文/ Injection Mold Consulting公司 Jim Fattori

在注塑成型過(guò)程中，熱的注嘴梢部和冷的注道襯套表面接觸，會(huì)導(dǎo)致熱量的流失從而產(chǎn)生少量凝固或半凝固的材料。這些材料如果進(jìn)入型腔，會(huì)影響制品的美觀性和物理性能。對(duì)此，拉料桿發(fā)揮了非常重要的作用。

在每個(gè)成型周期開(kāi)始時(shí)，設(shè)備的注嘴梢部都會(huì)有少量凝固或半凝固的材料。這是注嘴梢部和冷的注道襯套表面接觸，熱量被吸走而導(dǎo)致的。凝固的材料量取決于許多因素，包括注嘴梢部的類(lèi)型和孔口尺寸，以及被加工的材料。

有時(shí)，成型的注道殘料梢部帶有凝固的材料，有時(shí)又沒(méi)有。這些注道殘料相隔幾分鐘形成，這證明了不同的注射之間所產(chǎn)生的凝固材料的量會(huì)各不相同。如果注道殘料尖梢沒(méi)有凝固或半凝固的材料，說(shuō)明這些材料仍然留在注嘴梢部，會(huì)在下一次注射時(shí)被注入模具中。如果它完全凝固，就被稱(chēng)為“冷料頭”。

當(dāng)螺桿試圖將這種冷料頭推出注嘴梢部時(shí)，通常會(huì)引起初始注射壓力的峰值，而這正是拉料桿發(fā)揮作用之時(shí)。另外，它還必須起到冷料穴的作用，捕獲并留住注嘴梢部的凝固或半凝固材料。術(shù)語(yǔ)“冷料穴”通常被認(rèn)為是一個(gè)流道的延伸，也被稱(chēng)為“溢流”。不管名稱(chēng)如何，它們的功能都是相同的：防止凝固或半凝固材料進(jìn)入型腔。

在 2002年的SPE（the Society of Plastics Engineers）ANTEC會(huì)議中，美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)Behrend學(xué)院的Patrick Auell和Brian Martonic發(fā)表了一篇論文，證明位于熔體流道前端的完全凝固的材料在被其后面的材料推動(dòng)時(shí)，會(huì)留在熔體流的前部。它在到達(dá)關(guān)鍵的澆口位置之前不會(huì)重新熔融，且由于“噴泉流動(dòng)”的方式（熱塑性材料典型的流動(dòng)方法），也不會(huì)沉積在熔體通道的側(cè)壁上。

有時(shí)候，凝固和半凝固材料能從注嘴梢部中拔出，但有時(shí)候卻拔不出來(lái)

作者還證明，直接對(duì)著注道襯套的拉料桿/冷料穴對(duì)于捕獲和留住這種凝固材料是非常有效的。如果拉料桿不能抓住并留住這些凝固物料，會(huì)發(fā)生與其他型腔的流動(dòng)不平衡。更壞的情況是，物料會(huì)完全堵住澆口。因此，拉料桿是熔體輸送系統(tǒng)中最重要和最有效的冷料穴。盡管很多注塑成型商一直認(rèn)同這個(gè)觀點(diǎn)，但這兩位作者的進(jìn)一步確認(rèn)還是值得贊賞的。

注嘴梢部的材料不會(huì)立即從完全凝固的狀態(tài)轉(zhuǎn)換成完全熔融的狀態(tài)。兩者之間會(huì)有一個(gè)半凝固材料區(qū)。這個(gè)半凝固材料區(qū)域可大可小，可能完全不會(huì)影響加工過(guò)程，也可能導(dǎo)致流動(dòng)問(wèn)題。針對(duì)不同的模具，情況各不相同，沒(méi)有定論。

但是這個(gè)問(wèn)題卻很重要。因?yàn)槔蠗U的體積應(yīng)該與注嘴梢部的凝固和半凝固材料量直接相關(guān)。如果想要拉料桿能捕獲并留住可能會(huì)在部件中產(chǎn)生美觀問(wèn)題或物理問(wèn)題的所有材料，那么拉料桿的直徑與主流道的直徑以及與分模線(xiàn)處的注道直徑都不相關(guān)，其直徑和深度應(yīng)基于注嘴梢部的孔口尺寸和類(lèi)型。拉料桿過(guò)大或過(guò)小都不適宜，可能帶來(lái)不好的結(jié)果。例如，拉料桿太小可能無(wú)法捕獲所有凝固和半凝固的材料；而拉料桿太大可能凝固速度無(wú)法與所需的周期時(shí)間相匹配。筆者建議拉料桿最初的直徑和深度是注道襯套孔口直徑的1～1.5倍。在第一次對(duì)模具進(jìn)行取樣時(shí)，要注意觀察是否有一些注道殘料上粘著大的半凝固的塊狀物，而其他的一些注道殘料上的附著物較小，甚至沒(méi)有。如果出現(xiàn)這種情況，要使拉料桿更深一些，以增大體積，但不要將其加粗。這里需要提醒一點(diǎn)，在設(shè)計(jì)模具時(shí)，務(wù)必要增加拉料桿頂出銷(xiāo)的支承長(zhǎng)度，因?yàn)橛袝r(shí)拉料桿頂出銷(xiāo)可能需要縮短，來(lái)增加拉料桿的整體體積。

