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第六章 分型面的选择与浇注系统设计

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第六章 分型面的选择与浇注系统设计
本章重点:
1、多型腔模具型腔在模具分型面上的排布形式;分型面的概念及形式、正确 的表达方式;根据产品确定其分型面;根据不同产品合理进行分型面选择及设 计原则; 2、主流道结构形式、固定形式、配合关系、材料等方面知识;冷料井作用、 拉料杆种类、应用场合的设计; 3、浇口的形式及各个不同浇口的设计事项;分流道的形状及尺寸、长度设计、 表面粗糙度设计、在分型面上的排布设计; 4、各类浇口结构特点及设计;浇口的形式及浇口位臵选择;

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§6.1 分型面及其选择
一、型腔数目的确定
在多型腔模具的实际设计中, 一种方法是:首先确定注射机的型号,再根据注射机的技术参数 和塑件的技术经济要求,计算出要求选取型腔的数目。 一种方法是:先根据生产效率的要求和制件的精度要求确定型腔 的数目,然后再选择注射机或对现有的注射机进行校核。

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§6.1 分型面及其选择
1、按注射机的最大注射量确定型腔数目 n≤(0.8Vg-VJ)/Vn 或n≤(0.8 mg-mJ)/mn Vg( mg) :注射机最大注射量 VJ (mJ) :浇注系统凝料量 Vn(mn):单个塑件的容积或质量

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§6.1 分型面及其选择
2、按注射机的额定锁模力确定型腔数。 n≤(F-pAJ)/(p*A n)

FP: 注射机的额定锁模力 p :塑料熔体对型腔的平均压力 A n:单个塑件在分型面上的投影面积 AJ: 浇注系统在分型面上的投影面积

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§6.1 分型面及其选择
3、按制品的精度要求确定型腔数 每增加一个型腔,塑件的尺寸精度将降低4%,成型高精度塑 件时,型腔不宜过多,通常不超过4个。

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§6.1 分型面及其选择
4、根据生产经济性确定型腔数目 n=(Nyt/60C1)0.5 N: 需要生产塑件的总数 t: 成型周期 y: 每小时注射成型加工费用 C1:每一型腔的模具费用

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§6.1 分型面及其选择
二、多型腔的排列
1、尽量采用平衡式浇注系统排列 2、型腔布臵和浇口开设部位应力求对称(举例) 3、尽量使型腔排列得紧凑,以减少模具的外形尺寸(举例) 4、在一般情况下,常用直线排列和“H”型排列

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§6.1 分型面及其选择
三、分型面的设计
1、分型面
模具型腔由两部分或更多部分组成,用于取出塑件和浇注系统 凝料的可分离的接触表面通称为分型面。

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§6.1 分型面及其选择
2、分型面的标示方法: 当模具分型时,若分型面两边的模板都作移动,用 若其中一方不动,另一方移动,用 方向。 表示

表示,箭头指向移动

多个分型面应按分型的先后次序,标示出“A”、 “ B”、 “C” 或“1”、“2”、“3”等分型面还可用分模线“PARTING LINE”的 缩写PL 标示。

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§6.1 分型面及其选择
3、分型面的形式 注射模具有的只有一个分型面,有的有多个分型面. 在多个分型面的模具中,将脱模时取出塑件的那个分型面称为主 分型面。 1)平面分型面(举例) 2)倾斜分型面(举例) 3)阶梯分型面(举例) 4)曲面分型面(举例) 5)瓣合分型面(举例) 6)辅助分型面(实现侧向抽芯) 7)多分型面(举例)

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§6.1 分型面及其选择
一个分型面

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§6.1 分型面及其选择
二个分型面

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§6.1 分型面及其选择
4、分型面的选择原则 1)分型面的选择应便于塑件脱模和简化模具结构

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§6.1 分型面及其选择

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§6.1 分型面及其选择

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§6.1 分型面及其选择

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§6.1 分型面及其选择
2)分型面应尽可能选择在不影响外观的部位

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§6.1 分型面及其选择
3)分型面的 选择应保证塑件尺寸精度

