塑胶模具排气槽的设计探讨

塑模排氣槽的設計探討

摘要:

注塑模先閉模後進料，從某種意義而言，它也是一種置換裝置。即塑膠融體注入模腔內的同時，必須置換出型腔內的空氣以及從物料中逸出的揮發性氣體，才能使充模順利進行。如果某一局部排氣不良，則該局部的氣體就會被壓縮升溫，導致融體分解變色；如果滯留在型腔內的氣體過多，還會形成空洞和填充不足等缺陷。

事實上，我們在模具設計時，對排氣設計沒有引起足夠的重視，同時也沒有形成一個良好一致的設計理念。大家通常認為，由於產品小，隻需在模仁分割時件數多一些，就起到了排氣的作用，因而不必開專門的排氣槽。這種做法沒有詳細考量塑膠融體在型腔內的流動情況。因為融體在模腔內流動時，由於受到模仁的阻擋，各個通道的阻力不一致，塑膠融體最易充滿的是阻力小的空間，最後充滿的地方往往是產品最薄弱處，這些地方的排氣恰恰是模仁分割不能解決的，如果沒有適當的排氣槽，就會造成封閉的氣囊，形成包風，燒焦等不良狀況。

基於上述，本文主要從以下幾個方面來討論排氣的設計：

1.排氣不良的危害性。

2.生產中常見排氣不良分析，並在此基礎上歸納出開排氣的方法。

3.排氣的理論分析與計算；目的在於提供一個設計參考的量的計算方法。

4.排氣槽的做法。

關鍵詞：排氣槽排氣槽截面積排氣槽寬度多變指數

一排氣不良的危害性

根據生產過程中反應，排氣和排氣間隙不良通常產生下述不良狀況：

1）增加塑膠融體充模的阻力，使型腔不能充滿，塑件輪廓不清。

2）產品上呈現明顯可見的流動痕和融合線，使產品的力學性能降低，表現在強度不足，容易開裂，折斷等方面。

3）滯留氣體使產品表面產生銀紋，氣孔，剝層等表面質量缺陷。

4）型腔內氣體受到壓縮後產生局部高溫，使塑膠融體分解變色，甚至老化，燒焦。

5）降低了充模速度，增加了成型周期。

二常見排氣不良狀況分析

在新模量試過程中，經常會遇到排氣不良造成產品包風，燒焦，不飽模等不良狀況，嚴重的情況還會造成停機修模，或者重新設計圖面。以下就是幾個比較典型的列子：

（1）未考慮排氣造成產品不飽模，或拉斷的情況：

圖示產品為一HOUSING，在試模中發現箭

頭所指處幾乎每做一模都填充不足，形成不飽

模狀態；通過加大注射壓力與注射速度後，雖

能填飽，但頂出時又將該處拉斷。經分析原因

（2） 考慮了排氣，但因不合理造成產品包風，燒焦的情況：

（3） 產品上有加強筋的地方，對應的模仁處往往為放電凹坑，通常排氣不

良，容易形成填充不足，包風的狀況：

（4） 細長產品遠澆口的地方，由於沒有考慮開排氣， 造成填充不足·不飽

模的狀況：

POST 處排氣不合理

（產 品）

（模 仁）

圖示產品為一HOUSING ，箭頭指示處為加強筋，由於受到外圓弧的限制，模仁單獨拆出比較困難；因而與外圓弧件拆在一起，這樣就形成了一放電凹坑，使得注射時該處形成積熱，高壓區，從而導致填充不足。改善方法是沿著徑向拆出一件與凹坑等寬的模仁，鑲掛在外圓弧件上，利

用其配合間隙進行排氣。

遠澆口處澆 口

圖示產品為一AGP HOUSING ，該產品的特點是PIN 多，體長；塑膠融體在型腔的流程相對較長；如果在遠澆口的地方未考慮排氣，就會因此導致填充不足·不飽模的狀況。通常的做法是在遠澆口的地方加開溢料井進行補縮，排氣；但若受模仁的約束，不能做溢料井，就得開專門的排氣槽。

