文/ HMM Solutions公司 Chuck Azzopardi

合理選擇注塑機(jī)噴嘴

文/ HMM Solutions公司 Chuck Azzopardi

近年來，噴嘴設(shè)計(jì)方面的改進(jìn)不斷取得進(jìn)展，克服了以往過濾、混合和截流式噴嘴很多的局限性，選擇一款合適的噴嘴將為成型商們優(yōu)化注塑成型工藝帶來極大的助力。

在當(dāng)今全球化的制造環(huán)境中，成型商們正在通過一切可能的方式優(yōu)化他們的注塑成型工藝，而各種機(jī)器噴嘴為實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)提供了助推力。如今的注塑機(jī)噴嘴可以提供多種功能，包括熔體流的過濾、混合和截流。

通過噴嘴過濾器盡可能地減少因熔體流中的異物或污染物而堵塞澆口和/或熱流道尖梢，可以延長(zhǎng)正常的運(yùn)行時(shí)間，并減小澆口和熱流道尖梢的損傷。在成型壓機(jī)中使用添加劑（如著色劑）的成型商們，通常采用混料噴嘴來增強(qiáng)添加劑的分散和混合，以提高成型部件的質(zhì)量，降低添加劑的用量和成本。截流式噴嘴可以盡可能地減少成型操作中的淌料，在這種操作中，壓機(jī)經(jīng)常與模具分開，例如在很多的二次注射成型應(yīng)用中。

模塊式噴嘴的設(shè)計(jì)

噴嘴的設(shè)計(jì)要使其容易安裝到注塑機(jī)料筒上，這意味著每個(gè)噴嘴的后端要針對(duì)與其配合使用的特定機(jī)器料筒來訂制螺紋。因此，每個(gè)噴嘴往往與一款特定類型和尺寸的注塑機(jī)一同使用。

一些噴嘴采用單件式結(jié)構(gòu)，這類噴嘴的初始費(fèi)用較低。而另一些噴嘴采用模塊化設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)，它們通常會(huì)針對(duì)噴嘴體、機(jī)器接口和模具接口提供單獨(dú)的零部件。模塊化設(shè)計(jì)有許多優(yōu)點(diǎn)，其中最主要的優(yōu)點(diǎn)之一是單個(gè)的噴嘴體能與多個(gè)料筒和多個(gè)模具連接。

在模塊化設(shè)計(jì)中，與注射料筒連接的接口是與噴嘴體分開的，這使得噴嘴體可以在采用不同料筒螺紋規(guī)格的多種設(shè)備上運(yùn)行。每個(gè)獨(dú)立的接口擁有與其配合使用的料筒相匹配的螺紋規(guī)格，并與特定的注塑設(shè)備相連接，而每臺(tái)注塑機(jī)有一個(gè)共同的接口連接到噴嘴體。通過這種方式，噴嘴體可以很容易地安裝到成型工廠中使用的各種料筒上。

另外，噴嘴的前端也是訂制的，以確保它能與配合的模具注道襯套半徑相匹配，并適當(dāng)連接。模塊化噴嘴設(shè)計(jì)還包括易于交換的模塊化尖梢，這使成型商可以采用多個(gè)尖梢，從而允許一個(gè)噴嘴與多個(gè)模具合理連接，而這些模具可以有不同的注道襯套規(guī)格。

網(wǎng)疊噴嘴過濾器

噴嘴過濾器有多種不同款式，它們能捕獲熔體流中的污染物，防止這些顆粒進(jìn)入模具和成型部件中。最常見的一種噴嘴過濾器被稱為“網(wǎng)疊”。它由一個(gè)有許多小孔的金屬圓盤構(gòu)成，沿著機(jī)器噴嘴流道的內(nèi)徑插入。當(dāng)熔體通過噴嘴流道時(shí)會(huì)遇到金屬圓盤，并通過小直徑的孔被擠壓。大于這些孔的微?；蛭廴疚飳⒈徊东@，防止其進(jìn)入模具中。