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§6.1 分型面及其选择
4)分型面的选择应有利于排气

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§6.1 分型面及其选择
5)分型面选择应便于模具零件的加工

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§6.1 分型面及其选择
6)分型面选择应考虑注射机的技术规格

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§6.2 普通浇注系统设计

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§6.2 普通浇注系统设计
一、流变学在浇注系统中应用
1、浇口断面尺寸 浇口断面尺寸的增大有个极限值,这就是大浇口尺寸的上限。 “浇口尺寸越大越容易充模”的观点是错误的。 ①浇口尺寸越大,流动阻力越小,压力损失小,越容易充模(↑) ②浇口尺寸越小,剪切速率大,表观黏度减小,更容易充模(↓) 合适的浇口尺寸为最佳选择,因为,当剪切速率超过极限值时, 剪切速率再增加,表观黏度也不降低,此时的浇口截面就是小浇 口的极限尺寸。

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§6.2 普通浇注系统设计
2、流道长度 压力损失和流动距离成正比。 在浇注系统的设计时,在可能的情况下,流道应越短越好,以减 少压力损失。
3、剪切速率的选择 剪切速率通常为103~105s-1,一般位于非牛顿性的中等剪切 速率区Ⅱ。

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§6.2 普通浇注系统设计
二、浇注系统的平衡进料
1、为什么要进行一模多腔浇注系统的平衡?
要求各型腔的制品表面质量和内部性能差异不大,必须保证各型腔在成型制品 时工艺条件相同(确保制品充填一致性)。 一模多腔模具成型时,当所有型腔全部充满后,注射压力才会升高,若浇注系 统不平衡,型腔浇口凝固有先有后,先充满的浇口已凝固,型腔内的塑件无法 进行压实和保压,无法得到优良的塑件。(确保保压压力的一致性)。 所以对分流道而言应达到如下要求:从主流道来的熔体能均衡到达各浇口同时 充满型腔。

2、多型腔模具的型腔和分流道在模具分型面上的排布形式有:

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§6.2 普通浇注系统设计
(一)平衡式布臵(平衡式浇注系统) 特点:从主流道到各型腔浇口的分流道的长度、截面形状与尺寸 均应相等。 目的:实现各型腔均匀进料和达到同时充满型腔的目的。

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§6.2 普通浇注系统设计

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(二)非平衡式布臵( 非平衡式浇注系统) 特点:非平衡式布臵( 非平衡式浇注系统)有两种情况: 1)各个型腔的尺寸和形状相同,各型腔距主流道的距离不同。 2)型腔和流道长度均不同 3)可以明显缩短分流道长度,节约塑件的原材料。

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§6.2 普通浇注系统设计

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§6.2 普通浇注系统设计
3、浇注系统的平衡 浇注系统的设计应使所有的型腔能同时得到塑料熔体均匀的充填, 应尽量采用平衡式布臵(平衡式浇注系统)。对于精度要求高、 物理与力学性能要求均衡稳定的制件,尽量采用平衡式布臵(平 衡式浇注系统)。 若需要设计成非平衡式布臵(非平衡式浇注系统),可以通过调 节浇口尺寸或分流道尺寸,使各浇口流量和成型工艺条件一致。 这就是浇注系统的平衡。也称人工平衡。

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人工平衡采用称之为平衡系数法K即通过计算多型腔模具各个浇 口的BGV(balanced gate value)值来判断或计算。

K或BGV =S/(L*a0.5)
K:浇口平衡系数 S:浇口端面积 L:浇口长度

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§6.2 普通浇注系统设计
在实际的注射模设计与生产中,常采用试模的方法达到浇口的平 衡: 1)首先将各浇口的长度、宽度和厚度加工成对应相等的尺寸。 2)试模后检验每个型腔的塑件质量,特别检查晚充满的型腔其 塑件是否出现因补缩不足所产生的缺陷。 3)将晚充满塑件有补缩不足缺陷型腔的浇口宽度略微修大。 4)用同样的工艺方法重复上述步骤直至OK为止。

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思考:图中所示是平衡式布臵还是非平衡式布臵?

