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塑料模具浇注系统及排溢系统

浇注系统是指熔融塑料从注射机喷嘴到注射模具型腔所流经的通道，分普通浇注系统和热流道浇注系统两种。

通过浇注系统，塑料熔体充填满模具型腔并且使注射压力传递到型腔的各个部位，从而使塑件密实和防止缺陷的产生。

通常情况下，浇注系统的分流道开设在动定模的分型面上，因此，分型面的选择和浇注系统的设计是密切相关的，在设计注射模具时应同时加以考虑。

1普通流道浇注系统的设计

1.1普通流道浇注系统的组成及设计原则

一普通流道浇注系统的组成

浇注系统是指熔融塑料从注射机喷嘴进入模具型腔所流经的通道，分普通浇注系统和热流道浇注系统两种形式。

本节只讨论普通浇注系统的设计。

普通浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成。

图5-2-1所示为安装在卧式或立式注射机上的注射模所用浇注系统，亦称为直浇口式浇注系统，其主流道垂直于模具分型面；图5-2-2所示为安装在角式注射机上的注射模所用浇注系统，也称为横浇口式浇注系统，其主流道平行于模具分型面。

图5-2-1 卧式或立式注射机用注射模的浇注系统图5-2-2 角式注射机用注射模的浇注系统

1－型芯；2－塑件；3－浇口；4－分流道 1－主流道；2－分流道；3－浇口

5－冷料穴；6－主流道；7－浇口套；8－拉料杆 4－冷料穴；5－型腔

二普通流道浇注系统设计原则

浇注系统的设计是模具设计的一个重要环节，设计合理与否对塑件的性能、尺寸、内外部质量及模具的结构、塑料的利用率等都有较大影响。

在进行浇注系统设计时，一般应遵循如下基本原则：

a了解塑料的成型性能

注射成型时注射机料筒中塑料已成熔融状态（粘流态），因此了解被成型的塑料熔体的流动特性、温度、剪切速率对粘度的影响等十分重要，设计的浇注系统一定要适应于所用塑料的成型性能，以保证成型塑件的质量。

b 尽量避免或减少产生熔接痕

在选择浇口位置时，应注意避免熔接痕的产生。

熔体流动时应尽量减少分流的次数，因为分流熔体的汇合处必然会产生熔接痕，尤其在流程长、温度低时对塑件熔接强度的影响更大。

c有利于型腔中气体的排出

浇注系统应能顺利地引导塑料熔体充满型腔的各个部位，使浇注系统及型腔中原有的气体能有序地排出，避免因气体积存而产生凹陷等缺陷。

d防止型芯的变形和嵌件的位移

浇注系统设计时应尽量避免塑料熔体直接冲击细小型芯和嵌件，以防止熔体的冲击力使细小型芯变形或嵌件位移。

e尽量采用较短的流程充满型腔

在选择浇口位置的时候，对于较大的模具型腔，要力求以较短的流程充满型腔，使塑料熔体的压力损失和热量损失减小到最低限度，以保持较理想的流动状态和有效地传递最终压力，保证塑件良好的成型质量。

