浇口闭合结构和直径设计，针阀式喷嘴浇口优化

时间：2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：浇口的结构和应用在6.1节中已做了介绍，下面进一步讨论浇口闭合的结构型式和浇口的直径设计。图6-29a所示洞口高度h过大，会出现凸出成型表面的柱头。图6-29b所示浇口和阀针头有40°的锥度。可由式换算推导成按剪切速率确定喷嘴直径的计算式，有图6-30 浇口洞口结构尺寸a）圆柱头阀针 b）圆锥头阀针2.浇口直径下面介绍针阀式喷嘴浇口直径的设计计算。

浇口的结构和应用在6.1节中已做了介绍，下面进一步讨论浇口闭合的结构型式和浇口的直径设计。

1.浇口闭合形式

图6-29和图6-30所示的喷嘴的针阀头与浇口有圆柱头和圆锥头两种闭合形式。

1）圆柱头。图6-29a所示阀针头为圆柱体，简称圆柱头。在圆柱头做闭合运动时，将浇口洞口d_g中的一段塑料柱体压注到注塑件中，导致浇口附近塑料被过量压缩。此部位会有过大的残余应力，会出现发白和裂纹。图6-29a所示洞口高度h过大，会出现凸出成型表面的柱头。因此，洞口高度以h=0.5～0.7mm为宜，只要强度容许，应尽量小些。阀针的圆柱头必须有精密的滑动配合，并考虑径向的热膨胀补偿。这种圆柱头阀针在塑料熔体压力下，受到轴向力较小，轴向位置调节比较容易。一般在注塑件表面上有深0.05～0.20mm的圆坑痕。长期工作后，浇口孔与圆柱头阀针间的间隙会增大，会有熔体泄出。圆柱头的口径较大时，注射点通常为冷流道。细小的阀针头多用于几克的小制件，可得到浅薄痕迹。浇口孔精度H7，圆柱头直径精度g6。建议更高公差配合为H6/d5。针阀式喷嘴在长期使用时，孔径被摩擦磨损，阀针对孔的同轴度误差大。阀针有弯曲变形时，磨损更剧烈，浇口残留标记会愈加明显，更不适宜精确计量和控制熔合缝。

2）圆锥头。图6-29b所示浇口和阀针头有40°的锥度。驱动力经阀针全部作用在浇口上，密封可靠，但阀针的长度必须精确。阀针在闭合时，下死点位置必须可以调节。建议在常温常压下，阀针在闭合时，对锥形孔应有0.02mm的间隙。这种有斜度的圆锥头闭合方式不适合有矿物质填料的塑料，因为会有填料残留在浇口锥孔与圆锥头的接触面上。

图6-29b所示阀针圆锥头在浇口成型面上应伸出l_p=0.05mm。如果浇口洞口和圆锥头都是锐边尖角，会在注塑件上留下圆凹痕。如图6-29c所示，箭头所指浇口洞口如果为圆角，可能在表面会粘出凸起圆柱痕迹。圆锥头阀针闭合截流可靠，若接上多点注射的时间程序控制器，则可成功地用于薄壁注塑件上的熔合缝位置的控制。

图6-29 针阀式喷嘴上浇口的机械闭合

a）阀针圆柱头的浇口h过大 b）圆锥头阀针 c）浇口边缘（箭头所指）带有圆角

3）浇口洞口结构。图6-30所示为某热流道公司在浇口直径d_g=2.0～2.5mm时的洞口结构尺寸。浇口封胶圆柱面ϕ22有H7/js6配合要求，对定模板上喷嘴座洞口有精确的位置公差。图6-30a中所示的圆柱洞口高h=0.5mm。洞口材料硬度高于35HRC，洞口附近设置冷却管道。

图6-30 浇口洞口结构尺寸（浇口直径d_g=2.0～2.5mm）

a）圆柱头阀针 b）圆锥头阀针

2.浇口直径

下面介绍针阀式喷嘴浇口直径的设计计算。喷嘴流道直径D和浇口直径d_g已经被各热流道公司标准系列化。它们是喷嘴型号相互对应的两个主要参量，见表6-1。选用喷嘴型号是从体积流量q_i和浇口直径d_g开始。