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二、主流道的设计
浇注系统是指模具中由注射机喷嘴到型腔之间的进料通道。 普通流道浇注系统是由主流道、分流道、浇口、冷料穴四部分 所组成。 1)主流道通常设计成圆锥形,其锥角α =2°~4 ° 2)为防止主流道与喷嘴处溢料,主流道对接处紧密对接,主 流道对接处应制成半球形凹坑,其半径R2=R1+(1~2)mm;其 小端直径d1=d2+(0.5~1)mm。

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3)在保证塑料良好成型的前提下,主流道L应 尽量短。 4)由于主流道与塑料熔体及喷嘴反复接触和 碰撞,常将主流道制成可拆卸的主流道衬套 (浇口套、唧嘴)。有A型和B型。 A型:衬套大端高出定模板端面5~10mm。 B型:(1)定位环须沉入模胚5mm,以支承模 具部分重量。 (2)定位环高出模胚10mm,以作注塑时 模具装入注塑机定位之用。

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5)当浇口套与塑料接触面很大时,受到模腔内塑料的反压力很 大,容易退出模具,可设计成定位环与衬套分开设计,使用时, 用固定在定模上的定位环压住衬套大端台阶防止衬套退出模具。 6)定位圈直径通常作Φ99.8,比注塑机装臵孔Φ100小0.2mm, 方便装模。主流道衬套通常做成Φ16 。 7)主流道衬套须加定位 销作防转之用,主流道衬 套的防转措施。

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三、冷料穴设计
作用:储存因两次注射间隔而产生的冷料以及熔体流动的前锋冷 料,以防止熔体冷料进入型腔。 冷料穴一般设计在主流道的末端,在分流道的末端有时也设冷料 穴。 主流道冷料穴底部常作成钩形或下陷的凹槽,使冷料穴在分模时 将主流道凝料从主流道衬套中拉住并滞留在动模一侧。

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§6.2 普通浇注系统设计
1、带“Z”形头拉料杆的冷料穴。 最为常见的冷料穴,其低部作成钩状。 倒锥形和环槽形冷料穴(参见课本P110图6-29A) 2、带球形头(或菌形头)的冷料穴 这两种冷料穴和拉料杆主要用于弹性较好的塑料品种。 靠推板推顶塑件时,强行将其从拉料杆上刮下脱模。 (参见课本P110图C、D) 3、带尖锥头拉料杆及无拉料杆的冷料穴。 注意:锥形扣在顶针上部做1mm平位。 “Z”形扣针在近流道地方需作2-3mm平位。

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四、分流道设计
分流道是指主流道末端与浇口之间的一端塑料熔体的流动通道。 作用:改变熔体流向,使其以平稳的流态均衡地分配到各个型腔。 设计时应注意尽量减少流动过程中的热量损失与压力损失。 1、分流道的截面形状 1)分流道开设在动定模分型面的两侧或任意一侧。

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2)常用的流道截面形状有圆形、梯形、U形、半圆形、矩形和六 角形等。 用流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率,该比值大则流道 的效率高。 圆形流道的效率最高。但需开设在分型面的两侧,制造时,模板两 部分对中吻合; 梯形和U形截面加工容易,为常采用的形式。 半圆形截面需用球头铣刀加工,在设计中也有采用。 矩形截面流动阻力大,在设计中不常采用。

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2、分流道的尺寸 分流道的截面尺寸视塑料品种、塑件尺寸、成型工艺条件及流道 的长度来确定。 通常圆形截面分流道直径为2~10mm; 对于大多数塑料,分流道截面直径取5~6mm; 对流动性差的像PC、PSU等可大至10mm; 对流动性好的像PA、PP、PE等塑料的小型塑件,在分流道长度很 短时,直径可小到2mm;

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3、分流道的长度 根据型腔在分型面上的排布情况,分流道可分为一次分流道、 二次分流道甚至三次分流道,分流道的长度应尽量短,且弯折 少,以便减少压力损失和热量损失。 L1=6~10mm;L2=3~6mm; L3=6~10mm; 4、分流道的表面粗糙度 表面粗糙度通常取Ra=1.25~2.5um;

