4.1 注射模具的結(jié)構(gòu)

注射成型模具是用閉合和開啟的型腔，成型一定形狀和尺寸塑料制品的工具。本節(jié)介紹單分型面、雙分型面和側(cè)向分型抽芯三種典型的注射模結(jié)構(gòu)。

4.1.1 注射模具的結(jié)構(gòu)組成和分類

1.注射模的結(jié)構(gòu)組成

凡是注射模，均可分為動模和定模兩大部件。注射充模時，動模與定模閉合，構(gòu)成型腔和澆注系統(tǒng)；開模時，動模與定模分離，取出制件。定模安裝在注射機(jī)的固定板上；動模則安裝在注射機(jī)的移動模板上。

圖4-1為典型的單分型面注射模。根據(jù)模具上各個零部件的不同功能，可由以下七個系統(tǒng)機(jī)構(gòu)組成。

圖4-1 單分型面注射模

a）閉合充模 b）開模取件

1—定位環(huán) 2—主流道襯套 3—凹模 4—型芯 5—頂桿 6—拉料桿 7—頂出固定板 8—頂出板 9—動模座 10—回程桿 11—動模墊板 12—動模板 13—導(dǎo)柱 14—導(dǎo)套 15—冷卻水管道 16—定模板 17—定模安裝板

（1）成型零件 指構(gòu)成型腔，直接與熔體相接觸并成型塑料制件的零件。通常有凸模、型芯、成型桿、凹模、成型環(huán)、鑲件等零件。在動模和定模閉合后，成型零件確定了注塑件的內(nèi)部和外部輪廓和尺寸。圖4-1所示模具的型腔是由凹模3、型芯4和動模板12構(gòu)成的。

（2）澆注系統(tǒng) 將塑料熔體由注射機(jī)噴嘴引向型腔的流道稱為澆注系統(tǒng)，由主流道、分流道、澆口和冷料井組成。圖4-2為單分型面注射模上的澆注系統(tǒng)。

（3）導(dǎo)向與定位機(jī)構(gòu) 為確保動模和定模閉合時，能準(zhǔn)確導(dǎo)向和定位對中，通常分別在動模和定模上設(shè)置導(dǎo)柱和導(dǎo)套。深腔注射模還必須在主分型面上設(shè)有錐面定位。有時為保證脫模機(jī)構(gòu)的準(zhǔn)確運(yùn)動和復(fù)位，頂出固定板7和頂出板8也設(shè)置導(dǎo)向零件。

（4）脫模機(jī)構(gòu) 是指在開模過程的后期，將注塑件從模具中脫出的機(jī)構(gòu)。圖4-1中脫模機(jī)構(gòu)由頂桿5、拉料桿6、頂出固定板7、頂出板8及回程桿10組成。

（5）側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu) 帶有側(cè)凹或側(cè)孔的注塑件，在被脫出模具之前，必須先進(jìn)行側(cè)向分型或拔出側(cè)向凸?；虺槌鰝?cè)型芯。

（6）溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng) 為了滿足注射工藝對模具溫度的要求，模具設(shè)有冷卻或加熱的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。模具冷卻，一般在模板內(nèi)開設(shè)冷卻水道；加熱則在模具內(nèi)或周邊安裝電加熱元件。有的注射模須配備模具溫度自動調(diào)節(jié)裝置。

（7）排氣系統(tǒng) 為了在注射充模過程中將型腔內(nèi)原有氣體排出，常在分型面處開設(shè)排氣槽。小型腔的排氣量不大，可直接利用分型面排氣，也可利用模具的頂桿或型芯與配合孔之間間隙排氣。大型注射模必須設(shè)置專用排氣槽。

圖4-2 單分型面注射模的澆注系統(tǒng)

1—主流道 2—分流道 3—矩形澆口 4—冷料井

單分型面注射模也稱兩板式注射模，見圖4-1。單分型面注射模的主流道設(shè)在定模一側(cè)，分流道設(shè)在分型面上，開模后制件連同流道凝料一起留在動模一側(cè)。動模上的脫模機(jī)構(gòu)頂出制件和流道凝料，在打開的動模和定模之間，取走注塑件和流道凝料。在模具重新閉合時，一般有回程桿10使脫模機(jī)構(gòu)復(fù)位。