網(wǎng)疊的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、成本低，且在金屬圓盤中訂制孔直徑也比較容易。但是，網(wǎng)疊也有很多局限，第一個(gè)且非常重要的一點(diǎn)是，為了確保金屬圓盤在注射壓力下保持結(jié)構(gòu)完整性，實(shí)心金屬的面積要大于金屬圓盤所包含的小孔的總面積?；诖艘?，網(wǎng)疊相當(dāng)于將流道面積至少減少了50%，這會(huì)在熔體通過網(wǎng)疊時(shí)產(chǎn)生一個(gè)明顯且較大的壓力降，這種壓力降大到足以影響加工窗口，這對(duì)很多成型商而言是無法接受的。大多數(shù)的成型商不使用網(wǎng)疊或者將它們用于需要這種壓力的注塑機(jī)和/或模具上。

網(wǎng)疊的另一個(gè)缺點(diǎn)是，有效捕獲的粒子或污染物會(huì)阻塞金屬圓盤上的小孔。一旦有孔被堵塞，熔體的有效流動(dòng)面積將進(jìn)一步減少，從而導(dǎo)致壓力降的額外增加。

隨著更多的污染物被捕獲，壓力降將持續(xù)上升。在某一時(shí)刻，當(dāng)捕獲到足夠的污染物時(shí)，壓力降會(huì)阻止正常的成型，此時(shí)，網(wǎng)疊必須進(jìn)行清理，這也暴露出這種噴嘴設(shè)計(jì)的第三個(gè)缺點(diǎn)。

要清潔過濾網(wǎng)，噴嘴必須先冷卻下來，然后拆卸，以便于將網(wǎng)疊從噴嘴過濾器中取出，然后對(duì)其進(jìn)行清洗或更換。清潔后網(wǎng)疊再插入到噴嘴過濾器中，然后重新裝上噴嘴。重新安裝后，機(jī)器噴嘴就可以恢復(fù)到適當(dāng)?shù)墓ぷ鳒囟龋匦麻_始成型。從成型關(guān)閉到冷卻、拆卸、清洗、重新安裝再到加熱，整個(gè)過程可能需要2 h甚至更長(zhǎng)的時(shí)間，這取決于設(shè)備噴嘴的尺寸。

間隙-過濾器噴嘴

熔體過濾器的另一種設(shè)計(jì)是間隙過濾器，有時(shí)也被稱為“邊緣過濾器”。間隙過濾器將熔體的過濾旋轉(zhuǎn)了90°，這樣允許以一個(gè)更大的流動(dòng)面積進(jìn)行過濾，從而顯著減小了壓力降，這是其與網(wǎng)疊相比，最顯著的特點(diǎn)之一。

間隙過濾器呈圓柱形。外徑精確加工，使它能以最小間隙滑入噴嘴體的內(nèi)徑孔中。沿著間隙過濾器的外徑有偶數(shù)數(shù)目的流道，形成多根平行、縱向的熔體流道。

加工過的槽流道相互靠近，每個(gè)流道僅用一面鋼制薄壁分隔。換言之，鋼制薄壁是流道的側(cè)壁。當(dāng)間隙過濾器滑入噴嘴的內(nèi)徑孔時(shí)，噴嘴的內(nèi)徑在加工過的槽上形成一個(gè)蓋子，完全封閉熔體流道。

加工過的槽流道在間隙過濾器的兩端近處停下，然后于過濾器的一側(cè)，在每根加工過的槽中鉆孔，使熔體可以從噴嘴的注射料筒側(cè)流入每根熔體流道槽中。于圓筒的模具一端，也在交替的熔體流道槽中鉆孔，使熔體可以從所有加工過的槽中流出，進(jìn)入模具中。

此時(shí)，熔體可以通過這些槽熔體流道中的一半從注射料筒流入間隙過濾器中。熔體流到槽流道的末端后，被困在間隙過濾器內(nèi)，沒有辦法通過加工槽熔體流道離開過濾器進(jìn)入模具中。

加工槽任意一端上的鋼制壁或薄肋加工得略微向下。這樣在鋼制薄壁或肋之間形成了一個(gè)預(yù)先確定的“間隙”，把每個(gè)加工槽熔體流道和機(jī)器噴嘴內(nèi)孔分開。這些間隙使熔體可以在分隔相鄰加工槽熔體流道的薄壁上通過。如此，熔體可以通過流過肋的頂部繼續(xù)從一個(gè)槽流道穿過進(jìn)入相鄰的槽流道。加工的間隙大小決定了熔體從一個(gè)流道進(jìn)入相鄰流道的難易程度，且設(shè)定了在肋頂部和機(jī)器噴嘴內(nèi)徑之間的間隙中將要捕獲的粒子或污染物的尺寸。

