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    熱流道噴嘴和澆口
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    時間: 2018-09-09 21:49 瀏覽量: 362

          本文介紹熱流道注射模噴嘴和澆口的種類,對它們的選擇作一些分析討論。選擇噴嘴品種,實質上是選用澆口的形式。熱流道噴嘴上澆口是從冷流道系統的澆口演化而來。在塑料熔體充模流動中,它起調節流量的作用。澆口處于熱流道系統和冷型腔的交界面上。在每個注射周期中,在塑料熔體注射充模和保壓的時間內,澆口要開啟暢通。在塑料制品冷卻期間,澆口完全閉合。噴嘴和澆口的選擇,不但決定了注射成型生產的穩定性,還關系到塑料制件的質量。


    1單噴嘴和多噴嘴

          單噴嘴用于一模一腔的注射模,也是電加熱的主流道。針閥式單噴嘴如圖 1 所示,它的流道要繞過驅動閥針的氣缸,結構復雜,體積較大。單噴嘴的澆口也可以是各種開放式結構。

    針閥式單噴嘴            主流道型澆口的單噴嘴

    圖1 針閥式單噴嘴       圖2 主流道型澆口的單噴嘴


          圖 2 所示單噴嘴的澆口是大直徑倒錐,是大流量的開放式澆口。被稱為主流道型澆口,也稱直接澆口、直澆口,俗稱大水口。塑料熔體流經大澆口時的壓力損失較小。300mm以上的長噴嘴用這種澆口為好。如果用于一模多腔的注射模,下接冷流道-多澆口。這種混合式的澆注系統,可避免熱流道澆口附近,在注塑件上產生流動痕等缺陷。

          見圖 1 和圖 2 ,單噴嘴的輸入端與注塑機的噴嘴頭壓合時,射入高壓高溫的塑料熔體。兩者的貼合面上,必須防止熔料泄漏和反噴。單噴嘴的凹坑的球半徑,必須大于注塑機的噴嘴的球面半徑。單噴嘴的入口流道直徑,必須大于注塑機的噴嘴直徑1mm左右。而且,該單噴嘴的主流道杯零件要有足夠的硬度和強度,能夠抵御注射機噴嘴的擠壓。此主流道杯零件要與噴嘴和模具聯接牢固可靠,不能松動。

          多噴嘴也被稱為分噴嘴,見圖 3~圖 8 所示。多噴嘴用于一模多腔,或一模一腔的大型注塑件,有流道分叉和多個澆口。此種多噴嘴的注射模具,有熱流道系統的電加熱流道板,或稱分流板。多噴嘴的輸入端的平面,與流道板貼合,防止熔體泄漏。多噴嘴的澆口可以是各種開放式結構。也有針閥式的多噴嘴,見圖 3 所示。


    2針閥式和開放式噴嘴

          熱流道的澆口形式大致可分為針閥式和開放式兩種,開放式中又可分為直接式(大水口)、針尖式和側孔式澆口。針閥式噴嘴采用機械閉合。而開放式噴嘴屬于熱力閉合。熱流道澆口對熔體注射有熱工閥的功能,實行周期性的開合。

    針閥式多噴嘴                針尖式多噴嘴

                      圖3 針閥式多噴嘴          圖4 針尖式多噴嘴


          圖 3 是裝在流道板下的針閥式多噴嘴。它的閥針穿過流道板,由安裝在定模固定板上氣缸驅動。針閥式澆口適用塑料品種,基本上無限制。塑料熔體在噴嘴中有較大壓力降。過長的閥針在熔體壓力下容易失穩。針閥式噴嘴使用需要液壓油或壓縮空氣驅動;需要與注射機的操作信號相聯接。對于多個針閥式噴嘴,能按程序控制各個噴嘴打開和關閉,可使熔合縫轉移到最優位置。也可實現在料流前鋒打開噴嘴,成功地消除熔合縫。如圖 3 所示針閥式噴嘴,澆口關閉由儀表控制,氣缸執行。保證有合適的注射保壓時間。而且澆口的痕跡又小。為模具設計師所樂意采用。近年來有應用擴大的趨勢。針閥開合可靠,但需注意到針閥式噴嘴結構復雜,價格昂貴。

          圖 4 是開放式多噴嘴的針尖式澆口。適用于熱流道板下有兩個或兩個以上噴嘴的熱流道注射模。澆口在定模板上,由模具工場加工澆口孔。噴嘴口有導流梭,中間鑲有導熱良好的鈹銅,提高澆口中央的熔料溫度。在注塑件表面上只有微小針點痕。澆口附近又有冷卻水管,冷卻充分。澆口區的溫度較低,適合于無定形的ABS、PS和PMMA等塑料,和慢結晶固化PE和PP等塑料。但噴嘴的射出量較小,見表 1 。