2.注射模的分類

（1）按塑料品種分類 注射成型最早用于熱塑性塑料制品加工，特別是大量地用于工程塑料的成型。目前，熱固性塑料和橡膠也已大量應(yīng)用注射模生產(chǎn)制品。它們需用專門的注射機(jī)進(jìn)行塑化。物料注射至模具后，在較高的溫度下進(jìn)行交聯(lián)固化定型。低發(fā)泡塑料注射成型，是在塑料中加入一定量的發(fā)泡劑，在低發(fā)泡注射模的型腔內(nèi)發(fā)泡膨脹后固化成型。聚氨酯等幾種塑料可用反應(yīng)注射方法成型。流動性好的反應(yīng)液在模具內(nèi)固化迅速。反應(yīng)注射模是一種成型周期短，生產(chǎn)率高的注射模。共注射模具是以不同塑料或不同著色，分先后二次注射于模具內(nèi)。注射成型對各種黏流態(tài)塑料有良好的適應(yīng)性。黏流態(tài)塑料有不同的流動性，在型腔內(nèi)的物理和化學(xué)固化成型過程也不同。因此，各種物料的注射模的結(jié)構(gòu)各有其特點(diǎn)。

（2）按模具型腔容量分類 一般將模具型腔容積3000cm³以上，模具質(zhì)量大于2t，需鎖模載荷約600t以上的注射模稱大型注射模。大型注射模的設(shè)計(jì)制造難度高，價格昂貴，必須慎重考慮塑料熔體流動性、模具的力學(xué)特性和溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。習(xí)慣上，又把模具型腔容積在100cm³以下的注射模劃為小型。介于兩者之間為中型注射模。

（3）按注射件尺寸精度分類 模塑過程中，注塑件成型收縮率很難穩(wěn)定地控制。高精度的注塑件生產(chǎn)涉及眾多因素，是綜合性技術(shù)難題。近年來在大批量生產(chǎn)中，電子、電器、儀表、照相機(jī)等精密產(chǎn)品里，接插件、齒輪、支架板等塑料零件的精密注射技術(shù)有所進(jìn)展。由此將中小型注射模中，成型精密級注塑件的模具稱為精密注射模。這類模具能生產(chǎn)的精密注塑件，尺寸公差應(yīng)達(dá)到SJ/T 10628—1995中的1～2級精度，達(dá)到GB/T 14486—2008中的MT2～MT3級精度（大致相當(dāng)于金屬件的公差配合標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1800.2-2009中的IT8～9級精度）。精密注射模成型零件的加工精度達(dá)到IT6～7級，且型腔表面達(dá)到鏡面。

（4）按注射?？傮w結(jié)構(gòu)分類 最常用的分類方法是按注射?？傮w結(jié)構(gòu)分類。注射模結(jié)構(gòu)取決于注塑件的復(fù)雜程度及其澆注系統(tǒng)不同類型，主要有以下七種典型結(jié)構(gòu)。

①單分型面注射模具；

②雙分型面注射模具；

③帶有活動鑲件的注射模具；

④側(cè)向分型抽芯注射模具；

⑤機(jī)動卸螺紋注射模具；

⑥熱流道注射模具；

⑦疊式注射模具。

（5）按模具成型型腔數(shù)目分類 按模具成型型腔數(shù)目可分成單型腔和多型腔注射模。對小尺寸大批量生產(chǎn)的注塑件，一模多腔注射成型，成倍地提高生產(chǎn)率，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)一次成型32個或64個瓶蓋制品注塑。另外，還有一次成型幾個不同制品的多型腔注射模。

