合理選擇注塑機噴嘴

文/ HMM Solutions公司 Chuck Azzopardi

合理選擇注塑機噴嘴

文/ HMM Solutions公司 Chuck Azzopardi

近年來，噴嘴設計方面的改進不斷取得進展，克服了以往過濾、混合和截流式噴嘴很多的局限性，選擇一款合適的噴嘴將為成型商們優化注塑成型工藝帶來極大的助力。

在當今全球化的制造環境中，成型商們正在通過一切可能的方式優化他們的注塑成型工藝，而各種機器噴嘴為實現此目標提供了助推力。如今的注塑機噴嘴可以提供多種功能，包括熔體流的過濾、混合和截流。

通過噴嘴過濾器盡可能地減少因熔體流中的異物或污染物而堵塞澆口和/或熱流道尖梢，可以延長正常的運行時間，并減小澆口和熱流道尖梢的損傷。在成型壓機中使用添加劑（如著色劑）的成型商們，通常采用混料噴嘴來增強添加劑的分散和混合，以提高成型部件的質量，降低添加劑的用量和成本。截流式噴嘴可以盡可能地減少成型操作中的淌料，在這種操作中，壓機經常與模具分開，例如在很多的二次注射成型應用中。

模塊式噴嘴的設計

噴嘴的設計要使其容易安裝到注塑機料筒上，這意味著每個噴嘴的后端要針對與其配合使用的特定機器料筒來訂制螺紋。因此，每個噴嘴往往與一款特定類型和尺寸的注塑機一同使用。

一些噴嘴采用單件式結構，這類噴嘴的初始費用較低。而另一些噴嘴采用模塊化設計和結構，它們通常會針對噴嘴體、機器接口和模具接口提供單獨的零部件。模塊化設計有許多優點，其中最主要的優點之一是單個的噴嘴體能與多個料筒和多個模具連接。

在模塊化設計中，與注射料筒連接的接口是與噴嘴體分開的，這使得噴嘴體可以在采用不同料筒螺紋規格的多種設備上運行。每個獨立的接口擁有與其配合使用的料筒相匹配的螺紋規格，并與特定的注塑設備相連接，而每臺注塑機有一個共同的接口連接到噴嘴體。通過這種方式，噴嘴體可以很容易地安裝到成型工廠中使用的各種料筒上。

另外，噴嘴的前端也是訂制的，以確保它能與配合的模具注道襯套半徑相匹配，并適當連接。模塊化噴嘴設計還包括易于交換的模塊化尖梢，這使成型商可以采用多個尖梢，從而允許一個噴嘴與多個模具合理連接，而這些模具可以有不同的注道襯套規格。

網疊噴嘴過濾器

噴嘴過濾器有多種不同款式，它們能捕獲熔體流中的污染物，防止這些顆粒進入模具和成型部件中。最常見的一種噴嘴過濾器被稱為“網疊”。它由一個有許多小孔的金屬圓盤構成，沿著機器噴嘴流道的內徑插入。當熔體通過噴嘴流道時會遇到金屬圓盤，并通過小直徑的孔被擠壓。大于這些孔的微粒或污染物將被捕獲，防止其進入模具中。

網疊的優點是設計簡單、成本低，且在金屬圓盤中訂制孔直徑也比較容易。但是，網疊也有很多局限，第一個且非常重要的一點是，為了確保金屬圓盤在注射壓力下保持結構完整性，實心金屬的面積要大于金屬圓盤所包含的小孔的總面積。基于此要求，網疊相當于將流道面積至少減少了50%，這會在熔體通過網疊時產生一個明顯且較大的壓力降，這種壓力降大到足以影響加工窗口，這對很多成型商而言是無法接受的。大多數的成型商不使用網疊或者將它們用于需要這種壓力的注塑機和/或模具上。

網疊的另一個缺點是，有效捕獲的粒子或污染物會阻塞金屬圓盤上的小孔。一旦有孔被堵塞，熔體的有效流動面積將進一步減少，從而導致壓力降的額外增加。

隨著更多的污染物被捕獲，壓力降將持續上升。在某一時刻，當捕獲到足夠的污染物時，壓力降會阻止正常的成型，此時，網疊必須進行清理，這也暴露出這種噴嘴設計的第三個缺點。

