模具排氣系統設計探討

田書竹，陶永亮

1.廣州市番禺區勝美達舊水坑電子廠（廣東廣州 511400）

2.重慶川儀工程塑料有限公司（重慶 400712）

1 引言

排氣系統是模具結構的重要組成部分，良好的模具排氣系統，在射成型過程中，模具型腔內的壓力就會降低，減少了模具承受高壓力的疲勞度，從而延長了模具壽命；反之，如果模具長期承受高壓，不僅會使模板產生變形，還會出現疲勞裂紋，造成模具的報廢。良好的模具排氣，射膠過程中的阻力就會小，縮短了射膠時間；模具排氣不暢的話，模具型腔內的空氣因為壓縮而造成填充不足、燒焦等塑件外觀缺陷，影響塑件質量，同時由于模具型腔會受到高溫壓縮氣體的腐蝕，增加模具的修理頻次。

2 模具排氣系統設計原則

2.1 排氣的主要用途

排氣系統：指在塑料熔體填充注射模型腔的過程中，將型腔原有的空氣，還有塑料含有的水分在注射溫度下蒸發而成的水蒸氣、塑料局部過熱分解產生的低分子揮發性氣體、塑料輔助劑揮發（或化學反應）所產生的氣體以及熱固性塑料交聯硬化釋放的氣體[1]，排出型腔的通道。如圖1所示。

2.2 排氣槽設計原則

分型面排氣槽設計基本要求：①排氣槽只能讓氣體排出，但不能讓塑料熔體排出[2]；②周邊開排氣引槽通往模胚外面，但是不能朝向注塑機的操作側開設，以防因溢料發生工傷事故；③在膠料流動的未端或熔接線結合處開排氣；④排氣槽最好開設在分型面上，這樣可使排氣槽處溢出的塑料飛邊隨塑件一起脫模；⑤為了便于模具加工以及清洗模具方便，排氣槽應盡量開設在定模側；⑥流道內的氣體盡量在流道上的排氣槽排盡；⑦流道上的冷料穴一定要按標準進行設計；⑧深骨位處需要做鑲件進行排氣。

圖1 排氣示意圖

以上塑件經過模具流動分析后，最終顯示在圖2a 和圖2b 所示的部位是塑件末端困氣的部位。根據模具排氣系統的設計原理，在圖2a 箭頭及圖2b 圈示位置加開排氣槽，以解決塑件困氣和填充不足的問題。

圖2 塑件困氣部位示意圖

2.3 不同材料的排氣槽深度參考值

排氣槽深度尺寸與塑膠材料的對照表如表1 所示。需要注意的一個特點就是塑膠材料的密度越大，塑件的流動性相對來說就越差，同理，添加玻璃纖維的含量越高，流動性變差，就越難出現飛邊（批鋒），排氣槽的深度就可以越大。

表1 不同材料的排氣槽深度參考值[3]

3 排氣槽深度的選擇方法

選擇排氣槽主要從以下兩點進行分析：①相同材料型號，所添加的助劑不同的情況下，材料的流動性會存在差異，流動性好的材料，排氣槽的深度要淺，流動性差的材料，排氣槽的深度要深；②根據融熔塑料進入模具型腔時，剛進入型腔時，射膠壓力大，射膠速度也大，所以離模具進膠口近的分型面部位的排氣槽深度要淺。當融熔材料流動到塑件遠端或末端時，射膠壓力降低，射膠速度也降低了，所以模具分型面的排氣槽根據澆口的位置進行調整。

3.1 流道排氣槽深度

模具設計工程師一般都是按塑膠材料的排氣槽深度參考值進行加工排氣，這或多或少會把流道內的氣體擠進到模具型腔部位，增加模具型腔的排氣壓力。根據行業的經驗，流道的排氣槽深度，以注射成型時，流道的末端出現輕微的毛邊為準。

以ABS 材料為例，排氣槽的深度為0.03mm，對于流道排氣槽深度進行介紹。排氣槽的相關尺寸如圖3所示。

圖3 排氣槽深度示意圖

排氣槽的寬度一般等于流道的寬度或直徑大小。

排氣的長度d，大部分的設計師都會設計成1～2mm，縮短長度距離，以便快速跑氣，這種思考是不正確的。跑氣的快慢與d的距離是沒有關系的，主要為排氣槽的深度t有較大的關聯。如果排氣槽的長度距離在1～2mm之間，就會極易出現流道溢料飛出，傷人事故。把長度d的距離拉長到5～10mm，讓流道溢出的料在長長的排氣槽內就冷卻了，這樣的設計更安全。

在模具設計過程中，按常規設計思路，排氣槽的深度為0.02mm，以防止產生毛邊。對于流道而言，重點關注的是要保證流道內的氣體排出模具型腔外，而不是關注毛邊問題，所以，為了讓氣體跑出到模具型腔外，排氣槽的深度要稍為大于最大的參考排氣槽值，建議排氣槽的深度在0.04～0.08mm左右。

引氣槽的深度（h）,一般情況下就是設計在1mm左右的，以保證導氣通暢。

3.2 分模面的排氣槽

前后模分模面，滑塊分模面，鑲件等要根據塑件困氣的程度，確認要不要加開排氣槽，原則上前模盡量不要開排氣槽，滑塊部分、鑲件部分看情況的。以ABS 材料為例，根據排氣槽深度參考表，ABS 材料排氣槽最大深度為0.03mm。模具設計的排氣槽位置如圖4所示，分為紅色（A區域）、青色（B區域）和綠色（C區域）3 個區域的排氣槽。模具設計師對于注射成型工藝參數不了解的情況下，在設計排氣槽深度都會統一選擇0.01mm 或0.02mm 的排氣槽深度?，F實生產中，是要根據塑件困氣部位和困氣的嚴重性，增加模具排氣槽數量和加深排氣槽的深度。