除上述五種分類方法外，還可按所安裝注射機(jī)類型分成立式和臥式注射機(jī)用的注射模，或角式注射機(jī)上用的注射模。

4.1.2 雙分型面注射模具

雙分型面注射模系泛指澆注系統(tǒng)凝料和制品由不同分型面取出。此類注射模亦稱三板式注射模，如圖4-3所示。與單分型模具相比，在定模邊增加了一塊可往復(fù)移動的型腔板13。此板也稱為型腔中間板或流道板，多用于針點(diǎn)澆口的單型腔或多型腔模具。開模A面分型時，型腔板與定模板作定距分離，供人工取出或自由下落澆注系統(tǒng)凝料；B面分型時，型腔板13與脫模板5相互分離，然后再由脫模機(jī)構(gòu)頂出板9、頂桿11和脫模板5，將注塑件從型芯上脫出。

點(diǎn)澆口是直徑1mm左右、長約0.6mm的塑料圓柱。采用點(diǎn)澆口可以把制品和澆注系統(tǒng)的凝料在模內(nèi)分離。為此應(yīng)該設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)凝料的脫出機(jī)構(gòu)，保證將點(diǎn)澆口拉斷，還要可靠地將澆注系統(tǒng)凝料從定模板或型腔板上脫離。

此種模具的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，模板有順序動作過程，而且澆注系統(tǒng)凝料較多。如果將流道加熱，在定模中設(shè)置加熱的流道板和頂針澆口的噴嘴，將演變成熱流道注射模。

圖4-3 雙分型面注射模

a）閉合充模 b）開模取出塑件和澆道凝料

1—定距拉板 2—壓縮彈簧 3—限位銷釘 4—導(dǎo)柱 5—脫模板 6—型芯固定板 7—動模墊板 8—動模座 9—頂出板 10—頂出固定板 11—頂桿 12—導(dǎo)柱 13—型腔板 14—型芯 15—主流道襯套 16—定模板

4.1.3 側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)

側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)簡稱為側(cè)抽機(jī)構(gòu)，用來成型具有外側(cè)凸起、凹槽和孔的注塑件，成型殼體制品內(nèi)側(cè)的局部凸起、凹槽和盲孔。注射模側(cè)抽機(jī)構(gòu)的運(yùn)動零件多，動作復(fù)雜。本節(jié)主要描述斜導(dǎo)柱機(jī)械力驅(qū)動的側(cè)抽機(jī)構(gòu)。

1.外側(cè)分型

外側(cè)分型注射模是以兩個對合滑塊，來成型注塑件整個側(cè)向外形，也稱瓣合模。圖4-4是一組典型的外側(cè)分型注射制品。

圖4-4上所示的外形對稱的注塑件，側(cè)向分型面必須經(jīng)過中心線。瓣合模成型的注塑件在外形上會留下拼合縫。因此在模具的使用期內(nèi)，應(yīng)保證側(cè)滑塊的拼合精度和足夠的側(cè)向壓力。螺紋管接頭制件上明顯的拼合縫影響旋合聯(lián)接功能。對筆套類塑件，唯一可取的側(cè)向分型面必須設(shè)在彈性夾頭的最高凸起處。

如圖4-5所示，斜導(dǎo)柱驅(qū)動的側(cè)向分型機(jī)構(gòu)由斜導(dǎo)柱、滑塊、導(dǎo)滑槽、定位裝置和鎖緊楔組成。在動模一側(cè)的成型滑塊，裝在動模板上的導(dǎo)滑槽內(nèi)，滑塊上的導(dǎo)軌在導(dǎo)滑槽內(nèi)可精確地往復(fù)運(yùn)動。在定模邊固定有與開模方向成傾角α的斜導(dǎo)柱，它與滑塊上的斜孔成大間隙動配合。開模時滑塊在斜導(dǎo)柱上滑動，由側(cè)向分力驅(qū)動滑塊進(jìn)行側(cè)向分型。滑塊脫離斜導(dǎo)柱后，定位裝置對滑塊起定位和固定作用，以使斜導(dǎo)柱在合模時能再次對準(zhǔn)插入。在合模中，斜導(dǎo)柱有一與前相反的復(fù)位分力，驅(qū)使滑塊回復(fù)。斜導(dǎo)柱不能承受熔體充模時很大的側(cè)壓力，故要用鎖緊楔緊壓滑塊于成型位置，保證注塑件的尺寸精度，防止產(chǎn)生溢料。斜導(dǎo)柱與斜孔有較大間隙，在合模時便于插入；在注射時避免與鎖緊楔干涉；在開模時讓鎖緊楔先行脫離與滑塊斜面的接觸。