要清潔過濾網，噴嘴必須先冷卻下來，然后拆卸，以便于將網疊從噴嘴過濾器中取出，然后對其進行清洗或更換。清潔后網疊再插入到噴嘴過濾器中，然后重新裝上噴嘴。重新安裝后，機器噴嘴就可以恢復到適當的工作溫度，重新開始成型。從成型關閉到冷卻、拆卸、清洗、重新安裝再到加熱，整個過程可能需要2 h甚至更長的時間，這取決于設備噴嘴的尺寸。

間隙-過濾器噴嘴

熔體過濾器的另一種設計是間隙過濾器，有時也被稱為“邊緣過濾器”。間隙過濾器將熔體的過濾旋轉了90°，這樣允許以一個更大的流動面積進行過濾，從而顯著減小了壓力降，這是其與網疊相比，最顯著的特點之一。

間隙過濾器呈圓柱形。外徑精確加工，使它能以最小間隙滑入噴嘴體的內徑孔中。沿著間隙過濾器的外徑有偶數數目的流道，形成多根平行、縱向的熔體流道。

加工過的槽流道相互靠近，每個流道僅用一面鋼制薄壁分隔。換言之，鋼制薄壁是流道的側壁。當間隙過濾器滑入噴嘴的內徑孔時，噴嘴的內徑在加工過的槽上形成一個蓋子，完全封閉熔體流道。

加工過的槽流道在間隙過濾器的兩端近處停下，然后于過濾器的一側，在每根加工過的槽中鉆孔，使熔體可以從噴嘴的注射料筒側流入每根熔體流道槽中。于圓筒的模具一端，也在交替的熔體流道槽中鉆孔，使熔體可以從所有加工過的槽中流出，進入模具中。

此時，熔體可以通過這些槽熔體流道中的一半從注射料筒流入間隙過濾器中。熔體流到槽流道的末端后，被困在間隙過濾器內，沒有辦法通過加工槽熔體流道離開過濾器進入模具中。

加工槽任意一端上的鋼制壁或薄肋加工得略微向下。這樣在鋼制薄壁或肋之間形成了一個預先確定的“間隙”，把每個加工槽熔體流道和機器噴嘴內孔分開。這些間隙使熔體可以在分隔相鄰加工槽熔體流道的薄壁上通過。如此，熔體可以通過流過肋的頂部繼續從一個槽流道穿過進入相鄰的槽流道。加工的間隙大小決定了熔體從一個流道進入相鄰流道的難易程度，且設定了在肋頂部和機器噴嘴內徑之間的間隙中將要捕獲的粒子或污染物的尺寸。

在肋頂部和噴嘴過濾器內徑之間形成的多個間隙的流動總面積明顯大于網疊的流動總面積，這有利于熔體的流動，從而顯著減少了壓力降。此設計的另一個優點是當污染物被捕獲時，它堵塞流道的百分比更小。因此，在壓力降明顯增加以前，可以通過間隙式過濾器捕獲相當多的污染物。采用間隙過濾器，在運行一段時間并捕獲了大量污染物后，其壓力降可能仍比干凈的網疊低。較低的壓力降使成型機可以過濾熔體，對加工窗口的影響更小。

值得一提的是，有的間隙過濾噴嘴采用了特別的設計，在清除污染物時不必從噴嘴上拆卸過濾器。此設計盡可能地縮短了清洗過程的停機時間，因為噴嘴過濾器可以在注射與注射之間的幾分鐘內被清洗干凈。

這是一種間隙過濾器噴嘴，它在軸向熔體流道之間的薄肋上過濾熔體，可以提供比網疊過濾器噴嘴更低的壓力降和更長的清洗間隔

間隙過濾器噴嘴的特別清機版。為了清機，噴嘴尖梢的螺紋向前約5 mm，然后清除料筒中的材料。截留在過濾器中的污染物會通過旁路通道噴出噴嘴尖梢

混料噴嘴

混料噴嘴確保了添加劑（如著色劑）分散的均勻性、一致性，使這些添加劑的作用得到了最大限度的發揮，同時還有助于獲得更均一的熔體，包括溫度分布。一些混料噴嘴會由于流道體積的變化，在熔體流經噴嘴時產生其他較高和較低的壓力區域；一些混料噴嘴會引入對熔體而言不可接受的剪切或應力水平。附加的剪切和/或應力對于敏感材料（如PET）是一個特別重要的問題。