由前述可知，对于ABS等中等黏度塑料熔体，针阀式单喷嘴适宜的体积流量q_i=12～150cm³/s，常用浇口直径d_g=2.0～4.5mm；针阀式分喷嘴适宜的体积流量q_i=25～1000cm³/s，常用浇口直径d_g=1～7mm。热流道市场上可见到的针阀式喷嘴产品的浇口直径d_g=0.8～8.0mm。

针阀式喷嘴浇口直径d_g的大小主要由塑料熔体的体积流量和熔体的流变参量确定。可由式（3-21）换算推导成按剪切速率确定喷嘴直径的计算式，有

式中 d_g——针阀式多喷嘴浇口直径（cm）；(www.xing528.com)

q_i——塑料熔体流经直浇口的体积流量（cm³/s）；

n——塑料熔体的流动指数；

——塑料熔体流经直浇口的实际剪切速率（s^-1）。根据大量注射模流动分析的案例和国内外资料，塑料熔体经浇口注射输送的剪切速率为10⁴～10⁵s^-1，如第5章所述开放式浇口、直接浇口和针尖浇口都以剪切速率代入式（3-21）。考虑针阀式喷嘴浇口结构简单，没有针尖的作用，直径d_g与体积流量q_i的函数关系用剪切速率推算最为恰当，即

查阅表3-1，各种塑料熔体在剪切速率γ·=10⁴～10⁵s^-1时的流动指数n与、时的n值是不同的，说明塑料熔体的非牛顿流动性能在各剪切速率范围内有差异。流动指数n大小说明了塑料熔体流动的非牛顿性强弱。n越小，说明塑料熔体流动的非牛顿性越强，剪切变稀越明显。n值能从该塑料品种的流变曲线获得。计算过程在第3章和第5章有详细叙述。为简化计算过程，塑料熔体在剪切速率时，取n=0.2、0.35和0.75，它们分别对应图6-31和图6-32中的曲线C、B和A。可按式（6-1）计算浇口直径d_g。

对于曲线C，取n=0.20，得；对于曲线B，取n=0.35，得；对于曲线A，取n=0.75，得。曲线C、B和A的浇口直径计算式如下：

在用式（6-1）和式（6-2）计算以及查询图6-31和图6-32时需注意下述四点：

①对针阀式单喷嘴，当中等黏度塑料熔体体积流量为12～150cm³/s，低黏度塑料熔体体积流量为20～250cm³/s，高黏度塑料熔体体积流量为5～50cm³/s时，浇口直径一般为2.0～4.5mm。见表6-1，对针阀式分喷嘴，当中等黏度塑料熔体体积流量不超过1000cm³/s，低黏度塑料熔体体积流量不超过1200cm³/s，高黏度塑料熔体体积流量不超过900cm³/s时，常见的浇口直径为1～5mm。

②式（6-1）和式（6-2）、图6-31和图6-32中塑料熔体的体积流量q_i，应该是喷嘴的输出流量，即输出塑料熔体体积V除以注射充模时间t。可以根据表5-3，以注射机喷嘴输出熔体体积V查找到注射机螺杆推进的充模时间t。

③式（6-1）、图6-31和图6-32中塑料熔体的流动指数n，以及熔体输送的剪切速率为10⁴～10⁵s^-1时的n，可查阅表3-1，或根据该品种塑料材料的流变曲线推算。

④剪切速率为10⁴～10⁵s^-1时，在曲线C和曲线B之间，0.2<n≤0.35，有ABS、ABS+20%GF、PP、PP+30%GF、PS和PS/PMMA等塑料熔体；在曲线B和曲线A之间，0.35<n<0.75，有ABS/PC、PC、PC+30%、PA6、PA6+30%GF、POM、POM+30%GF和PBT+30%GF等塑料熔体。也就是说，在两个流动指数n区间内，按n的大小插值，查出对应的浇口直径。对于n<0.2，可以对曲线C外延插值；对于n>0.75，可以对曲线A少量外延取值。