f流动距离比的校核

对于大型或薄壁塑件，塑料熔体有可能因流动距离过长或流动阻力太大而无法充满整个型腔。

因此，在进行模具设计中，除了要考虑采用较短的流程外，还应对注射成型时的流动距离比进行校核，以避免型腔充填不足的现象。

流动距离比简称流动比，它是指塑料熔体在模具中进行最长距离的流动时，其截面厚度相同的各段料流通道及各段型腔的长度与其对应截面厚度之比值的总和，即：

（5-2-1）

式中 φ——流动距离比；

Li——模具中各段料流通道及各段型腔的长度；

ti——模具中各段料流通道及各段型腔的截面厚度。

图5-2-3所示是注射模流动距离比求法的实例。

图5-2-3 流动距离比计算实例

图5-2-3a所示为侧浇口进料的塑件，其流动距离比

；（5-2-2）

图5-2-3b所示为点浇口进料的塑件，其流动距离比

。

（5-2-3）

在生产中影响流动距离比的因素较多，其中主要影响因素是塑料的品种和注射压力，此外还有熔体的温度、模具的温度和流道及型腔的粗糙度等，这些都需经大量实验才能确定。

表5-2-1所列出的数值可供设计模具时参考。

如果设计时计算出的流动距离比Φ大于表内数值，则注射成型时，在同样的压力条件下模具型腔有可能产生充填不足的现象。

表5-2-1 部分塑料的注射压力与流动距离比

塑料品种

注射压力/MPa

流动距离比

塑料品种

注射压力/MPa

流动距离比

聚乙烯（PE）

68.6

147

140～100

240～200

280～250

聚苯乙烯（PS）

88.2

300～260

聚醛（POM）

210～110

聚丙烯（PP）

68.6

117.6

140～100

240～200

280～240

尼龙6

88.2

320～200

聚碳酸脂（PC）

88.2

117.6

127.4

130～90

150～120

160～120

尼龙66

88.2

127.4

130～90

160～130

软聚氯乙烯

（SPVC）

68.6

88.2

240～160

280～200

硬聚氯乙烯

（HPVC）

68.6

88.2

117.6

127.4

110～70

140～100

160～120

170～130

1.2普通流道浇注系统主流道设计

主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴与模具接触处开始到分流道为止的塑料熔体的流动通道，是熔料最先流经模具的部分，它的形状和尺寸对塑料熔体的流动速度和充模时间有较大的影响，因此，必须使熔体的温度降和压力损失最小。

1－定模座板；2－浇口套；3－注射机喷嘴

在卧式或立式注射机上使用的注射模中，主流道垂直于分型面，且通常设计在浇口套中，如图5-2-4所示。

为了让主流道凝料能顺利地从浇口套中拔出，主流道须设计成圆锥形，锥角α为20～60，小端直径d比注射机喷嘴直径d1大0.5～1mm。

主流道小端的前面是球面，其深度为3～5mm，注射机喷嘴的球面在该位置与模具接触并且贴合，因此要求主流道球面半径SR比喷嘴球面半径SR1大1～2mm。

主流道的表面粗糙度Ra≤0.8μm。

图5-2-4 主流道形状及其与注射机喷嘴的关系

1－定模座板；2－浇口套；3－注射机喷嘴

浇口套一般采用碳素工具钢T8A、T10A等材料制造，热处理淬火硬度为53～57HRC其结构形式如图5-2-5所示。

图5-2-5a所示是把浇口套与定位圈设计成整体式的形式，用螺钉固定于定模座板上（见图5-2-6a），一般只用于小型注射模；图5-2-5b和图5-2-5c所示为浇口套与定位圈设计成两个零件的形式，以台阶的形式固定在定模座板上（见图5-2-6b和图5-2-6c），其中图5-2-5c所示为浇口套穿过定模座板与定模板的形式，固定形式见图5-2-6c。

图5-2-5 浇口套的形式

图5-2-6 浇口套的固定形式

1－定模座板；2－浇口套；3－定位圈；4－定模板

浇口套与模板间的配合采用H7/m6的过渡配合，浇口套与定位圈之间采用H9/f9的间隙配合。

定位圈的外径比注射机定模板上的定位孔径小0.2mm以下，在模具安装调试时，定位圈应插入注射机定模板的定位孔内，用于模具与注射机的安装定位。

角式注射机用注射模的浇注系统（见图5-2-2），其主流道平行于分型面，并且开设在分型面的两侧。

主流道被设计成圆柱形，模具分型后与塑件一起留在动模，推出机构工作时与塑件一起被推出模外。

其主流道与注射机的喷嘴接触部位被设计成平面或球面，为了减少注射过程中的变形与磨损，可以该部位模具上分型面两侧的动、定模板上镶入可更换的经过淬火处理的浇道镶块。

1.3普通流道浇注系统分流道设计

分流道是指浇注系统中主流道末端与浇口之间的一段塑料熔体的流动通道。

分流道的作用是改变塑料熔体流向，使其以平稳的流态均衡地分配到各个型腔。

设计时应尽量减少塑料熔体流动过程中的热量损失与压力损失。

a分流道的形状与尺寸

分流道可开设在动、定模分型面的两侧或任意一侧，其截面形状应尽量使其比表面积（流道表面积与其体积之比）小，在温度较高的塑料熔体和温度相对较低的模具之间提供较小的接触面积，以减少热量损失。