“三重作用”的混料噴嘴把熔體疊合在其自身上，確保了熔體混合過程的輕緩。當熔體進入噴嘴時，它被引導到最外層，在那里順時針的螺旋流道開始旋轉熔體。然后螺旋流道內徑上的開槽孔把物料向內移動到第二組逆時針的螺旋流道中，當它開始向反方向旋轉時，再次疊合熱塑性熔體于自身。這些流道內的小直徑孔使熔體可以向內前進到另一層，在那里會碰到最后的順時針螺旋流徑，以相反的方向第三次疊合材料。

這種三重作用保證了熔體輕緩而徹底的混合。當熔體沿噴嘴向內前進時，它通過的槽和小直徑孔提供了過濾功能。濾器的尺寸可以按照成型機的規格訂制。

當熔體通過具有三重作用的混料噴嘴時，鑒于其流過的流徑具有復雜的形狀，因此改變顏色可能需要更多的注射。對于進行頻繁的顏色變化同時采用三重作用混料噴嘴的成型商，一個簡單的解決方案是采用兩個混料噴嘴。當改變顏色時，成型商只需替換噴嘴即可。然后可以清潔從機器上拆下的混料噴嘴，并為下一次的顏色變化作好準備。在顏色改變之間進行清洗有其他的好處，這可以清洗出已由混料噴嘴捕獲的污染物。

過濾的尺寸和三重作用噴嘴的輕緩混合動作可以最大限度地減小熔體通過噴嘴時所承受的壓力降和剪切，這使得三重作用混料噴嘴成為了剪切敏感的熱塑性塑料（包括PET和濃色母料）和/或其他添加劑的理想選擇。

三重作用混料噴嘴使用復雜的形狀來保證熔體充分混合，采用3個交替的旋轉來輕緩地疊合熔體3次。它還提供了一個可微調的熔體過濾

外部驅動的截流式噴嘴使用液壓或氣壓缸來驅動一個截流機制。截流機制可以使用各種方法，包括這個剖面圖中顯示的旋轉截流

截流式噴嘴

在一些成型應用中，如一些多次注射的注塑作業，噴嘴在每次注射后要退離模具。針對這些應用，最大限度地減少噴嘴的淌料十分關鍵。

有各種設計可以用來截流熔體，包括截流式銷或針、球閥截流和片型截流等；還有各種方法用于啟動截流，包括液壓、氣動或彈簧。截流可通過注塑成型壓機或注射壓力本身觸發電子元件來定時。

為了簡化過程和減少在某些情況下可能導致災難性失敗的錯誤，截流式操作在大多數的應用中會自動發生。截流式噴嘴也可以包含一個內置的安全功能，它能確保在壓機空轉加熱一段較長時間時噴嘴不會過壓。

通過注射壓力打開的彈簧操作機構，能以簡單、直接且可靠的方式完成這個任務。一旦注射壓力達到預定的水平時，彈簧被壓縮，使熔體可以流過針形閥，只要注射壓力保持在預定的水平，針型閥會始終保持打開。當注射壓力低于這個水平時，彈簧推動針型閥向前進入關閉位置，自動截住熔體的流動。

彈簧針形截流設計具有自動操作的優勢，無需人工、傳感器或外部驅動裝置的干預，也不需要液壓、氣動連接或控制器。因此，每當一個模具放入壓機中，它馬上可以運行，無需調整。

自動截流式噴嘴使用一個高品質的耐熱彈簧，以提供一種簡單有效的截流機制，它不需要操作人員設置或干預

在一些應用中使用的彈簧包含在噴嘴中并被熔融的熱塑性塑料包圍，它們要求質量高、耐用且耐高溫，以確保彈簧在熔融溫度下隨著時間的延長不會退火，這點非常重要。為了盡量減少熔體損壞彈簧的可能性，截流式噴嘴的所有部件必須要精密加工。

如果料筒在一段時間里無人看管而進行加熱，彈簧針的內置安全功能在此時會發揮其作用，以防止噴嘴和/或注射料筒開始積累壓力。采用外部驅動的閥，可能會保持關閉，甚至在壓力增加時也是如此。如果閥在升高的壓力下打開，熔體可能會失控地從機器噴嘴中射出，形成潛在的不安全狀況。更糟糕的是，如果閥不及時開啟釋放壓力，在很少或沒有警告的情況下，可能再次導致潛在的危險狀況。

采用彈簧驅動，一旦壓力達到預定的水平，不論是因為成型周期已經被故意停止，還是因為在無人值守時注射料筒中的壓力上升，彈簧將自動開啟針形閥，在損壞或災難發生之前釋放壓力。