注射模具中排气系统的设计
第 7卷第 1期 长沙航空职业技术学院学报 Vo1. 7 No. 1
2007年 3月 CHANGSHA AERONAUTICAL VOCATIONAL AND TECHN ICAL COLLEGE JOURNAL Mar. 2007
注射模具中排气系统的设计
张 总 1, 2 ,周春华 1
(1. 长沙航空职业技术学院 ,湖南 长沙 410124; 2. 中南大学机电工程学院 ,湖南 长沙 410083)
摘要 : 简要叙述注射模具中排气系统的作用 ,重点介绍在实际生产中排气系统几种切实可行的结构设计方
法。
关键词 :注射模具 ;排气槽 ;设计
中图分类号 : TH162 文献标识码 : A 文章编号 : 1671 - 9654 (2007) 01 - 053 - 03
收稿日期 : 2006 - 09 - 30
作者简介 :张总 (1980 - ) ,山东日照人 ,助教 ,在读硕士研究生 ,研究方向为机械设计及自动化。
The Design of Exhaust System in Injection M oulds
ZHANG Zong1, 2 , ZHOU Chun - hua
( 1. Changsha Aeronautical Vocational and Technical College, Changsha Hunnan 410124;
2. Electrom echanical Engineering D epartm ent of Central South U niversity, Changsha Hunnan 410083)
Abstract:A brief introduction for the function of exhaust system in injection moulds is given, and
special stress is laid on briefing some practical structure design methods of exhaust system in practical
production in this paper.
Key words: injection moulds; exhaust groove; design
在使用注射模具生产中 ,制件上常常会形成气
孔、接缝、焦痕和表面轮廓不清等现象 ,而且型腔不
能被充满。对于这些现象应考虑注塑工艺和模具
浇口的选择 ,之后考虑型腔内原有的气体是否能够
顺利排出。如果型腔内的气体不能顺利排出 ,就会
导致型腔不能被充满 ,制件上就会产生气泡。特别
在高速注射时 ,气体被压缩而产生的高温会灼伤制
件 ,使之产生焦痕 ,而且气体被压缩时会产生反压
力 ,从而降低充模速度 ,影响注射周期和产品质量。
因此 ,在设计塑料模具型腔时 ,必须考虑排气。
1 排气系统的作用与设计
1. 1 排气系统的作用
排气系统的作用主要有 :一是在注射熔融塑料
时 ,排除型腔内的空气 ;二是排除塑料在加热过程
中产生的各种气体 ;三是在脱模过程中引入气体。
对于一些小型件或精密零件更要重视排气 ,以避免
制品表面灼伤、注射量不足及熔接痕等多种缺陷 ,
减少模具污染等。在塑料注射过程中 ,除了腔内原
有的气体外 ,塑料受热后挥发出的气体 ,随着塑料
的进入而必须即刻排出。那么 ,模腔的排气怎样才
算充分呢 ? 一般来说 ,若以最高允许的注射速率注
射熔融充分的塑料时 ,在制品上未留下焦痕 ,则可
以认为型腔内的排气是充分的。
1. 2 排气方式分析
型腔排气的方法很多 ,大多情况下利用模具的
分型面或配合间隙自然排气。另外则是开设排气
槽 ,但必须保证 :排气槽在排气的同时 ,其尺寸设计
以熔融塑料不进入排气槽为度 ,防止其被堵塞 ;出
口不要对着操作工人 ,以防熔融塑料喷出 ,发生工
伤事故。当排气槽开设的尺寸和位置选择不适当
的时候 ,会产生飞边毛刺 ,影响制品的美观和精度。
对于结构复杂的模具 ,事先较难估计发生气阻的准
确位置 ,往往还需要通过试模来确定排气槽开设的
位置。而其尺寸根据塑料材料的不同 ,选择也不相
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长沙航空职业技术学院学报 第 7卷
同 ,根据一般设计经验 ,常用塑料的排气槽深度尺
寸见表 1。
表 1 排气槽的深度尺寸
塑料名称 排气槽的深度取值 (mm)
聚乙烯 (PE) 0. 02
聚丙烯 (PP) 0. 01～0. 02
聚苯乙烯 ( PS) 0. 02
聚酰胺 (PA) 0. 01
聚碳酸酯 ( PC) 0. 01～0. 03
聚甲醛 (POM) 0. 01～0. 03
丙烯酸共聚物 0. 03
ABS 0. 03
而塑料熔体充模时间很短 ,可认为模内气体物
理性质符合绝热条件 ,因此理论上可用经验公式
(1)进行估算排气槽截面面积。
A = 25m1 T1
θP0
(1)
式中 : A———排气槽截面面积 (m2 ) ;
m1 ———模具内气体的质量 (kg) ;
T1 ———模具内被压缩气体的最终温度 ( K) ;
θ———充模时间 ( s) ;
P0 ———模内气体的初始压力 , P0 = 0. 1MPa。
模具内气体的质量 ,按常压常温 20℃下的氮
气密度 ρ0 = 1. 16Kg/m2 计算 ,有