    3開放式噴嘴的澆口

          開放式噴嘴的澆口在注射充模的過程中,既是節流閥,又是熱工閥。塑料熔體是對壓力、溫度和流動剪切速率敏感的物料。澆口區域的溫度取決于澆口結構零件的導熱性。取決于澆口內塑料絕熱皮層的利用。它們都將影響開放式澆口的啟閉。

    3.1澆口在模板的噴嘴

         圖 5 所示為開放式多噴嘴為側孔澆口。沒有澆口套,澆口在定模板上。由模具工場加工澆口孔。澆口區的溫度較低。在注塑件表面上只有微小針點痕。側孔式與圖 4 所示的針尖式澆口相比,塑料熔體從流道中,經錐尖上2~3孔中涌射。流經澆口的壓力損失較小。而且在錐尖的澆口孔里壁,能形成絕熱皮層。因此,澆口區的溫度和充許注射量比針尖式澆口高些。比較適合熔體注射溫度較低的ABS、PMMA、PE和PP等塑料。

          圖 6 所示為圖 5 側孔式多噴嘴的改進型。側孔管尖材料的導熱性較好。噴嘴的澆口零件裝拆較方便。側孔管尖上有不銹鋼套,使它溫度穩定。但注射量比前者小些。澆口在定模板上,澆口區的溫度較低。在注塑件表面上只有微小針點痕。比較適合熔體注射溫度較低的ABS和PE等塑料。

          在一模多腔注塑模中,如果有十幾個以上側孔式或針尖式分噴嘴,澆口孔又都在定模板上。這些噴嘴的安裝誤差,加上噴嘴二個方向上的熱膨脹量不一致。很難保證這些針尖和澆口的尺寸精度和位置精度。尤其是1mm左右的點澆口,很難做到每個頂尖與澆口型腔面平齊。所造成的誤差會影響對各型腔的平衡澆注。         

    側孔式多噴嘴               改進型側孔式多噴嘴   

                圖5 側孔式多噴嘴               圖6 改進型側孔式多噴嘴

                                               

    3.2有澆口套的噴嘴

         圖 7 所示是開放式多噴嘴的針尖澆口。它有澆口套,起絕熱保溫作用。澆口區較為溫熱。澆口針尖和孔的精度有保證。注射澆口在注塑件表面上只有微小針點痕,但會在注塑件表面留下套圈壓痕。適合無定形塑料ABS和PMMA等。尤其適合慢結晶的PE和PP等塑料。安裝調試方便,有較好的換色性能。

         圖 8 所示是開放式多噴嘴的直澆口。具有倒錐通孔的澆口套。除在注塑件表面留下套圈壓痕外,會在注塑件上留下圓錐冷料柄。必要時需將注塑件倒置注射成型。熱力閉合較為可靠。但澆口區溫度過高時會有拉絲或流涎可能。適合大多數塑料品種。尤其適用PC等高黏度塑料,及各種玻纖增強塑料。適用于大型厚壁深腔的注塑件。適用于熱流道和冷流道混合的澆注系統。

    澆口套針尖式                 有澆口套主流道型 

               圖7 有澆口套針尖式                圖8 有澆口套主流道型

    多噴嘴                             多噴嘴


    4熱流道噴嘴的選擇   

          噴嘴和澆口類型的選擇,要考慮到各種塑料材料性能的影響,各種噴嘴產生的澆口痕跡,及允許射出量。

    4.1塑料材料的影響

          必須充分認識塑料的加工范圍和熱性能,才能準確和有效地控制熱流道系統的澆口凍結時間。這對于澆口形式的選擇尤其重要。首先認識溫度對各種塑料形態的影響。

          從冷卻固化期間塑料分子結構建立,熱塑性塑料可分成兩大組群。一類是有無定形結構塑料。微觀分子以粘結的連接形式保持著紊亂狀態。PS、ABS、乙酸纖維素CA、聚苯醚PPO、PVC、PC、PSU和氟塑料等,是無定形塑料。除PVC和CA,加工溫度范圍都較寬。無定形塑料在固態和熔融的液態之間還存在高彈態。如ABS,熔融流動溫度180~250℃,半流動的高彈態溫度110~180℃。它共有140℃的注射和保壓的溫度范圍。加熱和冷卻期間黏度逐漸變化。注射成型收縮率小于1%,保壓壓力和時間的影響小。除PVC和PC外,允許澆口區有較低的溫度。