常用的分流道截面形式有圆形、梯形、U形、半圆形及矩形等几种，如图5-2-7所示。

其中圆形截面的比表面积最小，但需开设在分型面的两侧，在制造时一定要注意模板上两部分形状对中吻合；梯形及U形截面分流道加工较容易，且热量损失与压力损失均不大，为常用的形式；半圆形截面分流道需用球头铣刀加工，其表面积比梯形和U形截面分流道略大；矩形截面分流道因其比表面积较大，且流动阻力也大，故在设计中不常采用。

图5-2-7 分流道的截面形状

分流道的截面尺寸视塑料品种、塑件尺寸、成型工艺条件以及流道的长度等因素来确定。

圆形截面分流道的直径为2～10mm。

对流动性较好的尼龙、聚乙烯、聚丙烯等塑料，在分流道长度很短时，截面直径可小到2mm；对流动性较差的聚碳酸脂、聚砜等塑料，截面直径可大至10mm；对于大多数塑料，截面直径常取5～6mm。

梯形截面分流道的尺寸可按下面经验公式确定：

（5-2-4）

（5-2-5）

式中 b——梯形大底边宽度，mm；

m——塑件的质量，g；

L——分流道的长度，mm；

h——梯形的高度，mm。

梯形的侧面斜角α常取5°～10°，底部以圆角相连。

式（5-2-6）的适用范围为塑件壁厚在3.2mm以下，塑件质量小于200g ，且计算结果b应在3.2～9.5mm范围内才合理。

按照经验，根据成型条件不同，b也可在5～10mm范围内选取。

U形截面分道流的宽度b也可在5～10mm内选取，半径R=0.5b，深度h=1.25R，斜角α=5°～10°。

b分流道的长度

根据型腔在分型面上的排布情况，分道流可分为一次分流道、二次分流道甚至三次分流道。

分流道的长度要尽可能短，且弯折要少，以便减少压力损失和热量损失，节约塑料的原材料和能耗。

图5-2-8所示为分流道长度的设计参数尺寸，其中L1＝6～10mm，L2＝3～6mm，L３＝6～10mm，L的尺寸根据型腔的多少和型腔的大小而定。

c分流道的表面粗糙度

由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有内部熔体的流动状态比较理想，因此分流道表面粗糙度要求不能太低，一般Ｒa取1.6μm左右，这可增加对外层塑料熔体的流动阻力，使外层塑料冷却皮层固定，形成绝热层。

d分流道在分型面上的布置形式

分流道在分型面上的布置形式有平衡式和非平衡式两种，这与型腔在分型面上的布置形式相一致。

如果型腔呈圆形状分布，则分流道呈辐射状布置；如果型腔呈矩形状分布，则分流道一般采用“非”字状布置。

虽然分流道有多种不同的布置形式，但应遵循两个原则：

一个是排列应尽量紧凑，以缩小模板尺寸；另一个是流程尽量短，对称布置，使胀模力的中心与注射机锁模力的中心一致。

图5-2-8 分流道的长度尺寸

1.4浇口的设计

一浇口的分类

浇口亦称进料口，是指浇注系统中连接分流道与型腔的熔体通道。

浇口的设计与位置的选择恰当与否，直接关系到塑料能否被完好地高质量地注射成型。

按浇口截面尺寸大小的结构特点，浇口可分为限制性浇口和非限制性浇口两大类。

限制性浇口是整个浇注系统中截面尺寸最小的部位，通过截面积的突然变化，使分流道送来的塑料熔体产生突变的流速增加，提高剪切速率，降低粘度，获得理想的流动状态，从而迅速均衡地充满型腔；对于多型腔模具，调节浇口的尺寸，还可以使非平衡布置的型腔达到同时进料的目的，提高塑件的均一质量；同时在注射过程中，限制性浇口还起着较早固化防止型腔中熔体倒流的作用；成型后也便于塑件与整个浇注系统的分离。

