鎖模圈式止逆閥真的更好嗎？

文/Injection Molding Solutions公司John Bozzelli

注塑成型過(guò)程涉及數(shù)百個(gè)細(xì)節(jié)，而止逆閥是其中非常重要的一個(gè)。止逆閥產(chǎn)品款式眾多，如三瓣式、四瓣式、全流量式和球形止逆閥等。近年來(lái)，滑動(dòng)圈式和鎖模圈式止逆閥也加入其中，而本文的重點(diǎn)就集中在這二者之間。

“止逆閥”和“止逆圈”這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)在注塑領(lǐng)域中很常見(jiàn)，二者可互換使用。那么止逆閥的作用是什么？它如何工作呢？

止逆閥是一個(gè)單向閥，其作用是確保熔融的塑料只朝一個(gè)方向流動(dòng)，就如同注射器中的柱塞密封一樣。在實(shí)際的注塑過(guò)程中，螺桿旋轉(zhuǎn)，熔體通過(guò)螺桿的計(jì)量螺棱泵送，被強(qiáng)制通過(guò)止逆閥，以形成合適的注射量。這一過(guò)程所需要的壓力由設(shè)備上設(shè)定的背壓決定。對(duì)非填充樹(shù)脂而言，背壓通常為500～750 psi（3.4～5.2 MPa）。玻璃纖維填充樹(shù)脂或敏感易降解的樹(shù)脂建議使用低背壓。

一旦注射量準(zhǔn)備就緒且模具閉合，就會(huì)產(chǎn)生注嘴接觸力，開(kāi)始注射熔體。當(dāng)螺桿開(kāi)始向前移動(dòng)時(shí)，止逆閥座與圈配合形成密封，防止熔體在螺桿的螺棱處回流。當(dāng)注塑的產(chǎn)品是一個(gè)薄壁部件時(shí)，止逆閥座和圈上的壓力約20 000～45 000 psi（138～310.2 MPa）。 需要注意的一點(diǎn)是，這一過(guò)程必須形成兩處密封，一個(gè)位于圈和閥座之間，另一個(gè)位于圈和機(jī)筒壁之間。而圈和機(jī)筒之間的密封是通過(guò)二者非常緊密的配合或嚴(yán)格的公差來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

圖1 滑動(dòng)圈式止逆閥。在塑化或螺桿回復(fù)過(guò)程中，滑動(dòng)圈不會(huì)隨螺桿一起旋轉(zhuǎn)。它只在螺桿旋轉(zhuǎn)過(guò)程中向后移動(dòng)，在注射過(guò)程中向前移動(dòng)

圖2 鎖模圈式止逆閥。在塑化過(guò)程中，鎖模圈隨螺桿一起旋轉(zhuǎn)并在注射過(guò)程中水平移動(dòng)

止逆閥座和圈之間的密封非常關(guān)鍵，因?yàn)槌尚蜕滩幌Ｍ腥魏稳垠w回流。不過(guò)，這聽(tīng)起來(lái)很簡(jiǎn)單，但在高壓和正常的成型條件下，可能會(huì)存在一些問(wèn)題而影響閥座與圈之間的配合，這些問(wèn)題包括：

1.未熔融或部分熔融的粒料阻礙了圈與閥座的正確配合；

2.諸如金屬和其他固體碎屑的污染可能阻塞閥的正確位置或配合；

3.閥與閥座之間有較大的配合區(qū)域：大的表面區(qū)不易形成良好的密封，所以小的接觸區(qū)更理想;

4.閥磨損：止逆閥是一個(gè)高磨損部件，且如果不拉出螺桿和尖梢，很難評(píng)估磨損情況；

5.聚合物黏度；

6.機(jī)筒的直徑或螺桿的尺寸。

止逆閥防止回流的效果決定了注射量和緩沖（通常，對(duì)于“緩沖”的定義有兩種，本文采用的是“螺桿在第二階段或保壓結(jié)束時(shí)的位置”）的一致性，對(duì)所加工部件的可重復(fù)性也有重要影響。