在大多數(shù)采用熱注道襯套或熱流道注嘴的兩板模具中都需要拉料桿，除非熱流道注嘴是閥式澆口類(lèi)型。這些被加熱的部件也會(huì)有凝固和半凝固材料產(chǎn)生，需要在進(jìn)入型腔前將其捕獲。由于這類(lèi)注嘴梢部的孔口通常比標(biāo)準(zhǔn)冷流道模具小得多，所以其拉料桿的體積也會(huì)更小一些。

在透明材料之后注入有色材料，可以直觀地顯示冷料穴的價(jià)值、流道溢流和其他流動(dòng)特征

脫模板模具的拉料桿設(shè)計(jì)

冷流道通常采用注道式熱注嘴梢部。從這里射出的材料通常會(huì)有一小段冷注道殘料，它雖然很短，只有約1 in（.1 in.=2.54 cm），但仍然需要通過(guò)拉料桿將其去除。有時(shí)候注道式熱注嘴梢部會(huì)將澆口直接開(kāi)在部件上，特別是在單腔模具中。這與冷流道模具中的情況相同，注道襯套緊挨著成型部件。在這種情況下，部件就可以起到拉料桿的作用。如果熱注嘴梢部采用“針點(diǎn)澆口”設(shè)計(jì)，就沒(méi)有冷注道殘料，但仍然有少量需要捕獲的凝固或半凝固材料。當(dāng)澆口直入部件時(shí)，通常使用這種類(lèi)型的注嘴梢部。如果可能的話(huà)，可以在與注嘴孔正對(duì)的芯孔頂部添加一些冷料穴。許多這樣的冷料穴看起來(lái)就像“分散盤(pán)”一樣而發(fā)揮作用，它減少了注射時(shí)熔體對(duì)芯孔頂部造成的剪切。如果你不太明白分散盤(pán)是什么，可以在水瓶蓋下面尋找小的球面凸點(diǎn)，二者的作用相似。

帶一個(gè)六角形流道支路的拉料桿

帶結(jié)構(gòu)角撐板的注道和拉料桿

帶有定心銷(xiāo)的拉料桿用于反向凸輪作用模具

接下來(lái)，讓我們討論一些零碎的東西。首先是如何處理脫模板模具。顯然，這類(lèi)模具的頂出方法仍然需要將注道殘料拉出襯套，并捕獲和留住任何的凝固或半凝固材料。對(duì)此，可以采用圓錐臺(tái)或球形料穴，其中心的棒棒糖形吸盤(pán)銷(xiāo)將產(chǎn)生把注道殘料拉出襯套所需的力。當(dāng)脫模板前進(jìn)時(shí)，吸盤(pán)銷(xiāo)從料穴中抽出，并依靠重力從脫模板中拉出。在這樣的情況下，一段長(zhǎng)的冷注道是有益的，因?yàn)樗淖兞酥匦模梢詭椭鞯缽拿撃０逯谐槌觥?/p>

但是，任何棒棒糖形狀的銷(xiāo)設(shè)計(jì)都有一個(gè)缺點(diǎn)——倒角會(huì)隨著時(shí)間的推移而磨損，特別是采用鈹銅制成的銷(xiāo)，因此必須檢測(cè)其有效性。

如果你有一個(gè)成套制品模或因?yàn)槟撤N原因需要流道支路（RTO），可以采用放電切削的方式將一個(gè)六角加工到凹進(jìn)的拉料桿頂部。但請(qǐng)記住，要添加一個(gè)定位銷(xiāo)、螺桿、球形鎖銷(xiāo)或其他固定方法來(lái)防止RTO旋轉(zhuǎn)。

如果拉料桿的直徑很大，模具的周期時(shí)間相對(duì)較短，那么拉料桿附近的冷卻情況不會(huì)很理想，拉料桿的結(jié)構(gòu)完整性也不會(huì)非常好。對(duì)于這種情況，除了延長(zhǎng)周期時(shí)間外，可以嘗試添加一種角撐板，這是一個(gè)將拉料桿連接到流道的結(jié)構(gòu)。在流道的任何區(qū)域添加角撐板能防止流道在頂出時(shí)旋轉(zhuǎn)。這通常是有利的，特別是采用機(jī)械手脫模時(shí)，但在極少數(shù)的情況下，它也可能是不利的。

