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热流道喷嘴和浇口
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时间: 2018-09-09 21:49 浏览量: 348

      本文介绍热流道注射模喷嘴和浇口的种类,对它们的选择作一些分析讨论。选择喷嘴品种,实质上是选用浇口的形式。热流道喷嘴上浇口是从冷流道系统的浇口演化而来。在塑料熔体充模流动中,它起调节流量的作用。浇口处于热流道系统和冷型腔的交界面上。在每个注射周期中,在塑料熔体注射充模和保压的时间内,浇口要开启畅通。在塑料制品冷却期间,浇口完全闭合。喷嘴和浇口的选择,不但决定了注射成型生产的稳定性,还关系到塑料制件的质量。


1单喷嘴和多喷嘴

      单喷嘴用于一模一腔的注射模,也是电加热的主流道。针阀式单喷嘴如图 1 所示,它的流道要绕过驱动阀针的气缸,结构复杂,体积较大。单喷嘴的浇口也可以是各种开放式结构。

针阀式单喷嘴            主流道型浇口的单喷嘴

图1 针阀式单喷嘴       图2 主流道型浇口的单喷嘴


      图 2 所示单喷嘴的浇口是大直径倒锥,是大流量的开放式浇口。被称为主流道型浇口,也称直接浇口、直浇口,俗称大水口。塑料熔体流经大浇口时的压力损失较小。300mm以上的长喷嘴用这种浇口为好。如果用于一模多腔的注射模,下接冷流道-多浇口。这种混合式的浇注系统,可避免热流道浇口附近,在注塑件上产生流动痕等缺陷。

      见图 1 和图 2 ,单喷嘴的输入端与注塑机的喷嘴头压合时,射入高压高温的塑料熔体。两者的贴合面上,必须防止熔料泄漏和反喷。单喷嘴的凹坑的球半径,必须大于注塑机的喷嘴的球面半径。单喷嘴的入口流道直径,必须大于注塑机的喷嘴直径1mm左右。而且,该单喷嘴的主流道杯零件要有足够的硬度和强度,能够抵御注射机喷嘴的挤压。此主流道杯零件要与喷嘴和模具联接牢固可靠,不能松动。

      多喷嘴也被称为分喷嘴,见图 3~图 8 所示。多喷嘴用于一模多腔,或一模一腔的大型注塑件,有流道分叉和多个浇口。此种多喷嘴的注射模具,有热流道系统的电加热流道板,或称分流板。多喷嘴的输入端的平面,与流道板贴合,防止熔体泄漏。多喷嘴的浇口可以是各种开放式结构。也有针阀式的多喷嘴,见图 3 所示。


2针阀式和开放式喷嘴

      热流道的浇口形式大致可分为针阀式和开放式两种,开放式中又可分为直接式(大水口)、针尖式和侧孔式浇口。针阀式喷嘴采用机械闭合。而开放式喷嘴属于热力闭合。热流道浇口对熔体注射有热工阀的功能,实行周期性的开合。

针阀式多喷嘴                针尖式多喷嘴

                  图3 针阀式多喷嘴          图4 针尖式多喷嘴


      图 3 是装在流道板下的针阀式多喷嘴。它的阀针穿过流道板,由安装在定模固定板上气缸驱动。针阀式浇口适用塑料品种,基本上无限制。塑料熔体在喷嘴中有较大压力降。过长的阀针在熔体压力下容易失稳。针阀式喷嘴使用需要液压油或压缩空气驱动;需要与注射机的操作信号相联接。对于多个针阀式喷嘴,能按程序控制各个喷嘴打开和关闭,可使熔合缝转移到最优位置。也可实现在料流前锋打开喷嘴,成功地消除熔合缝。如图 3 所示针阀式喷嘴,浇口关闭由仪表控制,气缸执行。保证有合适的注射保压时间。而且浇口的痕迹又小。为模具设计师所乐意采用。近年来有应用扩大的趋势。针阀开合可靠,但需注意到针阀式喷嘴结构复杂,价格昂贵。

      图 4 是开放式多喷嘴的针尖式浇口。适用于热流道板下有两个或两个以上喷嘴的热流道注射模。浇口在定模板上,由模具工场加工浇口孔。喷嘴口有导流梭,中间镶有导热良好的铍铜,提高浇口中央的熔料温度。在注塑件表面上只有微小针点痕。浇口附近又有冷却水管,冷却充分。浇口区的温度较低,适合于无定形的ABS、PS和PMMA等塑料,和慢结晶固化PE和PP等塑料。但喷嘴的射出量较小,见表 1 。


