注塑工艺及模具设计第六讲 特种注塑模（一）

洪慎章

(上海交通大学塑性成形技术与装备研究院，上海 200030)

（接上期）

无流道凝料注塑、反应注塑和气体辅助注塑等工艺，对于热固性塑料、橡胶、 泡沫塑料等材料，都有对应的专门结构的注塑模。在了解注射的制件、材料、工艺和设备的基础上，不难掌握这些特种注塑模的设计。

6.1 热流道注塑模

前面介绍的浇注系统是一般注塑模常用的， 具有各部分的典型结构及作用， 故亦称普通浇注系统。 这类浇注系统的特点是塑件脱模后有浇注系统凝料连接在塑件上， 要用人工或机械的方法另行切除 (点浇口与潜伏浇口可自动切除)， 降低了生产率。切除下来的浇注系统凝料需再作繁琐的处理(粉碎、染色、造粒)后才能回用，且加入过多的浇注系统回收料会明显降低塑件质量。因此，如何减少浇注系统凝料或无浇注系统凝料便成为浇注系统改进、革新和发展的重要方向。 目前已出现了多种形式的热流道浇注系统。这类浇注系统在塑件脱模后只有塑件本身而无浇注系统凝料，故这类浇注系统亦称无流道浇注系统。实际上仍有流道，只是无疑料而已。

这种浇注系统的主要原理是在每次注射完毕后浇注系统中的塑料不凝固， 塑件脱模时就不必同时将浇注系统脱出。由于浇注系统中的塑料没有凝固，在下一次注射时浇注系统通道仍然畅通，熔融塑料继续注入型腔。

热流道注塑模是无流道凝料注塑模中常见的一种。因此，下面先介绍无流道凝料注塑模的特征。

6.1.1 无流道凝料注塑成型

浇注系统凝料的存在不仅浪费原材料和增加注塑机的能耗，而且也增加了流道赘物处理工序。采用无流道凝料的注塑成型方法，可降低生产总成本。

6.1.1.1 无流道凝料注塑

热塑性塑料的无流道凝料注塑成型，是对模具的浇注系统采用绝热或加热方法，使其塑料熔体始终保持熔融状态，从而避免产生浇注系统凝料。热塑性塑料无流道注塑成型模具分为绝热流道注塑模和热流道注塑模两大类。热固性塑料的无流道凝料注塑成型与热塑性塑料成型相仿，也是使浇注系统塑料熔体不固化，维持可流动状态。热固性塑料的无流道凝料注塑主要是温流道注塑模。

无流道注塑成型由于在注塑中无需取流道凝料，结构均为二板模，所需开模行程较一般模具短，也无需固化和取出流道凝料的时间，缩短了注射周期。这种成型方法也较容易实现自动化生产。但是无流道注塑成型存在对塑料品种的适用问题，具有下述性能的塑料较适合此种成型方法:

（1）熔融温度范围宽，黏度变化小，热稳定性好。即使在较低温度下也有较好的流动性，不固化；在较高温度下，不流延，不分解。熔体能较容易进行温度控制。

（2）熔体黏度对压力敏感，在低温低压下也能有效控制流动。

（3）物料的热变形温度高，固化快。

（4）塑料的比热容低，易于熔化和固化。

因此，采用无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较为困难。热稳定性差的聚甲醛和聚氯乙烯也很少有成功的例子。

无流道注塑成型是项综合性强、难度较高的技术。长期稳定地投产涉及模具设计和制造水平、严格的注射工艺规范、热工仪表的自动控制可靠等多方面因素。以下几个原因使目前尚不能普遍采用无流道注塑成型:

（1）模具设计、制造和维护要有较高技术。无流道注塑模不同于一般注塑模，既要保证流道和浇口的绝热和加热，又有塑料件的冷却问题。流道和型腔各位置的压力和温度控制不当，就会影响连续生产。

（2）在成型生产前需很长的调试时间。

（3）模具成本高，不适合小批量生产。

（4）不适用某些塑料品种和注塑周期长的塑料件。

6.1.1.2 绝热流道注塑模

绝热流道注塑模的流道截面相当粗大。流道壁面附近的塑料冷凝成一个完全或半熔化的固化层。塑料的导热性差，以致流道中心部位塑料在连续注塑时保持熔融状态。由于不进行流道的辅助加热，其中的塑料容易固化。要求注塑成型周期短，并仅限于聚乙烯和聚丙烯的小型制件。当注塑机停止生产时，要清除凝料才能再次开机。