如果澆口開(kāi)進(jìn)反向凸輪的分割線(xiàn)中，可能不需要拉料桿的拉拔功能，但卻需要其作為冷料穴而發(fā)揮作用。對(duì)此，可以在拉料桿下設(shè)置一個(gè)錐形的頂出銷(xiāo)。這可以防止流道粘在凸輪的某一側(cè)。它還使流道可以旋轉(zhuǎn)，這對(duì)于防止副澆口在凸輪面上脫落是十分必要的。

最后一個(gè)要討論的問(wèn)題是如何縮短周期時(shí)間。當(dāng)部件準(zhǔn)備頂出時(shí)，拉料桿必須足夠堅(jiān)固來(lái)執(zhí)行其功能，而不是在拉料桿準(zhǔn)備好后，才執(zhí)行頂出。否則，周期時(shí)間不得不延長(zhǎng)，這意味著部件成本上升，機(jī)器的可用性下降。

由于熱塑性塑料的絕緣性能，如果將部件的厚度加倍，那么凝固所需的時(shí)間會(huì)增加一倍以上。這是因?yàn)闊崴苄运芰系哪趟俣仁欠蔷€(xiàn)性的。這就是為什么拉料桿往往是延長(zhǎng)周期時(shí)間的原因所在。

縮短周期時(shí)間的有效方法之一是將拉料桿做成空心結(jié)構(gòu)。筆者看過(guò)幾個(gè)通過(guò)頂出銷(xiāo)實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的的例子。這不是一個(gè)好主意，特別是對(duì)于倒錐形的拉料桿。即使頂出銷(xiāo)是錐形的，大多數(shù)時(shí)候需要第二次頂桿脈沖才能將拉料桿從頂出銷(xiāo)上移開(kāi)。但更重要的是，擴(kuò)大的頂出銷(xiāo)減少了倒角和銷(xiāo)之間的壁厚。在頂出的過(guò)程中，倒角不能像固體一樣壓縮。

這通常會(huì)導(dǎo)致撕裂和剝落。一個(gè)更好的方法是，使用固定的成孔銷(xiāo)并且用襯套頂出拉料桿。筆者建議使用鈹銅制造成孔銷(xiāo)來(lái)提高冷卻速度。只要錐形成孔銷(xiāo)的角度大于或等于拉料桿上的倒角，當(dāng)襯套向前前進(jìn)時(shí)，倒角允許向內(nèi)壓縮。

雖然將拉料桿做成空心結(jié)構(gòu)非常有效，但拉料桿的冷卻仍很重要。水路仍應(yīng)放置在較重要的位置。但將拉料桿放入水冷襯套中就可能有點(diǎn)矯枉過(guò)正了，但也可能正需要如此。理想的情況是，拉料桿附近的水應(yīng)位于單獨(dú)的回路上。成型商可以在F（23.89 ℃）的溫度下運(yùn)行型腔和型芯，但卻喜歡在拉料桿上使用較冷的水，以免延長(zhǎng)周期時(shí)間。

帶有襯套頂出的空芯拉料桿

對(duì)于周期時(shí)間等于或少于10 s的模具，以及需要多次頂桿脈沖的模具來(lái)說(shuō)，冷卻是非常重要的。為什么？因?yàn)樵谥芷跁r(shí)間更短或脈沖更多的模具中，頂出銷(xiāo)和頂出襯套往往會(huì)變得更熱。

但事實(shí)是，冷卻的部件總會(huì)得到人們的很多關(guān)注，但模具中最厚的塑料塊，如注道、流道和拉料桿得到的關(guān)注卻很少。

如果你不確定是否值得進(jìn)行額外的投資來(lái)實(shí)現(xiàn)這些設(shè)計(jì)上的改進(jìn)，這里有一個(gè)簡(jiǎn)單的方法來(lái)判斷。將成型設(shè)備運(yùn)行1 s所對(duì)應(yīng)的價(jià)格（使用一位操作員）乘以每年的注射量，再乘以預(yù)計(jì)節(jié)省的秒數(shù)。然后將這結(jié)果與過(guò)去一年的模具修理費(fèi)用進(jìn)行比較，就能衡量出是否需要花更多的錢(qián)來(lái)改善模具設(shè)計(jì)。如果值得進(jìn)行一些投資來(lái)改善模具設(shè)計(jì)，可能會(huì)延長(zhǎng)模具的壽命或避免其受損。