但是浇口尺寸过小会使压力损失增大，冷凝加快，补缩困难。

非限制性浇口是整个浇口系统中截面尺寸最大的部位，它主要用于对大中型筒类、壳类塑件型腔引料和进料后的施压作用。

按浇口的结构形式和特点，常用的浇口可分为直接浇口、侧浇口和点浇口三大类。

二直接浇口

直接浇口又称主流道型浇口，它属于非限制性浇口，如图5-2-9所示。

塑料熔体由主流道的大端直接进入型腔，因而具有流动阻力小、流动路程短及补缩时间长等特点。

由于注射压力直接作用在塑件上，故容易在进料处产生较大的的残余应力从而导致塑件翘曲变形。

这种形式的浇口截面大，去除浇口比较困难，浇口去除后会留有较大的痕迹，影响塑件的美观。

这类浇口大多用于注射成型大中型长流程深型腔筒形或壳形塑件，尤其适合于如聚碳酸脂、聚讽等高粘度塑料。

在设计直接浇口时，为了减小与塑件接触处的浇口面积，防止该处产生缩孔、变形等缺陷，一方面应尽量选用较小锥度的主流道锥角α（α=20～40）,另一方面应尽量减少定模板和定模座板的厚度。

直接浇口的浇注系统有着良好的熔体流动状态，塑料熔体是从型腔底面中心部位流向分型面，有利于消除深型腔处气体不易排出的缺点，使排气通畅。

这样的浇口形式，使塑件和浇注系统在分型面上的投影面积最小，模具结构紧凑，注射机受力均匀。

但这种浇口形式只适于单型腔模具。

直接浇口派生出中心浇口和爪形浇口。

a中心浇口

当筒类或壳类塑件的底部中心或接近于中心部位有通孔时，内浇口就可开设在该孔口处，同时在中心设置分流锥，这种类型的浇口称为中心浇口，如图5-2-10所示。

中心浇口实际上是直接浇口的一种特殊形式，它具有直接浇口的一系列优点，而克服了直接浇口易产生的缩孔、变形等缺陷。

中心浇口其实也是端面进料的环形浇口（下面介绍），在设计时，环形的厚度一般不小于0.5mm。

当进料口环形的面积大于主流道小端面积时，浇口为非限制性浇口；反之，则为限制性浇口。

图5-2-9 直接浇口的形式图5-2-10 中心浇口的形式

b爪形浇口

爪形浇口如图5-2-11所示。

它可在型芯的头部开设流道，如图5-2-11a所示；也可在主流道下端开设流道，如图5-2-11b所示。

爪形浇口加工比较困难，通常用电火花成型。

型芯可用作分流锥，其头部与主流道有自动定心的作用（型芯头部有一段与主流道下端大小一致）。

爪型浇口的缺点与轮幅式浇口类似，主要适用于成型内孔较小且同轴度要求较高的细长管状塑件。

图5-2-11 爪形浇口的形式

三侧浇口

侧浇口在国外称为标准浇口，如图5-2-12所示。

侧浇口一般开设在分型面上，塑料熔体从内侧或外侧充填模具型腔，其截面形状多为矩形（扁槽形），改变浇口的宽度与厚度可以调节熔体的剪切速率及浇口的冻结时间。

这类浇口可以根据塑件的形状选择其位置，加工和修整方便，因此它是应用较广泛的一种浇口形式，普遍用于中小型塑件的多型腔模具，且对各种塑料的成型适应性均较强。

由于浇口截面小，因此去除浇口容易，且不留明显痕迹。

但这种浇口成型的塑件往往有熔接痕存在，且注射压力损失大，对深型腔塑件的排气不利。

图5-2-12a为分流道、浇口、塑件在分型面同一侧的形式；图5-2-12b为分流道、浇口与塑件在分型面两侧的形式，浇口搭接在塑件上；图5-2-12c为分流道与浇口、塑件在分型面两侧的形式，浇口搭接在分流道上。

