洪慎章

(上海交通大學(xué)塑性成形技術(shù)與裝備研究院，上海 200030)

（接上期）

無(wú)流道凝料注塑、反應(yīng)注塑和氣體輔助注塑等工藝，對(duì)于熱固性塑料、橡膠、 泡沫塑料等材料，都有對(duì)應(yīng)的專門(mén)結(jié)構(gòu)的注塑模。在了解注射的制件、材料、工藝和設(shè)備的基礎(chǔ)上，不難掌握這些特種注塑模的設(shè)計(jì)。

6.1 熱流道注塑模

前面介紹的澆注系統(tǒng)是一般注塑模常用的， 具有各部分的典型結(jié)構(gòu)及作用， 故亦稱普通澆注系統(tǒng)。 這類澆注系統(tǒng)的特點(diǎn)是塑件脫模后有澆注系統(tǒng)凝料連接在塑件上， 要用人工或機(jī)械的方法另行切除 (點(diǎn)澆口與潛伏澆口可自動(dòng)切除)， 降低了生產(chǎn)率。切除下來(lái)的澆注系統(tǒng)凝料需再作繁瑣的處理(粉碎、染色、造粒)后才能回用，且加入過(guò)多的澆注系統(tǒng)回收料會(huì)明顯降低塑件質(zhì)量。因此，如何減少澆注系統(tǒng)凝料或無(wú)澆注系統(tǒng)凝料便成為澆注系統(tǒng)改進(jìn)、革新和發(fā)展的重要方向。 目前已出現(xiàn)了多種形式的熱流道澆注系統(tǒng)。這類澆注系統(tǒng)在塑件脫模后只有塑件本身而無(wú)澆注系統(tǒng)凝料，故這類澆注系統(tǒng)亦稱無(wú)流道澆注系統(tǒng)。實(shí)際上仍有流道，只是無(wú)疑料而已。

這種澆注系統(tǒng)的主要原理是在每次注射完畢后澆注系統(tǒng)中的塑料不凝固， 塑件脫模時(shí)就不必同時(shí)將澆注系統(tǒng)脫出。由于澆注系統(tǒng)中的塑料沒(méi)有凝固，在下一次注射時(shí)澆注系統(tǒng)通道仍然暢通，熔融塑料繼續(xù)注入型腔。

熱流道注塑模是無(wú)流道凝料注塑模中常見(jiàn)的一種。因此，下面先介紹無(wú)流道凝料注塑模的特征。

6.1.1 無(wú)流道凝料注塑成型

澆注系統(tǒng)凝料的存在不僅浪費(fèi)原材料和增加注塑機(jī)的能耗，而且也增加了流道贅物處理工序。采用無(wú)流道凝料的注塑成型方法，可降低生產(chǎn)總成本。

6.1.1.1 無(wú)流道凝料注塑

熱塑性塑料的無(wú)流道凝料注塑成型，是對(duì)模具的澆注系統(tǒng)采用絕熱或加熱方法，使其塑料熔體始終保持熔融狀態(tài)，從而避免產(chǎn)生澆注系統(tǒng)凝料。熱塑性塑料無(wú)流道注塑成型模具分為絕熱流道注塑模和熱流道注塑模兩大類。熱固性塑料的無(wú)流道凝料注塑成型與熱塑性塑料成型相仿，也是使?jié)沧⑾到y(tǒng)塑料熔體不固化，維持可流動(dòng)狀態(tài)。熱固性塑料的無(wú)流道凝料注塑主要是溫流道注塑模。

無(wú)流道注塑成型由于在注塑中無(wú)需取流道凝料，結(jié)構(gòu)均為二板模，所需開(kāi)模行程較一般模具短，也無(wú)需固化和取出流道凝料的時(shí)間，縮短了注射周期。這種成型方法也較容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。但是無(wú)流道注塑成型存在對(duì)塑料品種的適用問(wèn)題，具有下述性能的塑料較適合此種成型方法:

（1）熔融溫度范圍寬，黏度變化小，熱穩(wěn)定性好。即使在較低溫度下也有較好的流動(dòng)性，不固化；在較高溫度下，不流延，不分解。熔體能較容易進(jìn)行溫度控制。

（2）熔體黏度對(duì)壓力敏感，在低溫低壓下也能有效控制流動(dòng)。

（3）物料的熱變形溫度高，固化快。

（4）塑料的比熱容低，易于熔化和固化。

因此，采用無(wú)流道成型最多的是聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯和ABS。低黏度聚酰胺和高黏度聚碳酸酯就較為困難。熱穩(wěn)定性差的聚甲醛和聚氯乙烯也很少有成功的例子。