圖4-4 需外側(cè)分型的注塑件

a）管接頭 b）方形骨架 c）螺紋管接頭 d）圓筒骨架 e）接頭 f）管軸桿 g）蛋杯 h）帶輪 i）筆套

圖4-5 斜導(dǎo)柱驅(qū)動的側(cè)向分型注射模

a）合模狀態(tài) b）開模過程 c）開模終止 1—斜導(dǎo)柱 2—側(cè)向成型滑塊 3—導(dǎo)滑槽 4—定位裝置 5—鎖緊楔 6—圓筒骨架注射件 7—動模

在開模時，滑塊以速度v沿斜導(dǎo)柱軸線方向運(yùn)動。它是動模于開模方向的牽連運(yùn)動v_a，和滑塊在動模導(dǎo)滑槽中相對運(yùn)動v_r的合速度，如圖4-5b所示。其v和v_a速度矢量的夾角為斜導(dǎo)柱的安裝傾角α，故滑塊側(cè)向抽拔速度

v_r=v_a tanα （4-1）

又如圖4-5所示，側(cè)滑塊的抽拔距是指從成型位置起始，到滑塊移至的不妨礙注塑件脫模頂出的位置。臨界抽拔距S_c定義為：側(cè)滑塊與注塑件外形在模板上的投影不相重合的移動距離。而實(shí)際抽拔距S，應(yīng)計(jì)入安全余量和誤差補(bǔ)償量2～3mm。

隨著斜導(dǎo)柱安裝傾角α增大，抽拔距S增大，但是所需的開模力和斜導(dǎo)柱受到的法向作用力也隨之增大，會造成模具無法開啟，并存在斜導(dǎo)柱折斷的危險；此時抽拔速度過快，還會損傷注塑件。然而，傾角α過小，會使斜導(dǎo)柱機(jī)構(gòu)處于自鎖狀態(tài)而不能開模。所以斜導(dǎo)柱傾角α在12°～25°比較適宜。

斜導(dǎo)柱驅(qū)動的側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)由五個零部件所組成。它們是滑塊、導(dǎo)滑槽、斜導(dǎo)柱、定位裝置和鎖緊楔。

（1）滑塊和導(dǎo)滑槽 滑塊上的成型表面是型腔的組成部分，應(yīng)該用優(yōu)質(zhì)塑料模具鋼制成并經(jīng)拋光。小型滑塊可采用整體式；但較大滑塊大多用組合式結(jié)構(gòu)。

滑塊常用T型槽導(dǎo)向，加工方便且剛性好。構(gòu)成導(dǎo)滑槽的壓板或?qū)к壱圆捎媒M合式為佳，這樣便于使用高硬度淬火鋼。摩擦表面應(yīng)有40HRC以上的硬度?；瑝K的導(dǎo)軌和導(dǎo)滑槽應(yīng)有足夠的制造精度，保證滑塊在使用期限內(nèi)運(yùn)動平穩(wěn)，無上下竄動和卡滯現(xiàn)象。滑塊在抽拔后，滑塊外伸于導(dǎo)滑槽外過長，會因自重產(chǎn)生歪斜，影響閉模時斜導(dǎo)柱插入。所以滑塊停留在導(dǎo)滑槽內(nèi)的長度，應(yīng)大于滑塊導(dǎo)軌長度的三分之二。

（2）斜導(dǎo)柱 斜導(dǎo)柱由滑動段和固定段組成，緊固在定模板中。斜導(dǎo)柱安裝傾角α和滑動段長度決定了側(cè)向抽拔距。注射機(jī)的開模方向行程距離要保證滑塊脫離斜導(dǎo)柱。斜導(dǎo)柱用高碳鋼淬火保證硬度，并有足夠直徑保證彎曲強(qiáng)度。