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五、 浇口设计原则
浇口的设计与位臵的选择恰当与否直接关系到塑件能否完成 高质量的注射成型。 1、浇口尺寸及位臵选择应避免熔体破裂而产生喷射和蠕动(蛇形 流)。 2、浇口位臵应有利于流动、排气和补料 。 3、浇口位臵应使流程最短,料流变向最少,并防止型芯变形。 4、浇口位臵及数量应有利于减少熔接痕 和增加熔接强度。 5、浇口位臵应考虑定位作用对塑件性能的影响。 6、浇口位臵应尽量开设在不影响塑件外观的部位。

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六、浇口的类型
按浇口宽度大小分为宽浇口、窄浇口。 按浇口特征分为非限制浇口(直接浇口、主流道型浇口)、限制浇口。 区别:非限制浇口是整个浇注系统中截面尺寸最大的部位,主要对中大型筒类、 壳类塑件起引料和进料后的施压作用。 限制浇口是整个浇注系统中截面尺寸最小的部位,通过分流道送来的塑料熔体 产生突变的流速增加,提高剪切速率、降低黏度,迅速均衡充满型腔,使非平 衡不止的型腔达到同时进料的目的,起着较早固化防止型腔中熔体倒流的作用。 按浇口所在制品的位臵可分为中心浇口和侧浇口 按浇口形状可分为扇形浇口、环形浇口、盘形浇口、轮辐式浇口、薄片式浇口、 点浇口、潜伏浇口(隧道式浇口或剪切浇口)、护耳浇口(调整片式浇口或分 接式浇口)

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1、直接浇口(Sprue Gate)
又称主流道型浇口 特点:熔体通过主流道直接进入型腔,流程短,进料快,流动阻力 小,传递压力好,保压补缩作用强,有利于排气和消除熔接痕,浇 注系统耗料少,模具结构简单,制造方便,应用广泛。 缺点:去除浇口不便,制品上有明显的浇口 痕迹,浇口部位热量集中,型腔封口迟,易 产生气孔和缩孔等缺陷。

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在设计直接浇口时,为了减少与塑件接触出的浇口面积,防止在 该处产生缩孔、变形等缺陷,一方面应尽量选用较小锥度的主流 道锥角2°~4 °,另一方面尽量减少定模板和定模座板的厚度。 成型薄壁制件时,根步直径不超过制品壁厚的2倍。

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2、矩形侧浇口(Edge Gate)
又称边缘浇口,国外又称为标准浇口。 侧浇口一般开设在分型面上。其截面形状多为矩形(扁槽)。

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优点: 1)这类浇口可以根据塑件的形状选择其位臵,加工和修整方便, 普遍用于中小型塑件的多型腔模具。 2)能改变浇口的宽度与厚度,可以调节熔体的剪切速率及浇口 的冻结时间。 3)去除浇口方便。 4)对各种塑料的成型适应性强。 缺点: 在制品的外表面留有浇口痕迹压力损失大,易产生熔接痕、缩 孔及气孔。

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1.侧浇口的大小由其厚度、宽度和长度决定,确定的经验公式参见P132公式65和6-6 H=(0.6~0.9)t B=[(0.6~0.9)*A0.5]/30 1)一般侧浇口厚度为0.5~1.5mm,宽度为1.5~5.0 mm,浇口长度为1.5~2.5 mm 2)大型复杂塑件,浇口厚度为2.0~2.5mm,宽度为7.0~10 mm,浇口长度为 2.0~3.0mm。 3)搭接部分的长度 l1=(0.6~0.9)+b/2mm,浇口长度取l= 2.0~3.0mm。