無(wú)流道注塑成型是項(xiàng)綜合性強(qiáng)、難度較高的技術(shù)。長(zhǎng)期穩(wěn)定地投產(chǎn)涉及模具設(shè)計(jì)和制造水平、嚴(yán)格的注射工藝規(guī)范、熱工儀表的自動(dòng)控制可靠等多方面因素。以下幾個(gè)原因使目前尚不能普遍采用無(wú)流道注塑成型:

（1）模具設(shè)計(jì)、制造和維護(hù)要有較高技術(shù)。無(wú)流道注塑模不同于一般注塑模，既要保證流道和澆口的絕熱和加熱，又有塑料件的冷卻問(wèn)題。流道和型腔各位置的壓力和溫度控制不當(dāng)，就會(huì)影響連續(xù)生產(chǎn)。

（2）在成型生產(chǎn)前需很長(zhǎng)的調(diào)試時(shí)間。

（3）模具成本高，不適合小批量生產(chǎn)。

（4）不適用某些塑料品種和注塑周期長(zhǎng)的塑料件。

6.1.1.2 絕熱流道注塑模

絕熱流道注塑模的流道截面相當(dāng)粗大。流道壁面附近的塑料冷凝成一個(gè)完全或半熔化的固化層。塑料的導(dǎo)熱性差，以致流道中心部位塑料在連續(xù)注塑時(shí)保持熔融狀態(tài)。由于不進(jìn)行流道的輔助加熱，其中的塑料容易固化。要求注塑成型周期短，并僅限于聚乙烯和聚丙烯的小型制件。當(dāng)注塑機(jī)停止生產(chǎn)時(shí)，要清除凝料才能再次開(kāi)機(jī)。

（1）井坑式噴嘴 井坑式噴嘴又稱絕熱主流道，是一種結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單、單型腔的絕熱流道注塑模。它僅適合注射周期小于20 s的制件。

井坑式噴嘴結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖316。在注塑機(jī)噴嘴頭部和澆口之問(wèn)，設(shè)置了一個(gè)主流道杯。杯內(nèi)有一個(gè)截面較大的錐形貯料井，容積約取制件體積的 0.3～0.5倍。井壁四周塑料皮層為絕熱層，使中部熔體在壓力下注入型腔。圖316(a)中主流道杯與定模板之間的空氣隙，也起絕熱層作用。

注塑機(jī)的噴嘴工作時(shí)伸進(jìn)主流道杯中，兩者應(yīng)很好地貼合。貯料井直徑不能太大，要防止熔體反壓使噴嘴后退產(chǎn)生漏料。圖316(b)所示是一種浮動(dòng)式主流道杯。

彈簧使流道杯壓在噴嘴上又可隨其后退，保證貯料井中的塑料得到噴嘴的供熱。

圖316 井坑式噴嘴

（2）多型腔絕熱流道注塑模 其分流道為圓截面，直徑常取16～32 mm。成型周期越長(zhǎng)，直徑越大。在分流道板與動(dòng)模板之間設(shè)置氣隙， 也減小了接觸面，如圖317所示。在停車后流道內(nèi)塑料全部凝結(jié)。應(yīng)在分流道的中心線上設(shè)置能啟閉的分型面，以便下次注塑時(shí)徹底清理流道凝料。流道轉(zhuǎn)彎和交會(huì)處都應(yīng)該是圓滑過(guò)渡，可減小流動(dòng)阻力。

圖317 主流道式澆口多腔熱流道注塑模

圖317 所示是主流道式直接澆口的多腔絕熱流道注塑模。 如圖317(a)所示， 澆口的始端突入分流道中，使部分直澆口處于分流道的絕熱皮層的保溫之下。 如圖316(b)所示，直接澆口襯套四周增設(shè)了加熱圈， 澆口襯套與動(dòng)模之間都有氣隙絕熱。主流道式澆口的塑料制件脫模后，帶有一小段澆口凝料。如果成型周期長(zhǎng)，則可在澆口中央插入棒狀加熱器，需要時(shí)通電加熱。