（3）鎖緊楔 又稱壓緊楔。它在注射過程中，使側(cè)滑塊將型腔緊密閉合，所以要求有足夠的剛性。它可利用定模板直接加工出鎖緊楔（例如圖4-5注射模上的鎖緊楔），稱整體式。它能承受較大側(cè)壓力，但需要大厚度的定模板，切削耗鋼多。如圖4_-7注射模上的鎖緊楔，鑲嵌在定模板中，結(jié)構(gòu)緊湊且牢靠，剛性也好。它應(yīng)該用淬硬鋼制造，但需要較大的定模板面積。裝配式的鎖緊楔依靠螺釘和定位銷固定，螺釘承受很大拉力。其加工和修配容易，但剛性差，易松動。為此，有時采用里外雙重鎖緊來保證剛性。鎖緊楔的許用變形量小于0.05mm。鎖緊楔角α′應(yīng)大于斜導(dǎo)柱的安裝傾角α，α′=α+（2°～3°）。以使在開模瞬時，先脫離側(cè)滑塊。

（4）定位裝置 為保證滑塊在抽拔后停留在準(zhǔn)確位置上，機(jī)構(gòu)必須有定位裝置。該裝置如圖4-5和圖4-7所示，常用擋塊、鋼珠或球頭柱銷定位。定位后還需用彈簧或自重來固定滑塊。定位表面應(yīng)有較高的硬度和精度。

2.外側(cè)抽芯和局部型腔成型

圖4-6上所示為具有側(cè)面孔、凸起或凹槽的各種塑件。其中a～f注塑件必須從側(cè)向抽出成型型芯。其臨界抽拔距S_c等于孔的深度。其側(cè)向抽拔力可用8.3節(jié)薄壁或厚壁注塑件脫模力計(jì)算式求得。圖f注塑件側(cè)面凸起數(shù)字和圖g塑件側(cè)面凹槽，必須用側(cè)滑塊從外側(cè)局部成型。其S_c等于凸起高度或槽的深度。

圖4-6 需外側(cè)抽芯和局部型腔成型的注塑件

a）側(cè)圓孔 b）側(cè)槽支架 c）盒蓋支承側(cè)孔 d）長錐孔 e）筒側(cè)孔 f）盒側(cè)壁上凸字 g）盒側(cè)壁上凹槽

圖4-7所示是最常見的斜導(dǎo)柱驅(qū)動的外側(cè)抽芯或局部型腔成型的注射模。斜導(dǎo)柱固裝在定模上，滑塊裝在動模上。側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)必須在開模方向，圓筒注塑件脫模之前完成抽拔動作，還必須在閉模過程中讓機(jī)構(gòu)復(fù)位。在模具的側(cè)滑塊領(lǐng)先復(fù)位過程中，頂桿或頂管還尚未退到閉模位置，以致滑塊與它們相撞產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。當(dāng)然，可讓頂出零件安排在不干涉的位置，由回程桿與定模相碰后，驅(qū)動頂桿等脫模機(jī)構(gòu)零件復(fù)回。但有時無法避免兩者在主分型面上投影的重合。

圖4-7 斜導(dǎo)柱驅(qū)動外側(cè)抽芯的注射模

a）合模狀態(tài) b）開模側(cè)抽芯和頂出狀態(tài)

1—斜導(dǎo)柱 2—側(cè)向抽芯滑塊 3—鎖緊楔 4—定位裝置 5—導(dǎo)滑槽 6—頂桿 7—動模

圖4-8所示為產(chǎn)生干涉的幾何條件。所示的復(fù)位位置是側(cè)型芯與某個頂桿在同一側(cè)平面上。Δl為側(cè)型芯與頂桿在主分型面上重合的側(cè)向距離。Δh是頂桿端面與側(cè)型芯在開模方向的最近距離。當(dāng)

Δl>Δhtanα （4-2）

時會產(chǎn)生干涉。兩者重合距離Δl過大，側(cè)型芯過低即Δh較小，容易發(fā)生干涉。在判斷會產(chǎn)生干涉現(xiàn)象時，則須采用先復(fù)位機(jī)構(gòu)。彈簧式先復(fù)位機(jī)構(gòu)將壓縮彈簧安裝在頂桿固定板和動模底面之間。頂出注塑件時彈簧受壓。一旦合模，在彈簧力作用下脫模機(jī)構(gòu)立即復(fù)位。但彈簧力作用有限，僅適用于立式和小型注射模。較大的注射模，須利用裝在頂桿固定板上的鉸鏈、杠桿或三角滑塊，合模時定模給以碰撞壓力，迫使脫模機(jī)構(gòu)領(lǐng)先側(cè)抽滑塊復(fù)位。