圖3 這款鎖模圈式止逆閥已使用了約2 000 h。由于旋轉(zhuǎn)，閥體的圓周和水平方向有很多擦傷和劃痕。圖中顯示了新舊止逆閥之間的巨大差異

如今，工廠中有相當(dāng)多的設(shè)備根本沒(méi)有止逆閥，特別是生產(chǎn)小型部件的注塑機(jī)。這些注塑機(jī)是兩步式壓機(jī)，在小型機(jī)筒（采用固定螺桿）中熔融的材料會(huì)被送進(jìn)射料罐，那里有一個(gè)精確配合的活塞作為射料桿，將熔體注入模具中。不過(guò)，這種類(lèi)型的設(shè)備存在一個(gè)缺點(diǎn)——注嘴更長(zhǎng)且壓力損失也更大。

如果了解止逆閥的機(jī)械結(jié)構(gòu)，就可以對(duì)滑動(dòng)圈式與鎖模圈式止逆閥進(jìn)行對(duì)比。二者的功能相同，但在塑化過(guò)程中的運(yùn)行存在區(qū)別。如果止逆閥采用滑動(dòng)圈，在塑化或螺桿回復(fù)過(guò)程中，滑動(dòng)圈不會(huì)隨螺桿一起旋轉(zhuǎn)。它只在螺桿旋轉(zhuǎn)過(guò)程中向后滑動(dòng)，在注射過(guò)程中向前滑動(dòng)（如圖1所示）。而采用鎖模圈的止逆閥，在塑化過(guò)程中鎖模圈會(huì)隨螺桿一起旋轉(zhuǎn)，并在注射過(guò)程中向前移動(dòng)（如圖2所示）。

圖4 螺桿的部分螺棱上存在碳堆積，計(jì)量段的3個(gè)螺棱幾乎布滿了碳纖維和玻璃纖維

在筆者看來(lái)，大多數(shù)的注塑加工商認(rèn)為鎖模圈密封更好，泄漏更少，使用壽命也更長(zhǎng)。但是，沒(méi)有數(shù)據(jù)來(lái)支撐這個(gè)結(jié)論。圖3中的鎖模圈式止逆閥已經(jīng)使用了大約2 000 h，請(qǐng)注意閥體上由于旋轉(zhuǎn)而在圓周和水平方向上產(chǎn)生的劃痕。機(jī)筒內(nèi)部是什么樣子也可想而知，難道還要更換機(jī)筒嗎？不僅如此，圖中螺桿的部分螺棱上還存在碳堆積，計(jì)量段的3個(gè)螺棱幾乎布滿了碳纖維和玻璃纖維（如圖4所示）。筆者認(rèn)為，出現(xiàn)這種情況是由于鎖定的齒部分阻擋了塑料向前流動(dòng)。

相比上面劃痕累累的鎖模圈式止逆閥，滑動(dòng)圈式止逆閥就好很多。即便是出現(xiàn)這種情況，也是在經(jīng)過(guò)更長(zhǎng)的加工時(shí)間和巨大的濫用后，而且滑動(dòng)圈不太可能造成機(jī)筒損壞。至于更好的密封，業(yè)界需要評(píng)估階梯角和弧形閥座。雖然鎖模圈式和滑動(dòng)圈式止逆閥都優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)的近配合角閥，但是筆者所看到的一項(xiàng)研究表明，采用近配合角閥，圓角閥座的性能提高了85%。

總之，筆者的建議是不要輕易使用鎖模圈式止逆閥。當(dāng)然，這還需要數(shù)據(jù)來(lái)提供切實(shí)的理論支持。不過(guò)，從圖3的情況來(lái)看，如果真的造成機(jī)筒磨損，更換機(jī)筒的費(fèi)用是相當(dāng)昂貴的。