（5） 產品結構倒角多，而倒角處通常為放電加工，這樣也會造成排氣不良，造成產品缺陷。如下圖所示：

三 排氣槽位置選擇的一般原則

根據典型不良狀況分析，排氣槽位置的選擇，主要考慮以下幾個方面：

（1） 產品的薄壁處；這裡通常為塑膠融體最後填充區域。

（2） 流程的最終點;PIN 多，體長的產品尤其要考慮這一點。

（3） 兩股料流的匯合處。

（4） 型腔中容易滯留氣體的部位。

（5） 型腔中盲孔的底部;如：POST 處，倒角處。

（6） 產品的結構限制了澆口的布置，而澆口的布置又正好不利於排氣，這

時需要綜合考量排氣的位置。

四 排氣的理論分析與計算

(一) 理論分析

事實上，我們在塑模設計時，對排氣的認識和理解缺乏理論的探討，導

致設計時很大程度上忽略了排氣面積不足對產品的影響，給生產埋下了隱患。所以有必要從理論上分析排氣的做法，以形成對設計的良好指導。

（1）理論分析

圖示產品結構上倒角多，在模仁分

割時由於受到倒角結構的限制，為了

保証倒角的光整性；一般將倒角拆成

模具型腔內的氣體必須能夠排除，這樣注入型腔的塑膠才可能充

滿整個空間。任何一種氣體都遵守下面的規律：

P*V=n*R*T -----(1)

式中：P-----氣體壓強（Pa）

V-----氣體體積（m2）

n-----氣體摩爾數（ml）

R----氣體摩爾常數(N*m/ml*K)

T----氣體溫度（K）

通常取一摩爾理想氣體在00C，標準大氣壓時來計算氣體摩爾常數R（一摩爾氣體在標準狀況時體積為22.4升）；由(1)式變換得：

R=P0*V0/n*T0=1.013*105*22.4*10-3/1.0*273.15

= 8.31(N*m/ml*K)

根據V.V.sushkov實驗，型腔內的氣體，可以引用以下的氣體計算公式：

Vmax=1.15*S*P0*(R*T1)-1/2-----(2)

式中：Vmax----氣體排除的最大質量速度（kg/s）

S--------排氣槽截面積（ m2）

P0-------型腔內氣體的初始壓力（1.013＊105Pa）

R-------摩爾氣體常數（前面已介紹）

T1------型腔內氣體最終溫度（K）

如果以G0表示型腔內氣體的重量（kg），以t表示氣體的排除時間（排出時間即為塑模的充模時間）；因此:

t=G 0/Vmax ------(3)

代入氣體摩爾常數，由（2），（3）式合並得：

S = G0*(R*T1)1/2/1.15*P0*t

=G0＊(8.31)1/2*(T1)1/2/1.15*P0*t

= G0＊2.883*(T1)0.5/ 1.15*P0*t

=2.5* G0*(T1)0.5/ P0*t -------(4)

式中：S--------排氣槽截面積（ m2）

G0------型腔內氣體的質量（kg）

T1------型腔內氣體最終溫度（K）

P0-----型腔內氣體的初始壓力（1.013＊105Pa）

t-----氣體的排除時間(即充模時間s)

(2) 根據V.V.sushkov實驗,當未開排氣槽時, 通常型腔內流程終端的空氣

壓力為20Mpa ；如果型腔內融體的靜壓力小於20Mpa,則不可能充滿型腔. 未充滿型腔的空間通常為百分之一(1/100)，並以此來計算型腔內氣體的最終溫度T 1;考慮到環境溫度，模具冷卻系統的作用，型腔內氣體溫度是多變的；為了獲得一個相對合理，穩定的氣體最終溫度，引入多變指數n,目的在於對氣體最終溫度進行補償和修正。公式(引用V.V.sushkov 模具排氣實驗公式，可參考<<模具設計手冊>>第二冊相關章節)如下：

n=Lg(P 1/ P 0)/Lg(V 1/V 0)