圖4-8 產(chǎn)生干涉的幾何條件

3.內(nèi)側(cè)局部型腔成型

注塑件內(nèi)表面上的凸起、凹槽和盲孔，依靠向內(nèi)側(cè)抽拔的滑銷或滑塊成型。它們是成型型芯的一部分，但其運(yùn)動受到空間條件限制。圖4-9所示是直線機(jī)動頂出注塑件，而后由人工側(cè)拉脫模。這種側(cè)向抽拔，只適用于內(nèi)側(cè)表面單向的局部成型要求。圖a為內(nèi)滑銷成型，在開模時側(cè)拉注塑件，在制品的內(nèi)側(cè)面上有拼合縫。圖b為用內(nèi)滑塊成型單側(cè)內(nèi)表面凸凹槽全長，拼合縫在另外兩個內(nèi)側(cè)面上。在開模時將鑲塊與注塑件一起從動模上取出。在模外的側(cè)向抽芯，鑲塊返回模具。另一種是注塑件圓孔中整個周邊均有凸或凹槽時，在設(shè)計(jì)注塑件時就應(yīng)考慮強(qiáng)制脫模。因?yàn)檫@類注塑件不能內(nèi)側(cè)抽。

圖4-9 機(jī)動頂出后人工側(cè)拉

a）滑銷內(nèi)側(cè)成型 b）滑塊內(nèi)側(cè)成型

圖4-10 斜頂桿與鉸鏈聯(lián)接的內(nèi)側(cè)抽機(jī)構(gòu)

1—頂出板 2—滑座 3—頂出固定板 4—斜頂桿 5—復(fù)位桿 6—動模墊板 7—動模主型芯 8—型芯固定板

如果幾個方向有多個內(nèi)側(cè)成型，必須用傾斜運(yùn)動的斜頂桿或滑塊來實(shí)現(xiàn)完全機(jī)動的側(cè)向抽拔。此種機(jī)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)制造困難。

圖4-10為較常見的一種內(nèi)側(cè)抽芯的斜頂機(jī)構(gòu)，稱為斜頂桿與鉸鏈聯(lián)接的內(nèi)側(cè)抽機(jī)構(gòu)。如圖4-10所示，斜頂桿4的頭部有成型制品的內(nèi)側(cè)凹。斜頂桿安裝在主型芯7中開設(shè)的斜孔內(nèi)。斜頂桿下部裝有鉸鏈。在脫模頂出過程中，由鉸鏈座的推頂，使斜頂桿的頭部向模具中心靠攏。注塑件在脫離主型芯的同時完成斜頂桿頭部的側(cè)抽動作。鉸鏈座夾固在頂出板和頂出固定板之間。有的在斜頂桿的頭下端裝滾柱。

4.1.4 型腔壓力分析

型腔壓力是注射模設(shè)計(jì)時各項(xiàng)計(jì)算的依據(jù)。在澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)、模腔壁厚和墊板的強(qiáng)度與剛度計(jì)算、型芯的偏移和變形計(jì)算、所需鎖模力校核等運(yùn)算中，要將型腔壓力作為已知條件。型腔壓力大小會影響開模力和脫模力，是決定注塑件質(zhì)量的重要因素。型腔壓力的分布和變化與溫度一起，將決定固化后注塑件的密度和密度分布。借助注射模CAE/CAD的有限元分析軟件進(jìn)行型腔壓力的計(jì)算機(jī)模擬；借助模具型腔壓力的測定進(jìn)行注射機(jī)參量的自動調(diào)節(jié)控制，能實(shí)現(xiàn)理想的注射成型工藝。但是由于昂貴的設(shè)備和技術(shù)難度，難以普遍實(shí)行。

