Moldflow设计指南——浇口及浇注系统

主讲：匡唐清华东交通大学材料工程系主要内容聚合物在注射模塑中的流动行为成型条件与注射压力熔体充模图Moldflow设计原则Moldflow网格技术产品设计浇口设计浇注系统设计冷却系统设计收缩与翘曲Moldflow设计流程制件缺陷浇口设计浇口设计概述浇口浇口设计对制件质量和批量生产具有极其重要的作用，包括浇口类型、浇口尺寸及浇口位置单点浇口和多点浇口一般一个模腔最好一个浇口多浇口可降低熔体充模压力或达到预期的充模方式浇口设计浇口设计概述浇口尺寸浇口位置浇口截面小于制件/流道截面，便于浇口去除并减小断痕浇口厚度一般为制件壁厚的2/3浇口厚度可用来控制保压时间浇口截面较大，可降低流速及剪切热，允许更长时间保压，从而获得更好外观、更低内应力及更好的尺寸稳定性。浇口位置影响熔体流动形态，借助MF可在设计约束范围内确定最佳浇口位置浇口设计浇口类型手工去浇类浇口浇口截面尺寸过大，开模动作无法剪断浇口剪应力敏感的材料，不宜采用具有高剪切速率的自动去浇口结构获取自动去浇类浇口无法获得的纤维或分子取向浇口形式有：直浇口、护耳浇口、边缘浇口、重叠式浇口、扇形浇口、盘浇口、环形浇口、轮辐式浇口和膜浇口浇口设计浇口类型手工去浇类浇口直浇口直浇口：主流道型浇口，用于单腔模优点：流道压力降最小缺点：浇口痕很大；保压时间由制件厚度控制而不是浇口控制；近浇口处收缩小，浇口内部收缩大，导致近浇口处拉应力过高始端直径比注塑机喷嘴大1mm左右，锥度1°~3°，长度决定了末端直径，通常比制件壁厚大得多浇口设计浇口类型手工去浇类浇口护耳式浇口护耳式浇口：相当于制件的延伸，常用于平板和薄壁制件成型广泛用于PC、ABS、Acrylic、SAN类塑料优点：围绕浇口产生的高剪切应力局限在耳槽Tab内，减少了模腔内的剪切应力最小宽度W为6.4mm最小厚度h为制件壁厚的75%浇口设计浇口类型手工去浇类浇口边缘浇口浇口厚度h为制件厚度t的6%~75%(0.4mm~6.4mm)宽度W为1.6mm~12.7mm长度L不大于1mm（最好0.5mm）边缘浇口：侧浇口，设在模具分型面上浇口设计浇口类型手工去浇类浇口重叠式浇口重叠式浇口：浇口与制件壁或制件表面重叠可消除充模喷射现象厚h为0.4mm~6.4mm宽度W为1.6mm~12.7mm浇口设计浇口类型手工去浇类浇口扇形浇口扇形浇口：边缘宽大，厚度逐渐变薄允许熔体快速充模可减缓熔体对易折、易弯型芯的冲击可获得均匀且单向推进的流动，从而减少翘曲和提高尺寸稳定性浇口末端熔体流速恒定熔体在浇口整个宽度上平衡流动浇口宽度方向上压力一致厚度h约为1mm宽度W一般大于25mm，甚至可超过750mm，通常与制件进胶部位尺寸一致浇口设计浇口类型手工去浇类浇口盘浇口盘浇口：隔膜式浇口，常用于圆筒状或圆环状制件，能均匀地将熔体前沿分配给模腔制件特点：具有较大内径，对内、外表面的同轴度要求很严格，且不允许出现熔接痕厚度h约为0.25mm~1.25mm浇口设计浇口类型手工去浇类浇口环形浇口环形浇口：主要用于圆筒状或圆环状制件，但一般不推荐厚度h约为0.25mm~1.6mm浇口设计浇口类型手工去浇类浇口轮辐浇口轮辐浇口：四点浇口或十字浇口常用于管状制件容易去浇，省料，但熔接痕无法消除，难保证制件圆度厚度h约为0.8mm~4.8mm宽度为1.6mm~6.4mm浇口设计浇口类型手工去浇类浇口薄膜浇口相当于扇形浇口的简化版，不能获得平坦的熔体流动前沿厚度h约为0.25mm~0.63mm长L为0.63mm薄膜浇口：由直流道、熔体分配流道和浇口面组成；熔体分配流道长与制件进胶尺寸相当常用于注射丙烯酸制品和翘曲度要求很高的平板制品浇口设计浇口类型自动去浇类浇口利用开模或顶出动作自动折断或剪断，避免人工去除保持注射循环时间一致浇口痕迹很小有：点浇口、潜伏式浇口、热流道浇口和阀