6.1.1.3 半絕熱流道注塑模

采用絕熱分流道時(shí)，為了避免澆口在注射動(dòng)作間歇時(shí)凝結(jié)，可采用半絕熱流道注塑模。其結(jié)構(gòu)與絕熱流道注塑模相似，只是澆口始端和分流道之間加設(shè)加熱探針。并使該探針尖端伸到點(diǎn)澆口中心 (見(jiàn)圖318)。這就可以使?jié)部诟浇娜廴谒芰霞訜?，不發(fā)生固化，如設(shè)計(jì)合理，可將注射間隙時(shí)間延長(zhǎng)到2～3 min。由于分流道主體不加熱，需設(shè)置分流道分型面，模具流道部分的溫度[見(jiàn)圖318(a) 中 A段]應(yīng)高于型腔部分的溫度[見(jiàn)圖318(a) 中 B 段]。三角形的翼片可改善其對(duì)中性，但翼片與流道壁之間應(yīng)采取絕熱措施，以提高熱效率[見(jiàn)圖318(a) 探針?lè)糯髨D]。對(duì)多型腔模具，應(yīng)設(shè)置相應(yīng)數(shù)量的探針和加熱系統(tǒng)，以保證各澆口處的塑料熔體既不凝結(jié)也不因溫度過(guò)高而流延。

6.1.2 熱流道注塑模設(shè)計(jì)

設(shè)置加熱器使?jié)沧⑾到y(tǒng)內(nèi)塑料保持熔融狀態(tài)的熱流道注塑模，由于能有效維護(hù)流道溫度恒定，使流道中的壓力能良好傳遞，壓力損失小。這樣可適當(dāng)降低注射溫度和壓力，減小了塑料制件內(nèi)殘余應(yīng)力。比起絕熱流道注塑模，它所適用的塑料品種較廣，也適用于多個(gè)點(diǎn)澆口的較大制件。但是，由于熱流道模具同時(shí)具有加熱、測(cè)溫、絕熱和冷卻等裝置，模具結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，厚度增加且成本更高。熱流道模具對(duì)溫度控制精度要求高，防止熱平衡失調(diào)是個(gè)難題。在生產(chǎn)中不允許塑料中有異物將點(diǎn)澆口堵死。

6.1.2.1 延伸式噴嘴

延伸式噴嘴的注塑模是熱流道的單型腔模。它適用于能采用點(diǎn)澆口的各種塑料和單個(gè)點(diǎn)澆口的塑料制件。

圖319所示為各種延伸式噴嘴，它們有共同的特點(diǎn)。首先，噴嘴本身用電熱圈加熱，應(yīng)有溫度測(cè)量和單獨(dú)的調(diào)溫系統(tǒng)。通常要求噴嘴溫度稍高于機(jī)筒溫度5～20℃。其次，高溫的噴嘴鄰接或直接成型塑料件，故須對(duì)模具絕熱以免妨礙塑料件的固化，并在注射保壓后噴嘴脫離模具。盡量減小噴嘴與模具的接觸面積，常用氣隙和塑料皮層絕熱。再次，噴嘴的口徑實(shí)為型腔的澆口，是直徑大致為 0.8～l.2 mm的點(diǎn)澆口。噴嘴通常是為模具專門(mén)設(shè)計(jì)的，并用優(yōu)質(zhì)淬火鋼制造。

圖318 帶加熱探針的半絕熱流道注塑模

圖319 延伸式噴嘴

圖319 (a)所示為球形噴嘴伸入模具的點(diǎn)澆口套。澆口處型腔壁厚達(dá)l.6 mm，呈倒錐出口。為防止該處在噴嘴沖撞下強(qiáng)度不足，噴嘴有凸肩定位并承受大部分壓力。為增大絕熱效果，在噴嘴與澆口套之間增設(shè)形成內(nèi)外氣隙的襯套。圖319(b)所示為錐形噴嘴，前端具有較大錐度，并帶有氣隙槽。為防止熱膨脹咬合，噴嘴必須有承壓臺(tái)肩。該噴嘴端面是型腔的一部分。由于它更能伸入模內(nèi)，所以可加中間襯套，開(kāi)割氣隙槽并引入冷卻水。圖319(c)的成型噴嘴前端是制件外形的一部分，會(huì)留下明顯痕跡。此成型面積以小為好，以加快塑料件的冷卻。成型面有平面，也有凹或凸的曲面。圖319(c)所示噴嘴必須對(duì)注射座定位，承受其驅(qū)動(dòng)液壓缸的壓力。噴嘴也可用其凸肩在模具上定位，以控制成型部分壁厚尺寸。噴嘴前端與模具孔的配合須考慮熱膨脹，又要防止出現(xiàn)飛邊。圖319(d)所示為絕熱噴嘴。它以球形的噴嘴頭配以碗形的塑料絕熱皮層。其厚度從中心 0.4～0.5 mm，增加到外側(cè)1.2～1.5 mm。在承壓凸肩上嵌以四氟乙烯密封墊。也可不使用密封墊，改用倒錐承壓有助于噴嘴與澆口杯的同心。同樣需注意模具澆口杯底部的強(qiáng)度和剛度。噴嘴和模具設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)塑料性能和塑料件形狀、尺寸進(jìn)行分析計(jì)算， 圖示尺寸僅供參考。