3开放式喷嘴的浇口

      开放式喷嘴的浇口在注射充模的过程中,既是节流阀,又是热工阀。塑料熔体是对压力、温度和流动剪切速率敏感的物料。浇口区域的温度取决于浇口结构零件的导热性。取决于浇口内塑料绝热皮层的利用。它们都将影响开放式浇口的启闭。

3.1浇口在模板的喷嘴

     图 5 所示为开放式多喷嘴为侧孔浇口。没有浇口套,浇口在定模板上。由模具工场加工浇口孔。浇口区的温度较低。在注塑件表面上只有微小针点痕。侧孔式与图 4 所示的针尖式浇口相比,塑料熔体从流道中,经锥尖上2~3孔中涌射。流经浇口的压力损失较小。而且在锥尖的浇口孔里壁,能形成绝热皮层。因此,浇口区的温度和充许注射量比针尖式浇口高些。比较适合熔体注射温度较低的ABS、PMMA、PE和PP等塑料。

      图 6 所示为图 5 侧孔式多喷嘴的改进型。侧孔管尖材料的导热性较好。喷嘴的浇口零件装拆较方便。侧孔管尖上有不锈钢套,使它温度稳定。但注射量比前者小些。浇口在定模板上,浇口区的温度较低。在注塑件表面上只有微小针点痕。比较适合熔体注射温度较低的ABS和PE等塑料。

      在一模多腔注塑模中,如果有十几个以上侧孔式或针尖式分喷嘴,浇口孔又都在定模板上。这些喷嘴的安装误差,加上喷嘴二个方向上的热膨胀量不一致。很难保证这些针尖和浇口的尺寸精度和位置精度。尤其是1mm左右的点浇口,很难做到每个顶尖与浇口型腔面平齐。所造成的误差会影响对各型腔的平衡浇注。         

侧孔式多喷嘴               改进型侧孔式多喷嘴   

            图5 侧孔式多喷嘴               图6 改进型侧孔式多喷嘴

                                           

3.2有浇口套的喷嘴

     图 7 所示是开放式多喷嘴的针尖浇口。它有浇口套,起绝热保温作用。浇口区较为温热。浇口针尖和孔的精度有保证。注射浇口在注塑件表面上只有微小针点痕,但会在注塑件表面留下套圈压痕。适合无定形塑料ABS和PMMA等。尤其适合慢结晶的PE和PP等塑料。安装调试方便,有较好的换色性能。

     图 8 所示是开放式多喷嘴的直浇口。具有倒锥通孔的浇口套。除在注塑件表面留下套圈压痕外,会在注塑件上留下圆锥冷料柄。必要时需将注塑件倒置注射成型。热力闭合较为可靠。但浇口区温度过高时会有拉丝或流涎可能。适合大多数塑料品种。尤其适用PC等高黏度塑料,及各种玻纤增强塑料。适用于大型厚壁深腔的注塑件。适用于热流道和冷流道混合的浇注系统。

浇口套针尖式                 有浇口套主流道型 

           图7 有浇口套针尖式                图8 有浇口套主流道型

多喷嘴                             多喷嘴


4热流道喷嘴的选择   

      喷嘴和浇口类型的选择,要考虑到各种塑料材料性能的影响,各种喷嘴产生的浇口痕迹,及允许射出量。

4.1塑料材料的影响

      必须充分认识塑料的加工范围和热性能,才能准确和有效地控制热流道系统的浇口冻结时间。这对于浇口形式的选择尤其重要。首先认识温度对各种塑料形态的影响。

      从冷却固化期间塑料分子结构建立,热塑性塑料可分成两大组群。一类是有无定形结构塑料。微观分子以粘结的连接形式保持着紊乱状态。PS、ABS、乙酸纤维素CA、聚苯醚PPO、PVC、PC、PSU和氟塑料等,是无定形塑料。除PVC和CA,加工温度范围都较宽。无定形塑料在固态和熔融的液态之间还存在高弹态。如ABS,熔融流动温度180~250℃,半流动的高弹态温度110~180℃。它共有140℃的注射和保压的温度范围。加热和冷却期间黏度逐渐变化。注射成型收缩率小于1%,保压压力和时间的影响小。除PVC和PC外,允许浇口区有较低的温度。