浇口浇口设计浇口类型自动去浇类浇口点浇口点浇口：又称针点式浇口，常用于三板模，开模时自动拉断多点浇口来保证熔体均衡充模或缩短流动路径以保证保压需求流经浇口的熔体剪切速率可能比材料许用极限剪切速率还大浇口直径为0.25mm~1.6mm浇口设计浇口类型自动去浇类浇口潜伏式浇口潜伏式浇口：又称隧道式浇口或剪切式浇口，用于两板模可设在制件侧壁或较大顶杆侧，顶出时自动切断浇口直径为相连处产品厚度的25%~74%（0.25mm~2mm）牛角浇口/香蕉入水：镶块加工浇口设计浇口类型自动去浇类浇口热流道浇口无浇注系统凝料，热流道（浇口）模具也称无流道模具成型保压时间由浇口附近的制件冻结程度控制浇口设计浇口类型自动去浇类浇口阀浇口增设阀针可控制保压时间浇口可更大，浇口痕更光滑可生产出质量更加稳定的塑料制品浇口设计浇口设计准则控制单向流动平衡熔体流动合理处置熔接线和汇熔线避免迟滞效应避免潜流效应采用导流器/节流器迫使熔体流动平衡确定浇口数控制熔体流动方式浇口布局浇口设计浇口设计准则确定浇口数浇口数主要由熔体充模压力决定，不考虑流道时充模压力应低于设备额定压力的一半有时需增加浇口以平衡熔体充模过保压引发翘曲增加浇口后各浇口的子模塑区的压力降应相等、体积相近；熔接线置于不敏感处；避免迟滞、潜流现象浇口设计浇口设计准则控制熔体流动方式熔体前沿推进越平稳越均匀越好，最理想的是熔体前沿以单向流动方式充满整个模腔多浇口需要平衡的流道系统，在给定压力下，使熔体以相同的体积通过每个浇口进入模腔浇口设计浇口设计准则浇口布局在浇口数和控制流动方式不能兼顾时，哪方面对实现充模平衡更重要在厚壁区设置浇口，以利于保压远离薄壁区，以免迟滞正对模壁或型芯，以免喷射调整多浇口位置，防止熔接痕出现在制件薄弱位置或可见位置增加浇口，以消除或降低过保压模具是两板/三板浇注系统是冷/热流道或二者的复合浇口设计浇口设计准则浇口布局平衡浇口位置流动平衡：熔体在同一压力、同一时间到达模腔的各个末端一端进胶：单向流动分子或纤维沿制件轴向分布，可减少翘曲熔体流长长，所需充填压力高；恒定保压力下，体积收缩变化大，需优化保压曲线中心进胶：适于圆形/方形制件在宽度方向存在一定程度的潜流，存在某种程度的翘曲浇口设计浇口设计准则浇口布局平衡浇口位置等流长两浇口：多浇口等距设置，不产生过保压，可降低翘曲多浇口，产生熔接线，熔接质量取决于前沿温度和压力两近中心浇口：浇口间过保压，易引发翘曲熔接线熔接质量略高浇口设计浇口设计准则浇口布局在厚壁区设置浇口浇口设置在厚壁区，体积收缩率较低且较均匀浇口设计浇口设计准则浇口布局浇口远离薄壁区制件壁厚变化较大时，把浇口设置在远离薄壁区可避免或减轻迟滞效应浇口设置在近薄壁区，迟滞时间过长，导致厚壁区充满后薄壁区已冻结无法充填半结晶型塑料冷却快，尤其可能发生浇口设置在远薄壁区，薄壁区迟滞时间较短，厚壁区充满后薄壁区还可继续充填浇口设计浇口设计准则浇口布局增设浇口以降低充模压力若充模压力过高（不考虑流道，压力超过70MPa），则需调整浇口位置或增设浇口以缩短流长多浇口布局应能让所有浇口输送的熔体体积相当、流长相近、流动平衡，以较好地降低充模压力浇口设计浇口设计准则浇口布局增设浇口以避免过保压根据制件特点增设浇口来提高熔体充模流动的均匀性，从而改善制件的保压状况，避免过保压中间单浇口，充填基本平衡，但中间筋板过保压，中部与两端体积收缩相差过大，导致制件翘曲两侧两浇口，中间筋板最后充填，避免了过保压，体积收缩分布均匀多了浇口设计浇口设计准则其他与浇口设置有关的问题合理排气，以防止气穴的产生排气不良或困气会导致短射、焦烧、高注射压力及保压力等问题为避免喷射而适当增大浇口尺寸通过增大浇口尺寸或把浇口设置在正对型腔壁来避免喷射仔细规划熔接线和汇熔线的位置通过适当调整浇口位置，将熔接线规划在不影响制件功能或外观的部位浇口设计浇