          結晶結構塑料中,分子鏈沿著已生成的晶核有序地折疊著。但其周圍還是無定形結構。因此存在結晶度的高低。結晶型塑料有LDPE、HDPE、PA、POM、PET、PBT和聚苯硫醚PPS等。定義注射保壓的溫度波動范圍較窄,需嚴格控制流道板和噴嘴的溫度。注塑件固化時,快速地經過結晶溫度。冷卻結晶需模具攜走較多熱量。模具溫度涉及結晶程度和制品質量。有較大注射成型收縮率,需防止澆口過早凍結,使得保壓壓力和時間不足。需較高溫度的“溫熱”澆口區。

          結晶型塑料需溫度較高的澆口區,以保證對型腔中塑料補縮,可應用有澆口套的完整噴嘴,見圖2、圖7和圖8所示。澆口用含鉻量較高的不銹鋼制造,此零件被稱為絕熱澆口套。有的用鈦合金制造,以減少冷模板對澆口的熱傳導。

          大多數結晶型塑料的加工溫度范圍小于60℃。其中快速結晶固化的有POM和PA等,加工溫度范圍小于30℃,如PA66塑料的加熱溫度255~285℃。比起慢結晶的PE和PP,在澆口區需要更高些溫度。以采用針閥式噴嘴為好。在采用熱力閉合的開放式澆口時,以有澆口套的整體式噴嘴為好。

    4.2澆口痕跡的影響

         1)使用如圖 2 和圖 8 所示直接式噴嘴,在塑料制品上會留下圓錐柱狀的殘留料柄。此澆口痕跡留于制品的外表面,殘料高大且必須切割。如果要留在內表面,模具用倒裝結構。要考慮脫模機構在定模是否可行。還要考慮切割澆口料柄是否可能。而且發生澆口流涎和拉絲的可能性最大。常用澆口直徑2.7~10mm,適用大注射量的各種塑料。直接式噴嘴的特點是流經澆口的壓力降最小。適合如PC等高粘度塑料加工。采用主流道型熱噴嘴和冷流道-澆口的混合澆注系統,使噴嘴離開制品型腔有較長的距離,有利于提高澆口區溫度。

         2)如圖 4~圖 6 側孔式和針尖式噴嘴,常見澆口直徑1~3mm。中央有導流梭針尖防止熔料垂滴和拉絲。較大口徑的澆口,有利于熔體流動充模,也可提高圓錐針尖的強度。較小口徑澆口,在制品上留下痕跡更小。澆口痕跡很難察覺。

          針尖式澆口內有導流梭,注射截面為圓環隙,所產生的剪切應力最大。會導致溫度上升和熔體塑料分子結構的降解,造成分子鏈斷裂。高黏度塑料如PC,和經改性充填的高黏度塑料被限制使用。而且針尖式噴嘴的除污去垢很費力。熔體容易被滯留,使著色更換困難。對PVC和POM等,及含阻燃劑的塑料,不宜使用。

          有澆口套的噴嘴,由于噴嘴軸線方向澆口套和定模板的熱膨脹不一致,會在注塑件留下澆口套的圈印。

         3)如圖 1 和圖 3 所示,使用針閥式噴嘴個在注塑件上無澆口殘料,但在制品上留下閥針頭的痕跡。澆口直徑2~8mm。不太適用僅幾克的少量注塑。

    4.3噴嘴的射出量

          在注射溫度下品種繁多的塑料熔體的黏度相差很大。高黏度的塑料熔體流經流道和澆口時的壓力損失較大。采用針尖式或針閥式噴嘴時,要考慮到在噴嘴的澆口流程中有較大的壓力降。在窄小和過長的流道中會有黏性發熱,使塑料熔體溫度升高,會使塑料降解變色。而低黏度的塑料熔體容易泄漏。

          從塑料熔體的黏度,以噴嘴的最大注射量選擇澆口類型,見表 1 所列。直接澆口允許中等黏度物料1~2kg,針尖式僅100~200g。針閥式澆口介于兩者之間。

    表1  塑料流動性決定噴嘴的最大注射量

    塑料流動性

    塑料

    注塑量/g

    直接澆口

    針尖式

    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

          選定的澆口類型后,參照熱流道公司的產品目錄,初步擬定噴嘴的種類。再進一步確定熱流道噴嘴流道直徑和澆口結構尺寸。


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