注塑压力低.可有时人们希望将浇口放在不易被人看到的零件边缘以满足零件美学要求, 或从模具设计制造的角度, 浇口放在零件边缘进料更易做一些.这时候就要根据顾客的需要确定哪个是主要的要求, 并随之决定最后的浇口位置.五浇口处的冷却设计

在冷流动模具上, 浇口处一般来说不需要进行特别的冷却设计.而在热流道模具上浇口处的冷却设计却是十分重要, 会直接影响热流道成型是否能够顺利进行.浇口处冷却设计的最基本要求就是每个浇口处都要有单独的冷却管道, 并尽量靠近浇口.对冷却液的温度要精确控制, 冷却液要以湍流方式流动.

二喷嘴

1.喷嘴上的流道大小喷嘴上最重要的参数是喷嘴里的流道大小.热流道供应商都是按照喷嘴上流道尺寸的大小, 将喷嘴做成大小不同的产品系列。在选择喷嘴时, 其实就是根据零件大小和塑料种类, 看哪个喷嘴能够提供最合适的流道尺寸.所以喷嘴流道尺寸是热流道里一个非常重要的参数, 现在很多公司都采用计算机流动分析来确定这一参数.喷嘴里的流道截面直径尺寸可从小到2-3毫米, 大到20毫米以上.最常用的喷嘴流道尺寸一般在4-12毫米.一般说来在阀针式喷嘴上流道尺寸要大一些, 因流道里阀针的存在会增加塑料流动阻力.热尖式和浇套式喷嘴的流道尺寸可小一些. 2. 喷嘴的外部尺寸

喷嘴的外部尺寸主要是喷嘴体外部直径如长度.喷嘴的外径与喷嘴里的流道尺寸是有一定的结构关系的.一般地说人们希望喷嘴的外径尽量小, 这样一来模具的机械加工量会小一些, 模具可做得更紧凑些, 也可能将喷嘴伸进小尺寸的零件内部注塑成型.但喷嘴也需要满足强度要求, 外部直径尺寸又不可过小, 因喷嘴流道里的塑料压力是很大的.喷嘴的长度可从几十毫米到几百毫米长.一些用于加工大型汽车零件的喷嘴长度可达近1米长.喷嘴长度的确定主要有零件的尺寸及模具设计的需要来定.在设计热流道模具时应尽量选择长度短一点的喷嘴, 以降低压力损失和减小热流道里塑料的停留时间.3.喷嘴的加热与温度控制

每个喷嘴都要有各自的加热元件和温度控制.喷嘴上的温度要稳定均匀.在喷嘴两端与温度较低的模板接触的地方会有热量损失, 加热密度应大一些.每个喷嘴上靠近浇口的地方都应安装热电偶.加热元件的功率与喷嘴大小要匹配, 功率太小加热速度太慢, 功率太大温度分布不易均匀.

4.喷嘴与热流板及模具的配合

对与喷嘴与热流板及模具配合的一个最基本要求就是在这些配合处不可产生溢料现象.为此, 所有的配合尺寸要加工准确, 喷嘴与热流板的配合面要有足够的压配合.

附：表1 先锐热流道系统，热咀的射出量和产品的材质和平均厚度，材质的粘性及浇口大小的关系。

表2 先锐各型号热咀的长度，直径及浇口大小。

表3 先锐各型号热咀的塑料适用性。

表1

表2

FR: Flame Retardants

GF: Gla Fiberfilled ST:Stabilizer Filled

☆很好

○有可能的 △联络代理商查询 ×不建议使用