（1）井坑式喷嘴 井坑式喷嘴又称绝热主流道，是一种结构最简单、单型腔的绝热流道注塑模。它仅适合注射周期小于20 s的制件。

井坑式喷嘴结构见图316。在注塑机喷嘴头部和浇口之问，设置了一个主流道杯。杯内有一个截面较大的锥形贮料井，容积约取制件体积的 0.3～0.5倍。井壁四周塑料皮层为绝热层，使中部熔体在压力下注入型腔。图316(a)中主流道杯与定模板之间的空气隙，也起绝热层作用。

注塑机的喷嘴工作时伸进主流道杯中，两者应很好地贴合。贮料井直径不能太大，要防止熔体反压使喷嘴后退产生漏料。图316(b)所示是一种浮动式主流道杯。

弹簧使流道杯压在喷嘴上又可随其后退，保证贮料井中的塑料得到喷嘴的供热。

图316 井坑式喷嘴

（2）多型腔绝热流道注塑模 其分流道为圆截面，直径常取16～32 mm。成型周期越长，直径越大。在分流道板与动模板之间设置气隙， 也减小了接触面，如图317所示。在停车后流道内塑料全部凝结。应在分流道的中心线上设置能启闭的分型面，以便下次注塑时彻底清理流道凝料。流道转弯和交会处都应该是圆滑过渡，可减小流动阻力。

图317 主流道式浇口多腔热流道注塑模

图317 所示是主流道式直接浇口的多腔绝热流道注塑模。 如图317(a)所示， 浇口的始端突入分流道中，使部分直浇口处于分流道的绝热皮层的保温之下。 如图316(b)所示，直接浇口衬套四周增设了加热圈， 浇口衬套与动模之间都有气隙绝热。主流道式浇口的塑料制件脱模后，带有一小段浇口凝料。如果成型周期长，则可在浇口中央插入棒状加热器，需要时通电加热。

6.1.1.3 半绝热流道注塑模

采用绝热分流道时，为了避免浇口在注射动作间歇时凝结，可采用半绝热流道注塑模。其结构与绝热流道注塑模相似，只是浇口始端和分流道之间加设加热探针。并使该探针尖端伸到点浇口中心 (见图318)。这就可以使浇口附近的熔融塑料加热，不发生固化，如设计合理，可将注射间隙时间延长到2～3 min。由于分流道主体不加热，需设置分流道分型面，模具流道部分的温度[见图318(a) 中 A段]应高于型腔部分的温度[见图318(a) 中 B 段]。三角形的翼片可改善其对中性，但翼片与流道壁之间应采取绝热措施，以提高热效率[见图318(a) 探针放大图]。对多型腔模具，应设置相应数量的探针和加热系统，以保证各浇口处的塑料熔体既不凝结也不因温度过高而流延。

6.1.2 热流道注塑模设计

设置加热器使浇注系统内塑料保持熔融状态的热流道注塑模，由于能有效维护流道温度恒定，使流道中的压力能良好传递，压力损失小。这样可适当降低注射温度和压力，减小了塑料制件内残余应力。比起绝热流道注塑模，它所适用的塑料品种较广，也适用于多个点浇口的较大制件。但是，由于热流道模具同时具有加热、测温、绝热和冷却等装置，模具结构更复杂，厚度增加且成本更高。热流道模具对温度控制精度要求高，防止热平衡失调是个难题。在生产中不允许塑料中有异物将点浇口堵死。

6.1.2.1 延伸式喷嘴

延伸式喷嘴的注塑模是热流道的单型腔模。它适用于能采用点浇口的各种塑料和单个点浇口的塑料制件。

图319所示为各种延伸式喷嘴，它们有共同的特点。首先，喷嘴本身用电热圈加热，应有温度测量和单独的调温系统。通常要求喷嘴温度稍高于机筒温度5～20℃。其次，高温的喷嘴邻接或直接成型塑料件，故须对模具绝热以免妨碍塑料件的固化，并在注射保压后喷嘴脱离模具。尽量减小喷嘴与模具的接触面积，常用气隙和塑料皮层绝热。再次，喷嘴的口径实为型腔的浇口，是直径大致为 0.8～l.2 mm的点浇口。喷嘴通常是为模具专门设计的，并用优质淬火钢制造。

