注塑件的流道如何设计？

基本概念

　　流道是指液压系统中流体在元件内流动的通路。

模具流道系统

　　普通的流道系统(RunnerSystem)也称作浇道系统或是浇注系统，是熔融塑料自射出机射嘴(Nozzle)到模穴的必经信道。流道系统包括主流道(PrimaryRunner)、分流道(Sub-Runner)以及浇口(Gate)。下图显示了典型的流道系统组成。

　　主流道：也称作主浇道、注道(Sprue)或竖浇道，是指自射出机射嘴与模具主流道衬套接触的部分起算，至分流道为止的流道。此部分是熔融塑料进入模具后最先流经的部分。

　　分流道：也称作分浇道或次浇道，随模具设计可再区分为第一分流道(FirstRunner)以及第二分流道(SecondaryRunner)。分流道是主流道及浇口间的过渡区域，能使熔融塑料的流向获得平缓转换；对于多模穴模具同时具有均匀分配塑料到各模穴的功能。

　　浇口：也称为进料口。是分流道和模穴间的狭小通口，也是最为短小肉薄的部分。作用在于利用紧缩流动面而使塑料达到加速的效果，高剪切率可使塑料流动性良好(由于塑料的切变致稀特性);粘滞加热的升温效果也有提升料温降低粘度的作用。在成型完毕后浇口最先固化封口，有防止塑料回流以及避免模穴压力下降过快使成型品产生收缩凹陷的功能。成型后则方便剪除以分离流道系统及塑件。

　　冷料井：也称作冷料穴。目的在于储存补集充填初始阶段较冷的塑料波前，防止冷料直接进入模穴影响充填品质或堵塞浇口，冷料井通常设置在主流道末端，当分流道长度较长时，在末端也应开设冷料井。