口设计准则浇口长度边缘浇口/侧浇口长度越短越好，以降低过大的压降典型长度为0.5mm-1.5mm浇口厚度一般浇口厚度为近浇口处制件壁厚的50%-80%，手动去除的可达100%，自动去除的应小于80%潜伏浇口直径一般为0.5mm-2.5mm借助MF，可由材料的许可剪切速率来精确定义浇口尺寸浇口设计浇口设计准则浇口冻结时间浇口冻结时间对模腔保压的影响最大浇口截面过大，浇口冻结时间大大长于制件冻结时间，成型周期过长若保压压力释放时浇口尚未冻结，则制件中未冻结的熔体可能倒流回流道，近浇口缩痕明显避免熔体倒流是设计浇口冻结时间的前提浇口设计Moldflow在浇口设计中的应用示例浇口位置熔体单向流动，减少或缩短了熔接线流长近1050mm，所需充模压力过高流长缩短至900mm，所需充模压力降低熔体大部分单向流动，初期辐射状流动区较大流长缩短至800mm熔体单向流动较好产生了较多的熔接线浇口设计Moldflow在浇口设计中的应用示例成型窗口推荐区：充模压力低于额定注射压力的50%（70MPa），其他参数包括剪切应力、剪切速率、前沿温度和锁模力都在规定范围内不可行区：充模压力高于额定注射压力的80%（流长过长导致）可行区：充模压力高于额定注射压力的50%（流长过长导致），其他参数均未超过设定范围浇口设计Moldflow在浇口设计中的应用示例充模流动方式平坦而单向推进的流动前沿浇口设计Moldflow在浇口设计中的应用示例根据剪切速率优化浇口尺寸制件厚度3mm，浇口初始厚2mm，宽4mm。浇口内最大剪切速率60000s-1，超出材料允许极限值50000s-1浇口宽度调整到8mm，浇口内的最大剪切速率降至约25000s-1，低于材料允许极限值50000s-1浇注系统设计浇注系统定义浇注系统（流道系统）从模具入口到模腔间的熔体流动通道冷流道系统每个成型周期需取出流道系统冷凝料包括有主流道、分流道、浇口主流道必须有锥度，小端与喷嘴相接浇注系统设计浇注系统定义热流道系统无流道系统冷凝料包括有主流道、分流道（热支管）、浇口（热滴管/热竖井）热流道系统后可接冷流道浇注系统设计浇注系统设计原则合理设计浇注系统的益处优化型腔数量实现多型腔充模平衡实现多浇口充模平衡产生最少的凝料易于脱出浇注系统凝料不影响注射周期浇注系统设计浇注系统设计原则浇注系统设计的基本原理浇注系统是熔体进入型腔的通道浇口位置和流道尺寸还控制着熔体充模流动方式，是熔体流动充模的控制器浇注系统设计非常关键流动平衡各模腔或模腔各末端的充填时间和压力相等多模腔或多浇口模腔内的熔体流动越平衡，制件质量越好，也越容易成型必须同时考虑流道系统及模腔内的流动平衡流道系统的流动平衡通过浇注系统设计来实现浇注系统设计浇注系统设计原则流动控制浇口——低劣的熔体流动控制器浇口处熔体流动的压力降由传热控制，工艺条件的微小变化会给熔体充模流动方式带来很大改变浇口处易发生迟滞现象浇口处熔体流动不稳定，会形成很大的压力降浇口的加工误差和摩擦磨损对流经浇口的熔体压力降影响极大通过浇口调整来实现的流动平衡，成型窗口很小，其流动平衡极易被工艺参数的微小波动破坏浇注系统设计浇注系统设计原则浇口尺寸相同时，近主流道型腔迟滞增大近主流道型腔浇口尺寸后，另两腔迟滞，中间腔迟滞严重增大中间型腔浇口尺寸后，最外侧腔迟滞明显通过浇口调整来实现的流动平衡，成型窗口很小，且流动平衡极易被工艺参数的微小波动破坏浇注系统设计浇注系统设计原则流动控制分流道——良好的熔体流动控制器分流道尺寸比浇口大得多，对迟滞和热效应不太敏感熔体在分流道内流动稳定、充分分流道容易精确加工浇注系统设计浇注系统设计原则分流道内的摩擦热为降低熔体流动切应力而提高熔体温度，容易引发聚合物降解降低料筒温度，依靠流道内的摩擦热，同样可降低熔体流动切应力，并避免发生降解分流道尺寸越小，剪切热越多，制件残余应力越少，制件质量