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3、扇形浇口(Fan Gate)
扇形浇口(Fan Gate)是侧浇口的一种变异形式。是一种沿浇口方向,宽度逐渐 增加,厚度逐渐减小的呈扇形的侧浇口。又称为宽阔的边缘浇口。 平衡流动,塑料前锋平稳进入产品。 尺寸:浇口出口厚度h1=(0.6~0.9)t;大概0.25~1.0mm 浇口入口厚度h2=bh1/D 大概(1~1.3mm) 扇形浇口的宽度b=[(0.6~0.9)*A0.5]/30 大于6mm 整个扇形的长度L=6mm左右。 优点:采用扇形浇口,能使塑料熔体在宽度方向上的流动得到更均匀的分配,塑 件的内应力较小,可避免流纹、困气烧黑等不良现象。 缺点:浇口痕迹明显。

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4、隔膜浇口
侧浇口的另外一种变异形式

特点:宽度很大,厚度很小,类似环形与扇形浇口,几何上成为 一条窄缝。料流的线速度平稳均匀地流入型腔,降低塑件的内应 力,降低因取向而造成的翘曲。 主要用来成形尺寸较大的扁平塑件。 缺点:浇口的去除比扇形浇口更困难,浇口在塑件上的痕迹更明 显。

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5、膜状浇口(盘形浇口)
使用的浇口在产品的内部直径里。 1.用于成型管状或中间带有比主流道直径大的孔的制品。 2.浇口的厚度很薄,具有进料均匀,不容易产生熔接痕。

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6、点浇口(Drop blue Gate)
又称针点式浇口,是一种截面尺寸很小的浇口,俗称小浇口

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特点:
限制性浇口,前后两端存在较大的压力差,可较大程度上增大塑 料熔体的剪切速率,使黏度下降,流动性增加,有利于型腔的充 填。常用于成型各种壳类、盒类塑件以及薄壁塑件、和像PP、PE 等表观黏度随剪切速率变化敏感的塑料。不利于成型流动性差、 热敏性塑料、平薄易变形及形状复杂的塑件。 使用在三板模模具,采用点浇口进料的浇注系统,在定模部分必 须增加一个分型面,用于取出浇注系统凝料。可以多点进浇,减 少翘曲变形。

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7、潜伏式浇口 (Submarine Gate)
又称剪切浇口,由点浇口变异而来。 特点: 1)圆锥形浇口, 与分模线以下的产品相交,斜向开设在模具的隐蔽 处。 2)塑料熔体通过型腔的侧面或推杆的端面注入型腔,塑件外表面不 受损伤,不致 因浇口痕迹而影响塑件的表面质量和美观效果。 3)浇口在模具开模时自动切断。
Parting Line

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潜伏浇口的形式

浇口开设在动模的形式

浇口开设在定模的形式

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8、护耳浇口(Tab Gate)
由矩形浇口和耳槽组成。 1.熔体在冲击耳槽壁后,能调整 流动方向,平稳地注入型腔,塑 件成型后残余应力小;依靠耳槽 能允许浇口周边产生收缩,能减 少因注射造成的过量填充以及冷 却收缩所产生的变形。 2.适用于PVC、PC等热稳定性差 、黏度高的塑料。
Tab

Gate

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9、环行浇口(Ring Gate)
对型腔充填采用圆环形进料形式的浇口。看似膜状浇口但是在产 品的外围。

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优点: 进料均匀,圆周上各处流速大致相等,熔体流动状态好,型腔中 的空气容易排出,熔接痕可避免。 主要用于成型圆桶形无底塑件。 缺点: 浇注系统耗料多,浇口去除困难,浇口痕迹明显。

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10、轮辐式浇口

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是将整个圆周进料改成几个小段圆弧形进料。浇口尺寸和侧浇口 相似。 特点: 浇口耗料少,去除浇口容易。在生产中应用广泛。多用于底部有 大孔的圆筒形或壳形塑件。 缺点: 增加了熔接痕,影响产品的强度和外观。

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11、爪形浇口
是轮辐式浇口变异形式。 主要用于高管形或同轴度要求较高,而且中 心孔的直径较小的制品成型。 避免了塑件弯曲变形或同轴度差的缺点。去 除浇口方便,但制品容易产生溶解痕。

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12、香蕉形浇口

弯曲潜入式浇口 加工困难

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