      结晶结构塑料中,分子链沿着已生成的晶核有序地折叠着。但其周围还是无定形结构。因此存在结晶度的高低。结晶型塑料有LDPE、HDPE、PA、POM、PET、PBT和聚苯硫醚PPS等。定义注射保压的温度波动范围较窄,需严格控制流道板和喷嘴的温度。注塑件固化时,快速地经过结晶温度。冷却结晶需模具携走较多热量。模具温度涉及结晶程度和制品质量。有较大注射成型收缩率,需防止浇口过早冻结,使得保压压力和时间不足。需较高温度的“温热”浇口区。

      结晶型塑料需温度较高的浇口区,以保证对型腔中塑料补缩,可应用有浇口套的完整喷嘴,见图2、图7和图8所示。浇口用含铬量较高的不锈钢制造,此零件被称为绝热浇口套。有的用钛合金制造,以减少冷模板对浇口的热传导。

      大多数结晶型塑料的加工温度范围小于60℃。其中快速结晶固化的有POM和PA等,加工温度范围小于30℃,如PA66塑料的加热温度255~285℃。比起慢结晶的PE和PP,在浇口区需要更高些温度。以采用针阀式喷嘴为好。在采用热力闭合的开放式浇口时,以有浇口套的整体式喷嘴为好。

4.2浇口痕迹的影响

     1)使用如图 2 和图 8 所示直接式喷嘴,在塑料制品上会留下圆锥柱状的残留料柄。此浇口痕迹留于制品的外表面,残料高大且必须切割。如果要留在内表面,模具用倒装结构。要考虑脱模机构在定模是否可行。还要考虑切割浇口料柄是否可能。而且发生浇口流涎和拉丝的可能性最大。常用浇口直径2.7~10mm,适用大注射量的各种塑料。直接式喷嘴的特点是流经浇口的压力降最小。适合如PC等高粘度塑料加工。采用主流道型热喷嘴和冷流道-浇口的混合浇注系统,使喷嘴离开制品型腔有较长的距离,有利于提高浇口区温度。

     2)如图 4~图 6 侧孔式和针尖式喷嘴,常见浇口直径1~3mm。中央有导流梭针尖防止熔料垂滴和拉丝。较大口径的浇口,有利于熔体流动充模,也可提高圆锥针尖的强度。较小口径浇口,在制品上留下痕迹更小。浇口痕迹很难察觉。

      针尖式浇口内有导流梭,注射截面为圆环隙,所产生的剪切应力最大。会导致温度上升和熔体塑料分子结构的降解,造成分子链断裂。高黏度塑料如PC,和经改性充填的高黏度塑料被限制使用。而且针尖式喷嘴的除污去垢很费力。熔体容易被滞留,使着色更换困难。对PVC和POM等,及含阻燃剂的塑料,不宜使用。

      有浇口套的喷嘴,由于喷嘴轴线方向浇口套和定模板的热膨胀不一致,会在注塑件留下浇口套的圈印。

     3)如图 1 和图 3 所示,使用针阀式喷嘴个在注塑件上无浇口残料,但在制品上留下阀针头的痕迹。浇口直径2~8mm。不太适用仅几克的少量注塑。

4.3喷嘴的射出量

      在注射温度下品种繁多的塑料熔体的黏度相差很大。高黏度的塑料熔体流经流道和浇口时的压力损失较大。采用针尖式或针阀式喷嘴时,要考虑到在喷嘴的浇口流程中有较大的压力降。在窄小和过长的流道中会有黏性发热,使塑料熔体温度升高,会使塑料降解变色。而低黏度的塑料熔体容易泄漏。

      从塑料熔体的黏度,以喷嘴的最大注射量选择浇口类型,见表 1 所列。直接浇口允许中等黏度物料1~2kg,针尖式仅100~200g。针阀式浇口介于两者之间。

表1  塑料流动性决定喷嘴的最大注射量

塑料流动性

塑料

注塑量/g

直接浇口

针尖式

PE、PP、PS

2000

170

中等

ABS、ASA、PA、PBT、PET、POM、 PPO、SAN

1500

120

PC、PEEK、PEI、PMMA、PPS、PSU

800

60

      选定的浇口类型后,参照热流道公司的产品目录,初步拟定喷嘴的种类。再进一步确定热流道喷嘴流道直径和浇口结构尺寸。


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