1.型腔壓力要求

1）注射充模時，要保證熔體具有合理的剪切速率。塑料熔體在模具的通道間隙中剪切速率應(yīng)為10²～10⁴s^-1。過低充模速率會使熔體流動性變差；過高的剪切速率，在型腔內(nèi)會出現(xiàn)湍流或渦流，會產(chǎn)生熔體噴射并且破碎，將成型廢次的注塑件。熔體在模內(nèi)流動應(yīng)是雷諾數(shù)很低的層流。

2）要保證型腔的充模壓力。塑料熔體的壓力傳遞能力較差，經(jīng)各流程的流道和澆口，壓力逐漸下降，會使注射到注塑件型腔的熔體壓力不足。進(jìn)入型腔的熔體壓力應(yīng)有（250～500）×10⁵ Pa。為此，一方面澆注系統(tǒng)的流道要有足夠的截面尺寸；另一方面注塑件型腔流程不能太長太窄，致使料流末端壓力不足，造成塑料制品密度低、收縮率大，嚴(yán)重的甚至不能注滿，因此，必須由各種塑料熔體的流程比來校核塑件的壁厚。

圖4-11 型腔壓力分布鏈?zhǔn)疽鈭D

a）單分型面注射模 b）雙分型面注射模 c）柱塞式料筒與單分型面注射模

2.型腔壓力分布

廣義的型腔壓力是模內(nèi)塑料熔體流經(jīng)位置和時間的函數(shù)。型腔壓力分布鏈的位置狀態(tài)，如圖4-11所示。主流道末端具有最大的分型面上的壓力p_A。澆口處具有注塑件型腔的最大壓力p_B（兩處常是壓力測定點(diǎn)）。噴嘴出口處的壓力p_Z，是模具澆注系統(tǒng)壓力的源頭。在雙分型注射模的型腔板上，澆注系統(tǒng)較復(fù)雜且流程長。從p_Z至p_B有較大澆注系統(tǒng)壓力降Δp_r。熔流末端壓力p_c倘若過低則會影響注塑件質(zhì)量，甚至不能注滿，故熔體末端壓力p_c≥10～25MPa。注塑件型腔的壓力從p_Z降至p_c為模腔壓力降Δp_c。若型腔流程的截面較簡單，可用流變學(xué)壓力降公式估算。

型腔壓力的源頭是注射壓力p₀，它可由每臺注射機(jī)的油壓表上讀出的最大值p_i換算得到

式中 p₀——調(diào)用的注射壓力（MPa）；

D——注射液壓缸活塞直徑（mm）；

d_S——注射螺桿或柱塞直徑（mm）；

p_max——注射機(jī)的最大注射壓力（MPa）；

p′——注射機(jī)液壓泵的額定油壓（MPa）；

p_i——注射過程中油壓表上的最大值，即表壓（MPa）。

由圖4-11a和b圖可知，螺桿頭處p₀至噴嘴p_Z間存在壓力降Δp_Z。Δp_Z是圓管中的非牛頓流變的壓力降，按照第2章式（2-18b），噴嘴為圓柱孔道，其壓力降計(jì)算式為

式中 Δp_Z——塑料熔體流經(jīng)注射機(jī)噴嘴的壓力降（Pa）；

n——塑料熔體非牛頓指數(shù)，n<1；

K′——熔體剪切黏度系數(shù)（N·s/cm²）；

Q——熔體流經(jīng)噴嘴的體積流量（cm³/s）；

L_Z——噴嘴長度（cm）；

R_Z——噴嘴半徑（cm）。

[例]PP熔體的溫度T_m=240℃，注射時計(jì)量容積V=427cm³，注射時間t=2.4s。經(jīng)注射機(jī)噴嘴的剪切速率。噴嘴內(nèi)半徑R_Z=0.275cm、長L_Z=2.0cm。計(jì)算PP熔體流過噴嘴的壓力降Δp_Z。

[解]流經(jīng)噴嘴的熔體體積流量

代入已知條件計(jì)算得Q=178cm³/s。又由表2-5查得牌號為J340的PP的n=0.13，K′=6.04N·s/cm²。代入式（4-4）得熔體流經(jīng)噴嘴的壓力降為