6.1.2.2 熱流道主澆口

上述延伸式噴嘴需專門(mén)設(shè)計(jì)制造，要替換原注塑機(jī)上噴嘴，生產(chǎn)和管理有諸多不便?，F(xiàn)熱流道噴嘴已經(jīng)系列化和標(biāo)準(zhǔn)化，有專業(yè)廠生產(chǎn)。給注塑模主流道加熱的熱流道噴嘴，稱熱流道主澆口，如圖320所示。熱流道主澆口安裝在定模內(nèi)，并有與注塑機(jī)定模板上定位孔相配的定位圈。它的結(jié)構(gòu)如圖321所示，熱流道主澆口替代原注塑模的主流道杯，有個(gè)與注塑機(jī)噴嘴球頭相配的凹坑，其半徑大于凸球頭，而且主流道直徑須大于注塑機(jī)噴嘴直徑約1 mm。魚(yú)雷狀的分流棱是可供熔料通過(guò)的導(dǎo)熱零件，以保證噴嘴前端的溫度。噴嘴頭是標(biāo)準(zhǔn)化系列化的零件，有各種口徑，有平端或凸起球頭等結(jié)構(gòu)，均可選用并置換。在熱流道主澆口下游，可以是單型腔的成型塑料件，也可以是多型腔的流道板，如圖322所示。圖322中熱流道澆口應(yīng)用在雙分型面的有流道推板的注塑模上，還有應(yīng)用在多型腔的熱流道注塑模上的，如圖323所示。

圖320 熱流道主澆口的應(yīng)用

圖321 熱流道主澆口的結(jié)構(gòu)

圖322 熱流道主澆口用于多型腔的雙分型面的注塑模

圖323 熱流道注塑模安裝

6.1.2.3 熱流道注塑模結(jié)構(gòu)

這類模具結(jié)構(gòu)形式多，使用最廣。圖323是熱流道注塑模的系統(tǒng)安裝圖。在上游有熱流道主澆口，是被加熱的主流道，而且具有一塊由加熱器供熱的流道板，設(shè)有分流道和多個(gè)分澆口噴嘴。被注塑成型的可以是一模多腔塑料件，也可以是多澆口的大型注塑件。注塑大型周轉(zhuǎn)箱、轎車保險(xiǎn)杠等長(zhǎng)流程比的塑料件，加熱熔融的流道物料有利于壓力的傳遞，更需要無(wú)流道凝料的注射。圖324所示是典型大型周轉(zhuǎn)箱熱流道注塑模，它有6個(gè)分澆口噴嘴。主流道較短，沒(méi)有加熱。四側(cè)滑塊由8根斜導(dǎo)柱和兩組斜置液壓缸驅(qū)動(dòng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)側(cè)抽動(dòng)作?；瑝K由定模和動(dòng)模雙重斜楔鎖緊。

圖324 大型周轉(zhuǎn)箱的熱流道注塑模

6.1.2.4 閥式熱流道噴嘴

用一根可啟閉的針形閥芯置于噴嘴中使?jié)部诔蔀殚y門(mén)，在注射保壓階段開(kāi)啟，在冷卻階段關(guān)閉。 這種澆口的口徑比可增大些，能避免異物的堵塞， 也沒(méi)有小澆口凝結(jié)遲早的問(wèn)題， 更可防止?jié)部谌垠w的拉絲和流延，因此， 適用于各種黏度，特別是低黏度的塑料。

用熔體壓力驅(qū)動(dòng)的針芯閥， 依靠注射壓力傳遞到針閥芯前端，克服彈簧力而打開(kāi)澆口，但由于可靠性差，使用不多。工作可靠并已商品化的是液壓驅(qū)動(dòng)的閥式熱流道噴嘴，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖325。閥芯即為驅(qū)動(dòng)液壓缸的活塞桿。它直接利用注塑機(jī)上液壓油和程序控制信號(hào)對(duì)針芯閥進(jìn)行開(kāi)閉。 圖326 所示是多個(gè)液壓缸控制的閥式熱流道噴嘴，用于分澆口，主流道采用加熱噴嘴。 另一種由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的齒輪齒條傳動(dòng)， 控制針閥芯的熱流道噴嘴， 見(jiàn)圖327。它用于主流道噴嘴的針閥控制。此種機(jī)械傳動(dòng)也能同時(shí)驅(qū)動(dòng)幾個(gè)針芯閥的啟閉。

圖325 液壓缸驅(qū)動(dòng)的閥式熱流道噴嘴

圖326 液壓閥式熱流道的應(yīng)用

圖327 液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的閥式熱流道噴嘴