模具流道设计基本原则

　　模穴布置(CavityLayout)的考虑

　　尽量采用平衡式布置(BalancesLayout)。

　　模穴布置与浇口开设力求对称，以防止模具受力不均产生偏载而发生撑模溢料的问题。如图2的设计就以对称者较佳。

　　模穴布置尽可能紧凑以缩小模具尺寸。如图3(b)的设计就模具尺寸考量而言优于图3(b)的设计。流动导引的考虑

　　能顺利地引导熔融塑料填满模穴，不产生涡流，且能顺利排气。

　　尽量避免塑料熔胶正面冲击直径较小的型芯和金属嵌件，以防止型芯位移(CoreShift)或变形。

　　热量散失及压力降的考虑

　　热量损耗及压力降越小越好。

　　流程要短。

　　流道截面积要够大。

　　尽量避免流道弯折及突然改变流向(以圆弧角改变方向)。

　　流道加工时表面粗糙度要低。

　　多点进浇可以降低压力降及所需射压，但会有缝合线问题。

　　流动平衡的考虑

　　一模多穴(Multi-Cavity)充填时，流道要平衡，尽量使塑料同时填满每一个模穴，以保证各模穴成型品的品质一致性。

　　分流道尽量采用自然平衡式的布置方式(Naturally-BalancedLayout)。

　　无法自然平衡时采用人工平衡法平衡流道。

　　废料的考虑

　　在可顺利充填同时不影响流动及压力损耗的前提下，减小流道体积(长度或截面积大小)以减少流道废料产生及回收费用。

　　冷料的考虑

　　在流道系统上设计适当的冷料井(ColdSlugWell)、溢料槽以补集充填初始阶段较冷的塑料波前，防止冷料直接进入模穴影响充填品质。

　　排气的考虑

　　应顺利导引塑料填满模穴，并使模穴内空气得以顺利逃逸，以避免包封烧焦的问题。成形品品质的考虑

　　避免发生短射、毛边、包封、缝合线、流痕、喷流、残余应力、翘曲变形、模仁偏移等问题。

　　流道系统流程较长或是多点进浇(MultipleGating)时，由于流动不平衡、保压不足或是不均匀收缩所导致的成品翘曲变形问题应加以防止。

　　产品外观性质良好，去除修整浇口方便，浇口痕(GateMark)无损于塑件外观以及应用。

　　生产效率的考虑

　　尽可能减少所需的后加工，使成形周期缩短，提高生产效率。

　　顶出点的考虑

　　需考虑适当的顶出位置以避免成形品脱模变形。

　　使用塑料的考虑

　　粘度较高或L/t比较短的塑料避免使用过长或过小尺寸的流道。

挤出机头流道设计

　　近些年来，随着异型材制品应用范围的扩大，相应的异型材挤出机头的需求量也在增加。挤出机头是挤出成型的关键设备，其主要作用是将塑料熔体分布于流道中，以使物料以均匀的速度从机头中挤出，形成所需要的端面形状和尺寸的制品。流道设计是挤出机头设计的关键，其结构的合理性直接影响到挤出制品的质量和生产效率。为满足市场需求，进一步提高型材制品的质量，有必要对异型材挤出机头内流道设计进行全面深入的研究。

　　1、典型结构

　　异型材挤出机头流道的典型结构如图1所示。

　　异型材模具一般采用此结构，整个流道采用流线型，无任何死角，避免造成物料的滞留分解。按照物料流动过程可分为4个区域：

　　（1）发散段

　　将螺杆挤出的熔体由旋转流动变为稳定的平衡流动，并且通过分流锥，熔体截面形状由挤出机出口处的圆形向制品形状逐渐转变。

　　（2）分流段

　　此段中的分流支架将流动分为几个特征一致的简单单元流道，使熔体流动行为更加稳定，从而保证制品的均匀性。

　　（3）压缩段

　　使物料产生一定的压缩比，以保证有足够的挤压力，消除由于支撑筋而产生的熔接痕，从而使制品塑化均匀，密实度良好，内应力小。压缩角不能过大，否则容易引起内应力加大，造成挤出不稳定，使制品表面粗糙，降低外观质量。

　　（4）定型段

　　口模定型段除了赋予制品规定的形状外，还提供适当的机头压力，使制品具有足够的密度，并进一步消除由支承筋产生的熔接痕及由于分流变截面等原因一而产生的内应力。

　　2、设计

　　2.1基本原则

　　在进行流道设计时，应遵循以下几点基本原则：

　　（1）型材重心轴线应位于螺杆的轴线上。

　　（2）流道应渐变，不应急剧扩大或缩小，不得有“死点”和台阶，并遵守物料流动行为。

　　（3）应有足够的压缩比，消除结合缝。

　　（4）保证物料从机头等速挤出。

　　（5）熔体进入机头直至从模唇挤出时，必须尽可能恒定加速，直至在成型区之前达到所要求的出口速度。

　　2.2设计方法

　　2.2.1定型段口模流道

　　（1）口模间隙：型材壁厚不单单取决于口模间隙，还取决于挤出机对物料的塑化性能、挤出压力、挤出温度、物料性能、熔体离模膨胀和牵引收缩等，这些条件任何一个发生变化，都很影响壁厚的变化，很难用理论来计算。对于异型材制品中经常使用的HPVC材料，制品壁厚与口模间隙的关系为：式中：

　　hs/hm=1.1～1.2(1)