=Lg(20/0.1)/Lg(100/1.0)=1.15

則型腔內氣體最終溫度：

T 1=T 0*( P 1/ P 0)(1.15-1.0)/1.15= T 0*( P 1/ P 0)0.13 -----(5)

式中： P 0-----型腔內氣體的初始壓力（0.1Mpa ）

T0---模具內氣體的初始溫度；T0=20+273=293K P 1----型腔內氣體的最終壓力（20Mpa ）

（3） 綜上所述。計算公式如下：

S =2.5* G 0*(T 1)0.5/ P 0*t ----(6)

T 1 = T 0*( P 1/ P 0)0.13 -----(7)

。 (二) 常用塑膠排氣槽深度參考表

1. 排氣孔的截面尺寸，以有利於排氣但又不產生毛邊為原則.這

就要求針對不同的塑膠,不同形狀的產品,計算出一個所需的當量總截面積.然後根據排氣原則確定產品哪些地方需要排氣,再合理分配這些排氣槽面積.以下是常用塑膠排氣槽深度參考表:

充填不良,成品外觀接合線,燒焦等

不良現象都與排氣不良有關,除了

應做好排氣設置外,其次要依成型

材料操作規定,減少氣體的產生.

2. 對於結構復雜,薄壁,細長的產品;可以借助模流分析,找出容易積

熱的地方,再利用上述公式計算出當量總截面積,結合不同塑膠

的排氣槽深度,合理分配這些面積,從而起到良好排氣.

(

五 氣槽的做法

結合我們的設計,排氣槽的做法可以歸納為以下幾個方面;但是,對於 方形,圓形POST,細深凹坑等排氣不良,需要尋求不同於常規的方法來解決.

1. 利用分型面排氣

通常被壓縮氣體最終排氣壓力取P=20MPa,則由（7）式得： T 1 = T 0*( P 1/ P 0)0.13

=293*(20/0.1)0.13 =583(K)

型腔內氣體密度通常按氮氣密度計算；q=1.16kg/m 3

模內氣體質量：

G0=Vc*q=25.5*10-6 *1.16=29.58*10-6 kg

由公式(6)得： Smin =2.5* G *(T )0.5/ P *t

2. 利用頂針排氣

這是設計中最常用的方法.主要利用頂針與孔的配合間隙排氣.

3. 利用模仁分割排氣

以下是是一個典型的列子:

4.方形,圓形POST 的排氣

a. 以post 外形尺寸為界,將其拆成pin 與主體模仁配合,利用配合間隙

排氣.

b. 以post 倒角後部尺寸為界,將其拆成pin 與主體模仁配合,利用配合

間隙排氣

.

排氣槽總寬度W=L

排氣槽總寬度W=2*(L1+ L2)

排氣槽總寬度W=2*(L1+ L2)

排氣槽總寬度 W=2*3.14D

c. 二者的共同缺陷是:新模排氣尚可,但生產一段時間後,配合間隙容易被異物堵死,而起不到排氣作用;同時對於頭部為圓形,半球形的post 使用受到限制.

d. 以上缺陷可以利用下述方法解決:

方法一: 在以POST 外形尺寸為界的PIN 上，四周開排氣槽，並使上下面高低差為0.01~0.02,防止異物堵死，排氣效果相對好些.

方法二: 將POST 按圖示方法拆成兩部分，並在鑲件上開排氣槽，使中

間與兩邊面高低差為0.01~0.02;這樣排氣效果良好.可以解決頭部為半球形post 的成型不良問題.該方法容易使post 錯位，設計時公差控制較嚴格.

5. 利用成型機台排氣;如FANUC 機可以實現二次合模,進行排氣.

總之,隻要我們理論聯系實際,大膽嘗試,勇於創新;對於生產中的問題,

設計中的難點,總會找到解決問題的方法.

主要參考文獻

排氣槽總寬度=4*L

排氣槽總寬度=4*L

一<<模具設計手冊>> 第二冊機械工業出版社二<<塑膠模具優化設計手冊>> 機械工業出版