在肋頂部和噴嘴過濾器內(nèi)徑之間形成的多個(gè)間隙的流動(dòng)總面積明顯大于網(wǎng)疊的流動(dòng)總面積，這有利于熔體的流動(dòng)，從而顯著減少了壓力降。此設(shè)計(jì)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)污染物被捕獲時(shí)，它堵塞流道的百分比更小。因此，在壓力降明顯增加以前，可以通過間隙式過濾器捕獲相當(dāng)多的污染物。采用間隙過濾器，在運(yùn)行一段時(shí)間并捕獲了大量污染物后，其壓力降可能仍比干凈的網(wǎng)疊低。較低的壓力降使成型機(jī)可以過濾熔體，對(duì)加工窗口的影響更小。

值得一提的是，有的間隙過濾噴嘴采用了特別的設(shè)計(jì)，在清除污染物時(shí)不必從噴嘴上拆卸過濾器。此設(shè)計(jì)盡可能地縮短了清洗過程的停機(jī)時(shí)間，因?yàn)閲娮爝^濾器可以在注射與注射之間的幾分鐘內(nèi)被清洗干凈。

這是一種間隙過濾器噴嘴，它在軸向熔體流道之間的薄肋上過濾熔體，可以提供比網(wǎng)疊過濾器噴嘴更低的壓力降和更長(zhǎng)的清洗間隔

間隙過濾器噴嘴的特別清機(jī)版。為了清機(jī)，噴嘴尖梢的螺紋向前約5 mm，然后清除料筒中的材料。截留在過濾器中的污染物會(huì)通過旁路通道噴出噴嘴尖梢

混料噴嘴

混料噴嘴確保了添加劑（如著色劑）分散的均勻性、一致性，使這些添加劑的作用得到了最大限度的發(fā)揮，同時(shí)還有助于獲得更均一的熔體，包括溫度分布。一些混料噴嘴會(huì)由于流道體積的變化，在熔體流經(jīng)噴嘴時(shí)產(chǎn)生其他較高和較低的壓力區(qū)域；一些混料噴嘴會(huì)引入對(duì)熔體而言不可接受的剪切或應(yīng)力水平。附加的剪切和/或應(yīng)力對(duì)于敏感材料（如PET）是一個(gè)特別重要的問題。

“三重作用”的混料噴嘴把熔體疊合在其自身上，確保了熔體混合過程的輕緩。當(dāng)熔體進(jìn)入噴嘴時(shí)，它被引導(dǎo)到最外層，在那里順時(shí)針的螺旋流道開始旋轉(zhuǎn)熔體。然后螺旋流道內(nèi)徑上的開槽孔把物料向內(nèi)移動(dòng)到第二組逆時(shí)針的螺旋流道中，當(dāng)它開始向反方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，再次疊合熱塑性熔體于自身。這些流道內(nèi)的小直徑孔使熔體可以向內(nèi)前進(jìn)到另一層，在那里會(huì)碰到最后的順時(shí)針螺旋流徑，以相反的方向第三次疊合材料。

這種三重作用保證了熔體輕緩而徹底的混合。當(dāng)熔體沿噴嘴向內(nèi)前進(jìn)時(shí)，它通過的槽和小直徑孔提供了過濾功能。濾器的尺寸可以按照成型機(jī)的規(guī)格訂制。

當(dāng)熔體通過具有三重作用的混料噴嘴時(shí)，鑒于其流過的流徑具有復(fù)雜的形狀，因此改變顏色可能需要更多的注射。對(duì)于進(jìn)行頻繁的顏色變化同時(shí)采用三重作用混料噴嘴的成型商，一個(gè)簡(jiǎn)單的解決方案是采用兩個(gè)混料噴嘴。當(dāng)改變顏色時(shí)，成型商只需替換噴嘴即可。然后可以清潔從機(jī)器上拆下的混料噴嘴，并為下一次的顏色變化作好準(zhǔn)備。在顏色改變之間進(jìn)行清洗有其他的好處，這可以清洗出已由混料噴嘴捕獲的污染物。

過濾的尺寸和三重作用噴嘴的輕緩混合動(dòng)作可以最大限度地減小熔體通過噴嘴時(shí)所承受的壓力降和剪切，這使得三重作用混料噴嘴成為了剪切敏感的熱塑性塑料（包括PET和濃色母料）和/或其他添加劑的理想選擇。