　　hs——制品壁厚；

　　hm——口模间隙。

　　挤出速度较高时取小值，反之取大值。

　　（2）口模流道的外围尺寸与制品外围尺寸。对于HPVC材料：

　　As/Am=0.80.93sm（2）

　　Hs／Hm=0.90.97（3）式中：

　　As——制品宽度；

　　Hs——口模流道外围宽度；

　　H。——制品高度；

　　Hm——口模流道外围高度。

　　（3）型芯尺寸：根据口模型腔外围尺寸及口模间隙，可得到型芯各部分的尺寸。

　　（4）定型段流道长度：异型材挤出口模定型段主要由宽度、高度不同的矩形狭缝流道组成，可以按照所示经验公式计算：

　　主流道：L1=(30-40)δ1，（4）

　　内筋流道：L2=L1／（δ1／δ2）n+1（5）式中：

　　L1——主间隙定型段长度；

　　L2——内筋定型段长度；

　　δ1——主间隙；

　　δ2——内筋间隙；

　　n——非牛顿指数。

　　2.2.2压缩段流道

　　压缩比。及压缩角梦：压缩比是支承板和口模板型腔横截面的面积比，一定的压缩比能保证足够的挤压力，使塑化均匀，减小内应力。

　　一般压缩比ξ取3-7，压缩角ψ取15～20度

　　2.2.3分流段流道

　　经过分流锥的配料后，在支撑板中又由支撑筋分成许多小腔进一步分割。此段流道为平直区，长度一般在高速挤出时取5060mm，型腔尺寸是根据压缩比设计的最大型腔和型体外围决定。在强度允许的条件下，支撑筋最大截面尺寸应尽量小，从而减少其对料流的影响。2.2.4分流锥

　　分流锥的作用是将供料区的材料全部按比例分配到各个区域，角度在70度以内，物料流动性越好，角度取值越大，以便形成背压，使物、料进一步塑化。

　　分流锥应尽量短，从而减少对料流分配的影响。

　　2.2.5内筋流道

　　前面已经介绍了内筋定型段长度的计算公式，下面对内筋的供料形式做简单介绍。

　　通常内筋的壁厚为0.9-1.5mm之间，而外壁一般为1.8-3.0mm之间。对于不同外壁厚的型材，其供料腔的大小也不同，设计中应保证内筋的供料压力足够。确定内筋供料腔的大小可参照外壁供料的压缩比，预设内筋供料压缩比与外壁相同。根据内筋的成型缝隙和预设的压缩比得到初步的内筋供料腔大小，再考虑物料的粘弹性对物料流动的影响，适当调整内筋供料腔，保让内筋供料腔的物料流速接近外壁供料腔，通常要稍慢一点。这样，就得到了内筋供料腔的大小。

　　3、实例

　　下面以常用的60平开扇梃为例说明异型材挤出模头流道的设计思路，并用SolidWorks2003软件建立其三维立体模型。

　　将整个流道分为4段：发散段长为115mm，分流段长60mm，压缩段长20mm，定型段长60mm。其整体流道尺寸如图2所示。

　　按照前文所述的设计思路，其关键尺寸的具体设计如下。

　　3.1口模尺寸

　　由图4可见，口模流道的外围尺寸及口模间隙都较原制品尺寸发生了一定的变化。由于异型材挤出过程中物料流动的复杂性，其口模尺寸的确定并非单纯的扩大或缩小，而是要考虑多方面的因素，需要不断的试模、修模，以便能够获得最佳的挤出效果。

　　3.2定型段流道的长度确定

　　主流道：L1=(30-40)δ1，

　　内筋流道：L2=L1／（δ1／δ2）n+1

　　此例中，δ1=2mm，取L1=60mm

　　n=0.3，占δ2=1mm，取L2=24mm

　　3.3压缩段流道及分流段尺寸的确定

　　取压缩角ψ为15度，压缩比ε为4，压缩段长度为20mm；分流段长度取60mm，适用于高速挤出，其型腔尺寸同压缩段入口处截面相同，只是增加了几个支撑筋，在满足强度要求的情况下，支撑筋的尺寸尽量小。其截面尺寸图如图5。

　　3.4三维立体模型的建立

　　本例用SolidWorks2003软件建立其三维模型，如图6所示。

　　SolidWorks2003软件是美国SolidWorks公司开发的基于Windows平台的三维机械设计软件，其最大特点是采用全新的Windows操作界面，草图绘制灵活，并且有强大的特征建模能力，从而能大大缩短设计时间。