设计时选择侧向进料还是端面进料，要根据塑件的具体形状而定。

图5-2-12 侧浇口的形式

侧浇口尺寸计算的经验公式如下：

（5-2-6）

（5-2-7）

式中 b——侧浇口的宽度，mm；

A——塑件的外侧表面积，mm2；

t——侧浇口的厚度，mm；

δ——浇口处塑件的壁厚，mm。

侧向进料的侧浇口（见图5-2-12a），对于中小型塑件，一般深度t＝0.5～2.0mm（或取塑件壁厚的1/3～2/3），宽度b＝1.5～5.0mm，浇口的长度l＝0.7～2.0mm；端面进料的搭接式侧浇口（见图5-2-12b），搭接部分的长度l1＝（0.6～0.9）+b/2mm，浇口长度l可适当加长，取l＝2.0～3.0mm；侧面进料的搭接式侧浇口（见图5-2-12c），其浇口长度l可参考端面进料的搭接式侧浇口。

侧浇口派生出扇形浇口、平缝浇口、环形浇口和轮幅式浇口。

a扇形浇口

扇形浇口是一种沿浇口方向宽度逐渐增加而厚度逐渐减小的呈扇形的侧浇口，如图5-2-13所示，常用于扁平而较薄的塑件，如盖板、标卡和托盘类等。

通常在与型腔结合处形成长l＝1～1.3mm、厚t＝0.25～1.0mm的进料口，进料口的宽度b可视塑件的大小而定，一般取6mm到交口处型腔宽度的1/4，整个扇形的长度L可取6mm左右，塑料熔体通过它进入型腔。

采用扇形浇口，可使塑料熔体在宽度方向上的流动得到更均匀的分配，塑件的内应力因之较小，还可避免流纹及定向效应带来的不良影响，减少带入空气的可能性，但浇口痕迹比较明显。

图5-2-13 扇形浇口的形式

b平缝浇口

平缝浇口又称薄片浇口，如图5-2-14所示。

这类浇口宽度很大，厚度很小，几何上成为一条窄缝，与特别开设的平行流道相连。

熔体通过平行流道与窄缝浇口得到均匀分配，以较低的线速度平稳均匀地流入型腔，降低了塑件的内应力，减少了因取向而造成的翘曲变形。

这类浇口的宽度b一般取塑件长度的25%～100%，厚度t＝0.2～1.5mm，长度l＝1.2～1.5mm。

平缝浇口主要用来成型面积较大的扁平塑件，但浇口的去除比扇形浇口更困难，浇口在塑件上的痕迹也更明显。

图5-2-14 平缝浇口的形式

c环形浇口

对型腔充填采用圆环形进料形式的浇口称环形浇口，如图5-2-15所示。

环形浇口的特点是进料均匀，圆周上各处流速大致相等，熔体流动状态好，型腔中的空气容易排出，熔接痕可基本避免。

图5-2-15a所示为内侧进料的环形浇口，浇口设计在型芯上，浇口的厚度t=0.25～1.6mm，长度l =0.8～1.8mm；图5-2-15b所示为端面进料的搭接式环形浇口，搭接长度l1=0.8~1.2mm，总长l＝2～3mm；图5-2-15c为外侧进料的环形浇口，其浇口尺寸可参考内侧进料的环形浇口。

实际上，前述的中心浇口也是一种端面进料的环形浇口。

环形浇口主要用于成形圆筒形无底塑件，但浇注系统耗料较多，浇口去除较难，浇口痕迹明显。

图5-2-15 环形浇口的形式

d轮幅式浇口

轮幅式浇口是在环形浇口基础上改进而成，由原来的圆周进料改为数小段圆弧进料，浇口尺寸与侧浇口类似，如图5-2-16所示。

这种形式的浇口耗料比环形浇口少得多，且去除浇口容易。

这类浇口在生产中比环形浇口应用立广泛，多用于底部有大孔的圆筒形或壳型塑件。

图5-2-16a所示为内侧进料的轮幅式浇口；图5-2-16b所示为端面进料的搭接式轮幅式浇口。

轮幅式浇口的缺点是增加了熔接痕，这会影响塑件的强度。

图5-2-16 轮幅式浇口的形式

四点浇口

点浇口又称针点浇口或菱形浇口，是一种截面尺寸很小的浇口，俗称小浇口，如图5-2-17所示。

这类浇口由于前后两端存在较大的压力差，可较大程度地增大塑料熔体的剪切速率并产生较大的剪切热，从而导致熔体的表观粘度下降，流动性增加，有利于型腔的充填，因而对于薄壁塑件以及诸如聚乙烯、聚丙烯等表观粘度随剪切速率变化敏感的塑料成型有利，但不利于成型流动性差及热敏性塑料，也不利于成型平薄易变形及形状非常复杂的塑件。