根據注射成型射膠產生的壓力來分析，離進膠口近的部位，射膠壓力和射膠速度都是較快的，而進膠口附近的氣體會因為有膠料的充填，逐步往遠端型腔擠壓。在模具型腔遠端是氣體最后排出的，注射速度和注射壓力相對型腔其它部位是最低的，所以排氣槽的深度可以開得更深一點，以便氣體跑出更快。建議紅色區域（A 區域）排氣槽深度開0.01mm，青色（B 區域）和綠色區域（C區域）排氣槽深度開0.02mm。如果塑件末端還出現困氣，燒焦現象的話，綠色區域（C區域）排氣槽深度開0.03mm。

圖4 排氣槽位置示意圖

3.3 頂出機構的排氣槽

頂出機構里面的頂針，扁頂，斜頂，司筒，頂塊，直頂等等，都需要加開排氣槽，先按最小排氣槽的深度開。如果塑件出現不穩定的困氣，燒焦時，稍微再加深排氣槽的深度規格，以保證模具型腔排氣順暢。

4 模具排氣系統不良對于塑件品質的影響

4.1 排氣不良造成的塑件缺陷

（1）燒焦。當熔融塑料填充速度比型腔內的排氣速度快時，型腔內的空氣被壓縮，迅速達到高溫，成型塑件與高溫空氣接觸的部分會產生燒焦，而成黑色。由于在型腔內閉氣阻力阻止了熔融塑料的流動，減緩流速，造成填充不良現象。

（2）溢料。模穴內的空氣與氣體量，抑制了熔融塑料的流動，使分割面擴充，造成與擴大投影面積相同效果，使分模面上浮，而產生溢料。

4.2 案例介紹

（1）塑件介紹。

塑件材料為LCP,底部平面為最薄，壁厚為0.20mm，塑件外形尺寸為：11×11×3mm。模具采用大水口側進膠方式。

成型條件：模具溫度為：130℃；成型材料溫度為：300℃～330℃。螺桿直徑為φ24mm，射膠速度：一段：50.5g/s；二段速度：31.6g/s；射膠壓力：80MPa；射膠時間：0.3s。

（2）塑件產生的問題。

塑件最后熔接位置在塑件最薄的平面，填充不足。

（3）原因及對策。

原因：注射成型過程中，由于是最薄的部位，射膠沖滿本來就不容易。注射成型時塑件的熔接位置也出現在最薄膠位處，給塑件成型更加帶來了一定的困難。通過射膠樣品分析，造成沖不滿的主要原因是因為模具型腔內的氣體無法快速排出造成的。

對策：在模具分模面上，4 個角位加開排氣；大水口進膠位置向薄膠位移動，盡量讓融熔的塑料先流向薄膠部位，把氣引向分模面；動模頂桿加工排氣槽，以滿足快速成型；流道加工排氣，以流道末端出現小批鋒，以保證流道內的氣體完全從流道上的排氣槽排出模具外。

5 排氣槽深度值的經驗分享

（1）相同排氣槽深度的差異性。

大型模具：按照塑膠材料的排氣槽深度開排氣，塑件不產生毛邊；但是對于小型模具按大模具同樣的排氣槽深度去開排氣，塑件就會產生毛邊。出現這種情況主要有兩種原因：①大型模具的變形量會大一點，在注塑機合模過程中，合模力把模具的排氣槽壓得變小，而小型模具的變形量會少，對于排氣槽的深度影響??；②小型模具對應的塑件也是偏小的，要求高的射膠速度，而大型模具的射膠速度相對較低，所以同樣的排氣槽深度，高射速的小型模具，更容易產生毛邊。

（2）排氣槽深度大，塑件有毛邊，深度小塑件燒焦。

對于一些常規的塑件，塑件壁厚均勻（1～3mm），沒有超薄的部位（小于0.3mm），在注射成型過程中，射膠速度可用中低速進行射膠，多數在進膠的末端開排氣，保證塑件填充效果和塑件質量。

對于超薄的塑件（小于0.3mm），注射成型過程中，射膠速度低了，融熔塑膠已固化，無法進行填充，造成填充不足，所以必須用高的射膠速度來滿足塑件要求。如果按常規思路在進膠的末端開排氣，高射速，氣體無法及時排出就會造成燒焦。當再把排氣槽加深，塑件的毛邊又出現了，這就說明模具的排氣槽數量不夠，模具分型面其它位置需要再增加排氣槽。

6 結束語

流道的排氣以流道的末端出現輕微的毛邊為準，以塑膠材料的溢料值為輔進行設計與加工。對于大型模具以及塑件壁厚按行業標準進行設計的塑件，一般只要在動定模分模面之間加開排氣即可，而對于超薄，高射速要求的塑件，就不僅要在動定模分模面，鑲件之間加開排氣，同時也要在模具頂出系統中，全部加開排氣，以便氣體在塑膠材料在填充時間之內排出模具型腔。

在注射成型工序當中，模具排氣系統影響塑件質量?？蛻魧λ芗|量要求不斷的提升過程中，為了獲得更多的客戶訂單，希望模具設計師強化設計意識，合理設計模具排氣系統，提升模具設計質量，確保塑件質量。