三重作用混料噴嘴使用復(fù)雜的形狀來保證熔體充分混合，采用3個(gè)交替的旋轉(zhuǎn)來輕緩地疊合熔體3次。它還提供了一個(gè)可微調(diào)的熔體過濾

外部驅(qū)動(dòng)的截流式噴嘴使用液壓或氣壓缸來驅(qū)動(dòng)一個(gè)截流機(jī)制。截流機(jī)制可以使用各種方法，包括這個(gè)剖面圖中顯示的旋轉(zhuǎn)截流

截流式噴嘴

在一些成型應(yīng)用中，如一些多次注射的注塑作業(yè)，噴嘴在每次注射后要退離模具。針對(duì)這些應(yīng)用，最大限度地減少噴嘴的淌料十分關(guān)鍵。

有各種設(shè)計(jì)可以用來截流熔體，包括截流式銷或針、球閥截流和片型截流等；還有各種方法用于啟動(dòng)截流，包括液壓、氣動(dòng)或彈簧。截流可通過注塑成型壓機(jī)或注射壓力本身觸發(fā)電子元件來定時(shí)。

為了簡(jiǎn)化過程和減少在某些情況下可能導(dǎo)致災(zāi)難性失敗的錯(cuò)誤，截流式操作在大多數(shù)的應(yīng)用中會(huì)自動(dòng)發(fā)生。截流式噴嘴也可以包含一個(gè)內(nèi)置的安全功能，它能確保在壓機(jī)空轉(zhuǎn)加熱一段較長(zhǎng)時(shí)間時(shí)噴嘴不會(huì)過壓。

通過注射壓力打開的彈簧操作機(jī)構(gòu)，能以簡(jiǎn)單、直接且可靠的方式完成這個(gè)任務(wù)。一旦注射壓力達(dá)到預(yù)定的水平時(shí)，彈簧被壓縮，使熔體可以流過針形閥，只要注射壓力保持在預(yù)定的水平，針型閥會(huì)始終保持打開。當(dāng)注射壓力低于這個(gè)水平時(shí)，彈簧推動(dòng)針型閥向前進(jìn)入關(guān)閉位置，自動(dòng)截住熔體的流動(dòng)。

彈簧針形截流設(shè)計(jì)具有自動(dòng)操作的優(yōu)勢(shì)，無需人工、傳感器或外部驅(qū)動(dòng)裝置的干預(yù)，也不需要液壓、氣動(dòng)連接或控制器。因此，每當(dāng)一個(gè)模具放入壓機(jī)中，它馬上可以運(yùn)行，無需調(diào)整。

自動(dòng)截流式噴嘴使用一個(gè)高品質(zhì)的耐熱彈簧，以提供一種簡(jiǎn)單有效的截流機(jī)制，它不需要操作人員設(shè)置或干預(yù)

在一些應(yīng)用中使用的彈簧包含在噴嘴中并被熔融的熱塑性塑料包圍，它們要求質(zhì)量高、耐用且耐高溫，以確保彈簧在熔融溫度下隨著時(shí)間的延長(zhǎng)不會(huì)退火，這點(diǎn)非常重要。為了盡量減少熔體損壞彈簧的可能性，截流式噴嘴的所有部件必須要精密加工。

如果料筒在一段時(shí)間里無人看管而進(jìn)行加熱，彈簧針的內(nèi)置安全功能在此時(shí)會(huì)發(fā)揮其作用，以防止噴嘴和/或注射料筒開始積累壓力。采用外部驅(qū)動(dòng)的閥，可能會(huì)保持關(guān)閉，甚至在壓力增加時(shí)也是如此。如果閥在升高的壓力下打開，熔體可能會(huì)失控地從機(jī)器噴嘴中射出，形成潛在的不安全狀況。更糟糕的是，如果閥不及時(shí)開啟釋放壓力，在很少或沒有警告的情況下，可能再次導(dǎo)致潛在的危險(xiǎn)狀況。

采用彈簧驅(qū)動(dòng)，一旦壓力達(dá)到預(yù)定的水平，不論是因?yàn)槌尚椭芷谝呀?jīng)被故意停止，還是因?yàn)樵跓o人值守時(shí)注射料筒中的壓力上升，彈簧將自動(dòng)開啟針形閥，在損壞或?yàn)?zāi)難發(fā)生之前釋放壓力。