点浇口的设计形式有许多种。

图5-2-17a所示为直接式，直径为d的圆锥形的小端直接与塑件相连。

图5-2-17b所示为点浇口的另一种形式，圆锥形的小端有一端直径为d、长度为l的浇口与塑件相连，但这种形式的浇口直径d不能太小，浇口长度l也不能太长，否则脱模时浇口凝料会断裂而堵塞浇口，影响正常的注射生产。

上述两种形式的点浇口制造方便，但去除浇口时容易损伤塑件，浇口也容易磨损，仅适于批量不大的塑件成型和流动性好的塑料。

图5-2-17c所示为圆锥形小端带有圆角的形式，其截面积相应增大，塑料冷却减慢，注射过程中型芯受到的冲击力要小一些，但加工不如上述两种方便。

图5-2-17d所示为点浇口底部增加一个小凸台的形式，其作用是保证脱模时浇口断裂在凸台小端处，从而使塑件表面不受损伤，但塑件表面遗留有高起的凸台，影响其表面质量，为了防止这种缺陷，在设计时可让小凸台低于塑件的表面。

图5-2-17e是适用于一模多腔或一个较大塑件多个点浇口的形式。

点浇口的各种尺寸如图5-2-17所示，d＝0.5～1.5mm，最大不超过2mm，l＝0.5~2mm，常取1.0～1.5mm，l0＝0.5～1.5mm，l1＝1.0～2.5mm，α＝6°～15°，β＝60°～90°。

点浇口的直径也可以用下面的经验公式计算：

（5-2-8）

式中 d——点浇口的直径，mm；

δ——塑件在浇口处的壁厚，mm；

A——型腔表面积，mm2。

采用点浇口进料的浇注系统时，在定模部分必须增加一个分型面，用于取出浇注系统的凝料。

图5-2-17 点浇口的各种形式

点浇口派生出潜伏浇口、牛角浇口。

潜伏浇口

潜伏浇口又称剪切浇口，由点浇口变异而来。

这类浇口的分流道位于模具的分型面上，而浇口却斜向开设在模具的隐蔽处。

塑料熔体通过型腔的侧面或推杆的端部充入型腔，因而塑件外表面不受损伤，不致因浇口痕迹而影响塑件的表面质量与美观效果。

潜伏浇口的形式如图5-2-18所示。

图5-2-18a所示为浇口开设在定模部分的形式；图5-2-18b所示为浇口开设在动模部分的形式；图5-2-18c所示为浇口开设在推杆的上部而进料口在推杆上端的形式。

图5-2-18 潜伏浇口的形式

潜伏浇口一般是圆形截面，其尺寸设计可参考点浇口。

潜伏浇口的锥角β取10°~20°，倾斜角α为45°～60°，推杆上进料口宽度为0.8～2mm，视塑件大小而定。

潜伏浇口与型腔相连时有一定角度，形成了能切断浇口的刃口，这一刃口在脱模或分型时形成的剪切力可将浇口自动切断，不过，对于较强韧的塑料则不宜采用。

综上所述，不同的浇口形式对塑料熔体的充填特性、成型质量和塑件的性能会产生不同的影响。

各种塑料因其性能的差异而对不同形式的浇口有不同的适应性，设计模具时可参考表5-2-2所列部分塑料所适应的浇口形式。

需要指出的是，表5-2-2仅是生产经验的总结，如果针对具体生产实际，能处理好塑料的性能、成型工艺条件及塑件的使用要求，即使采用了表中所列出的不适应的浇口形式，仍有可能取得注射成型的成功。

表5-2-2 常用塑料所适应的浇口形式

浇口形式

塑料种类

直接浇口

侧浇口

平缝浇口

点浇口

潜伏浇口

环形浇口

硬聚氯乙烯（HPVC）

＋

聚乙烯（PE）

＋

聚丙烯（PP）

＋

聚碳酸脂（PC）

＋

聚苯乙烯（PS）

＋

橡胶改性苯乙烯

＋

聚酰胺（PA）

＋

聚甲醛（POM）

＋

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