图318 带加热探针的半绝热流道注塑模

图319 延伸式喷嘴

图319 (a)所示为球形喷嘴伸入模具的点浇口套。浇口处型腔壁厚达l.6 mm，呈倒锥出口。为防止该处在喷嘴冲撞下强度不足，喷嘴有凸肩定位并承受大部分压力。为增大绝热效果，在喷嘴与浇口套之间增设形成内外气隙的衬套。图319(b)所示为锥形喷嘴，前端具有较大锥度，并带有气隙槽。为防止热膨胀咬合，喷嘴必须有承压台肩。该喷嘴端面是型腔的一部分。由于它更能伸入模内，所以可加中间衬套，开割气隙槽并引入冷却水。图319(c)的成型喷嘴前端是制件外形的一部分，会留下明显痕迹。此成型面积以小为好，以加快塑料件的冷却。成型面有平面，也有凹或凸的曲面。图319(c)所示喷嘴必须对注射座定位，承受其驱动液压缸的压力。喷嘴也可用其凸肩在模具上定位，以控制成型部分壁厚尺寸。喷嘴前端与模具孔的配合须考虑热膨胀，又要防止出现飞边。图319(d)所示为绝热喷嘴。它以球形的喷嘴头配以碗形的塑料绝热皮层。其厚度从中心 0.4～0.5 mm，增加到外侧1.2～1.5 mm。在承压凸肩上嵌以四氟乙烯密封垫。也可不使用密封垫，改用倒锥承压有助于喷嘴与浇口杯的同心。同样需注意模具浇口杯底部的强度和刚度。喷嘴和模具设计应根据塑料性能和塑料件形状、尺寸进行分析计算， 图示尺寸仅供参考。

6.1.2.2 热流道主浇口

上述延伸式喷嘴需专门设计制造，要替换原注塑机上喷嘴，生产和管理有诸多不便。现热流道喷嘴已经系列化和标准化，有专业厂生产。给注塑模主流道加热的热流道喷嘴，称热流道主浇口，如图320所示。热流道主浇口安装在定模内，并有与注塑机定模板上定位孔相配的定位圈。它的结构如图321所示，热流道主浇口替代原注塑模的主流道杯，有个与注塑机喷嘴球头相配的凹坑，其半径大于凸球头，而且主流道直径须大于注塑机喷嘴直径约1 mm。鱼雷状的分流棱是可供熔料通过的导热零件，以保证喷嘴前端的温度。喷嘴头是标准化系列化的零件，有各种口径，有平端或凸起球头等结构，均可选用并置换。在热流道主浇口下游，可以是单型腔的成型塑料件，也可以是多型腔的流道板，如图322所示。图322中热流道浇口应用在双分型面的有流道推板的注塑模上，还有应用在多型腔的热流道注塑模上的，如图323所示。

图320 热流道主浇口的应用

图321 热流道主浇口的结构

图322 热流道主浇口用于多型腔的双分型面的注塑模

图323 热流道注塑模安装

6.1.2.3 热流道注塑模结构

这类模具结构形式多，使用最广。图323是热流道注塑模的系统安装图。在上游有热流道主浇口，是被加热的主流道，而且具有一块由加热器供热的流道板，设有分流道和多个分浇口喷嘴。被注塑成型的可以是一模多腔塑料件，也可以是多浇口的大型注塑件。注塑大型周转箱、轿车保险杠等长流程比的塑料件，加热熔融的流道物料有利于压力的传递，更需要无流道凝料的注射。图324所示是典型大型周转箱热流道注塑模，它有6个分浇口喷嘴。主流道较短，没有加热。四侧滑块由8根斜导柱和两组斜置液压缸驱动，来实现侧抽动作。滑块由定模和动模双重斜楔锁紧。

图324 大型周转箱的热流道注塑模

6.1.2.4 阀式热流道喷嘴

用一根可启闭的针形阀芯置于喷嘴中使浇口成为阀门，在注射保压阶段开启，在冷却阶段关闭。 这种浇口的口径比可增大些，能避免异物的堵塞， 也没有小浇口凝结迟早的问题， 更可防止浇口熔体的拉丝和流延，因此， 适用于各种黏度，特别是低黏度的塑料。

用熔体压力驱动的针芯阀， 依靠注射压力传递到针阀芯前端，克服弹簧力而打开浇口，但由于可靠性差，使用不多。工作可靠并已商品化的是液压驱动的阀式热流道喷嘴，其结构见图325。阀芯即为驱动液压缸的活塞杆。它直接利用注塑机上液压油和程序控制信号对针芯阀进行开闭。 图326 所示是多个液压缸控制的阀式热流道喷嘴，用于分浇口，主流道采用加热喷嘴。 另一种由液压马达驱动的齿轮齿条传动， 控制针阀芯的热流道喷嘴， 见图327。它用于主流道喷嘴的针阀控制。此种机械传动也能同时驱动几个针芯阀的启闭。

图325 液压缸驱动的阀式热流道喷嘴

图326 液压阀式热流道的应用

图327 液压马达驱动的阀式热流道喷嘴