由實(shí)驗(yàn)曲線可知，螺桿式注射裝置中的壓力降為

Δp_e=p₀-p_z=（2.0～2.5）Δp_z （4-6）

此式中的放大系數(shù)，系指活塞和螺桿等運(yùn)動件的摩擦阻抗，以及螺桿頭前剩余熔體段的壓力降。通常螺桿式注射裝置中的壓力降Δp_e=10～20MPa，但注射高黏度熔體，或是使用高阻抗噴嘴，如閥式噴嘴，Δp_e會更大，需作計(jì)算預(yù)測或?qū)ｉT的測量。此外，在型腔壓力估算時，所使用的注射壓力p₀必須小于注射機(jī)的最大注射壓力p_max，為注射車間現(xiàn)場留有充分調(diào)節(jié)注射壓力的余地。

若將非牛頓塑料熔體，視為短時間恒溫狀態(tài)，且在各流段中處于恒剪切速率，則可用牛頓流體計(jì)算式計(jì)算壓力降。對于圓管道有

且按定義

式中 L和R——圓管長和半徑（cm）；

η_a——塑料熔體表觀黏度（N·s/cm²）；

τ——剪切應(yīng)力（N/cm²）；

Δp——圓管道兩端的壓力降（N/cm²，1N/cm²=10⁴ Pa）。

由式（4-8）計(jì)算該段流程中剪切速率γ·。從上例中數(shù)據(jù)，可得

然后在PP塑料流動曲線的圖上，查到對應(yīng)剪切應(yīng)力τ。也可代入式（4-7）得到

由式（4-8）有壓力損失

計(jì)算結(jié)果與上述數(shù)值相差很小。此種計(jì)算方法稱之為塑料熔體壓力降的工程計(jì)算法。

柱塞式注射裝置有與螺桿式注射裝置不同的塑化原理和結(jié)構(gòu)。由于粒料區(qū)的作用，裝置內(nèi)壓力阻抗較大。不過，柱塞式注射裝置常見公稱注射量均在60cm³以下。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測得，柱塞式注射裝置中的壓力降為

Δp_e=p₀-p_r=30MPa+（0.1～0.2）p₀ （4-9）

式中，第一項(xiàng)30MPa壓降是加熱室和噴嘴的黏流區(qū)的壓力損失；第二項(xiàng)是被壓縮的粒料區(qū)的壓力損失，它與柱塞壓力p₀成正比。其折算系數(shù)與注射加工時的注射量有關(guān)，當(dāng)注射量較大時取大值。

3.型腔壓力變化

將型腔壓力變化對注射成型時間進(jìn)程作圖，就得到型腔壓力周期圖，如圖4-12所示。（對應(yīng)圖4-11b雙分型面注射模的澆道、澆口和型腔各位置的壓力對時間的變化）。

圖4-12所示t₀～t₁稱注射時間。塑料熔體進(jìn)入型腔，并達(dá)到最遠(yuǎn)處，而且壓力得到急劇升高。t₁～t₂為保壓時間，也稱壓實(shí)補(bǔ)縮階段，螺桿作少量推進(jìn)，以維持一定壓力。在時間t₁，模內(nèi)物料溫度明顯下降。在時間t₂螺桿后撤。噴嘴口壓力p_Z下降最快。t₂～t₃為倒流時間。時間t₃是注射模中內(nèi)澆口的凍結(jié)時間。螺桿后撤時，內(nèi)澆口尚未凍結(jié)，型腔內(nèi)熔體回頭倒流至澆道。t₃～t₄是靜態(tài)冷卻時間。t₄是模具打開時間。p_r為該時間的型腔內(nèi)的殘余壓力。

在注射保壓階段，在分型面上，型腔壓力p_A決定了鎖模力。鎖模力不足或分型面不平整，會產(chǎn)生塑料熔體溢料。也注意到位于料流未端型腔壓力p_c較低，在該位置的分型面上設(shè)置有排氣槽。

圖4-12 注射成型型腔壓力周期圖

p₀—注射壓力 p_Z—噴嘴壓力 p_A—料流進(jìn)入型腔壓力 p_B—型腔壓力 p_C—料流末端型腔壓力