m1 =ρ0 V0 (2)
式中 : V0 ———模具型腔的体积 (m3 ) 。
应用气体状态方程 ,可求得上式中模具内被压
缩气体的最终温度
T1 = T0 ( P1
P0
) 0. 1304 (3)
式中 : T0 ———模内气体的初始温度 , T0 = 20 +
273 = 293K;
P1 ———模内被压缩气体的最终压力 (MPa) 。
但实际排气槽的宽度应大于计算值 ,因为使用
了一定期限的旧模具 ,由于挥发性气体的积垢 ,使
排气槽的有效横截面积减小。
1. 3 排气系统的实用结构设计
根据注射模具的设计经验 ,排气系统的实用结
构有以下几种 :
1)利用分型面闭合时的间隙排气 (如图 1) ,
从而不必特意设计排气系统。但是此时分型面应
具有一定的粗糙度 ,工厂中一般用砂轮 (砂轮型号
是 240型 )对分型面进行研磨 ,并且研磨时砂轮线
路必须指向外侧 ,才能保证塑料熔体充模时 ,气体
沿着分型面排出。
图 1 分型面排气
2)利用模具零件间的活动配合间隙排气 (如
图 2) 。例如顶杆与顶杆孔的配合间隙 ,顶管、顶块
或脱模板与型芯的配合间隙都可以兼作排气用 ,其
间隙量可取 0. 03～0. 05毫米 ,具体可根据排气量
和周边长度而定。对于大型塑料制件的成型零件 ,
在不影响产品外观及精度的情况下 ,适当把模具改
为镶拼结构 ,这样不仅有利于排气 ,通常还可以降
低原有的加工难度和便于维修。而利用固定镶块
或型芯与其安装孔的配合间隙排气则不太可靠 ,因
为此间隙容易被不能及时清除的溢料堵塞。
图 2 间隙排气
3)最可靠的方法是在分型面上开设专用的排
气槽 (如图 3)。在实际生产中 ,排气槽一般开设在
熔融塑料流动的末端 ,靠近嵌件或壁厚最薄处 ,易
形成熔接缝处 ,并且开设在分型面的凹模一侧。
对于中小型塑件 ,分型面上排气槽尺寸为深
0. 04～0. 13mm,宽 3. 2～6. 4mm,其截面积用下列
公式计算 :
A = 0. 05VS
n (4)
式中 A———排气槽截面面积 (mm2 ) ,其推荐尺
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第 1期 张 总 ,等 :注射模具中排气系统的设计
图 3 分型面上的排气槽
寸见表 2;
V s———塑件的体积 (cm3 ) ;
n———排气槽的数量。
表 2 排气槽横截面积推荐尺寸
横截面积 A (mm2 ) 宽 (mm) ×深 (mm)
≈ 0. 2 5 ×0. 04
> 0. 2～0. 4 5 ×0. 08
> 0. 4～0. 6 6 ×0. 10
> 0. 6～0. 8 8 ×0. 10
> 0. 8～1. 0 10 ×0. 10
> 1. 0～1. 5 10 ×0. 15
> 1. 5～2. 0 10 ×0. 20
对于大型制件 ,把分型面上的排气槽做成弯曲
的形式 ,逐步增宽 (如图 4) ,以降低熔融塑料溢出
时的动能。另外在设计塑料制件时 ,尽量避免出现
厚度不均匀或死腔、死角的结构 ,否则 ,一定要在厚
度大或死腔、死角的部位开设排气槽。
图 4 排气槽的形状
4)利用在型腔上镶嵌烧结金属渗导块排气
(如图 5)。球粒状的原料做成的烧结金属具有良
好的排气效果。当型腔最后充满的部位不在分型
面上 ,又无活动配合间隙时 ,可采用镶嵌烧结金属
渗导块排气。但制品与渗导块接触处会留下痕迹 ,
故应当注意将烧结金属渗导块设置在隐蔽处 ,同时
开设的通气孔直径 D 不宜太大 ,以免烧结金属受
力变形。
图 5 烧结金属渗导块排气
5)随着高速注射的发展 ,真空排气系统将被
采用。例如在烧结金属后 ,配以真空抽气。有的还
用负压的冷却剂辅助将气体带出。
2 结束语
在塑料充模过程中 ,必须将熔融塑料的流动保
持在最佳状态 ,因此需要较高的注射速度 ,故必须
提高熔融塑料温度和注射压力。但制件的残余应
力会随之提高 ,翘曲和塑料裂解的可能性增加。如
果有了适当的排气 ,注射速度可以提高 ,充填和保
压可以达到良好状态 ,不需要过度增加料管和喷嘴
的温度。另外在塑件脱模过程中 ,塑件表面和型芯
表面之间形成真空 ,难以脱模。若强制脱模 ,塑件
会变形或损坏 ,必须引入气体 ,使其顺利脱模。排
气系统在脱模时也可以起到引气作用。因此排气
系统在注塑模的设计中占据着一个重要地位 ,应该
引起充分的重视 !
参考文献 :
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料注射成型模具的设计与制造 [M ]. 北京 :中国轻工
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[ 2 ] 唐志玉. 塑料模具设计师指南 [M ]. 北京 :国防工业
出版社 , 1999.
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[ 4 ] 马金骏. 塑料模具设计 [M ]. 北京 :中国科学技术出
版社 , 1994.
[ 5 ] 屈华昌. 塑料成型工艺与模具设计 [M ]. 北京 :机械
工业出版社 , 1996.
[责任编辑 刘 敏 ]
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