　　通过对流道三维模型的建立，可以将形成的.STEP203文件导入分析软件，如polyflow软件，有利于对流道内物料的压力、速度或剪切应力做模拟分析，从而达到优化设计的目的。

　　沿物料的挤出方向，截取A、B、C、D四个流道截面，其截面图如图6中a、b、c、b。

　　从图6中可以看出，异型材挤出成型机头流道是一个由开始的圆形逐步过渡到挤出制品型坯形状的过程。其具体尺寸的计算可参照前文所述内容，由于异型材挤出过程的复杂性，很难用理论来计算，所以设计中存在很多的经验数据，例如前后支撑板长度选为60mm，这样适用于目前应用较为广泛的高速挤出。

　　4、结束语

　　由于异型材截面的复杂性及多样性，其机头流道设计目前还依赖大量的生产实践经验，从而增加了试模、修模，延长了生产周期，增加了生产成本。在本文总结的机头流道设计方法的基础上辅以先进的模具流道分析软件，如MOLDFLOW模流分析等进行分析，将会使模具产品质量达到一个全新的技术水平。

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模具流道设计基本原则
　　模穴布置(CavityLayout)的考虑
　　尽量采用平衡式布置(BalancesLayout)。
　　模穴布置与浇口开设力求对称，以防止模具受力不均产生偏载而发生撑模溢料的问题。如图2的设计就以对称者较佳。
　　模穴布置尽可能紧凑以缩小模具尺寸。如图3(b)的设计就模具尺寸考量而言优于图3(b)的设计。流动导引的考虑
　　能顺利地引导熔融塑料填满模穴，不产生涡流，且能顺利排气。
　　尽量避免塑料熔胶正面冲击直径较小的型芯和金属嵌件，以防止型芯位移(CoreShift)或变形。
　　热量散失及压力降的考虑
　　热量损耗及压力降越小越好。
　　流程要短。
　　流道截面积要够大。
　　尽量避免流道弯折及突然改变流向(以圆弧角改变方向)。
　　流道加工时表面粗糙度要低。
　　多点进浇可以降低压力降及所需射压，但会有缝合线问题。
　　流动平衡的考虑
　　一模多穴(Multi-Cavity)充填时，流道要平衡，尽量使塑料同时填满每一个模穴，以保证各模穴成型品的品质一致性。
　　分流道尽量采用自然平衡式的布置方式(Naturally-BalancedLayout)。
　　无法自然平衡时采用人工平衡法平衡流道。
　　废料的考虑
　　在可顺利充填同时不影响流动及压力损耗的前提下，减小流道体积(长度或截面积大小)以减少流道废料产生及回收费用。
　　冷料的考虑
　　在流道系统上设计适当的冷料井(ColdSlugWell)、溢料槽以补集充填初始阶段较冷的塑料波前，防止冷料直接进入模穴影响充填品质。
　　排气的考虑
　　应顺利导引塑料填满模穴，并使模穴内空气得以顺利逃逸，以避免包封烧焦的问题。成形品品质的考虑
　　避免发生短射、毛边、包封、缝合线、流痕、喷流、残余应力、翘曲变形、模仁偏移等问题。
　　流道系统流程较长或是多点进浇(MultipleGating)时，由于流动不平衡、保压不足或是不均匀收缩所导致的成品翘曲变形问题应加以防止。
　　产品外观性质良好，去除修整浇口方便，浇口痕(GateMark)无损于塑件外观以及应用。
　　生产效率的考虑
　　尽可能减少所需的后加工，使成形周期缩短，提高生产效率。
　　顶出点的考虑
　　需考虑适当的顶出位置以避免成形品脱模变形。
　　使用塑料的考虑
　　粘度较高或L/t比较短的塑料避免使用过长或过小尺寸的流道。

这样不好回答 最好是有产品 这样才能举例