PVC检查井热流道单浇口阀式注塑成型

谭文胜，周建忠

（1.江苏大学机械工程学院，江苏省镇江市 212013；2.常州信息职业技术学院 常州市大型塑料件智能化制造重点实验室，江苏省常州市 213164）



PVC检查井热流道单浇口阀式注塑成型

谭文胜1，2，周建忠1

（1.江苏大学机械工程学院，江苏省镇江市 212013；2.常州信息职业技术学院 常州市大型塑料件智能化制造重点实验室，江苏省常州市 213164）

摘 要：在分析市政塑料检查井组成结构和注塑工艺性能的基础上，针对传统注塑模具浇注系统的单浇口和多浇口控制中存在的问题，论述了塑料检查井注塑模具热流道单浇口阀式浇注系统及其应用，介绍了热流道单浇口阀式浇注系统的工作原理、结构和设计特点，并采用moldflow软件分析浇口位置、浇口数量和浇口直径等对聚氯乙烯熔体充填和成型质量的影响。经生产验证，单浇口阀式浇注可以提高聚氯乙烯检查井成型加工效率和降低生产成本。

关键词：聚氯乙烯 检查井 注塑成型 热流道 阀式浇注

市政塑料检查井（简称检查井）是替代传统市政管网系统中水泥砖砌检查井的大型塑料管件，具有排水效率高、密封性好、施工便捷和使用成本低等优点。近年来，国内外科技人员正在积极研究大型检查井的注塑成型加工技术［1-3］。由于大型检查井外形尺寸大、结构复杂，为了简化模具结构、降低模具制造成本，目前，企业生产检查井的注塑模具通常采用单浇口冷流道浇注系统，但冷流道浇注系统一直存在成型周期长、冷凝料去除困难和材料浪费等问题。因此，如何提高注塑模具浇注系统及其控制技术是注塑成型检查井的关键。

迄今为止，虽然热流道技术在大型塑料件的注塑成型中已得到大量研究和应用，但注塑成型检查井的热流道模具采用阀式浇注技术鲜有报道。本工作在分析大型检查井结构及其注塑成型工艺、性能的基础上，提出基于热流道单浇口阀式浇注控制的检查井注塑成型技术，分析热流道单浇口阀式浇注系统的工作原理、结构和设计特点，为高效、环保和节能地注塑成型检查井提供新方法。

1 检查井组成和工艺性能分析

检查井常用材料有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯（PVC）等。检查井通常由偏置收口、井室和井座等部分组成，井座的支管连接其他管路，并按支管数量不同可分为二通、三通、四通等类型。图1a中的井座尺寸为：直径1 500 mm、高1 000 mm、壁厚10 mm，支管直径800 mm。由于井座必须承受较大的压力，井座外侧一般设置较多数量的加强筋，且表面质量要求较高，需要避免缩孔、凹陷、银线痕、熔接痕等注塑成型缺陷。井座外形尺寸大、结构复杂，设计其注塑模具浇注系统的重点是如何确保塑料熔体顺利充填模具型腔，以及如何避免产生影响井座外观质量的注塑缺陷。与井座的整体外形尺寸相比，加强筋的尺寸较小。本工作采用Moldflow软件建立简化的二通PVC检查井井座有限元网格模型（见图1b），并分析浇口位置、浇口数量、浇口直径和浇注系统结构等对PVC熔体充填和成型质量的影响。

图1　二通PVC检查井结构示意及其井座的有限元网格模型Fig. 1 Schematic diagram and finite element model of PVC two-way inspection well

2 检查井注塑模具浇注系统分析

2.1 直浇口冷流道浇注

对于质量为几十千克甚至上百千克的大型PVC检查井，由于PVC为热敏性聚合物，其熔体流动性差，即使在成型温度范围内，其熔体在浇注系统的流道内停留时间稍长也会引起分解。所以，对于大流量熔体快速充填模具型腔，需用流道孔和浇口直径较大的浇注系统，浇口直径一般为PVC检查井壁厚的2～3倍。目前，大型PVC检查井注塑模具浇注系统主要采用直浇口冷流道，即简单的单浇口冷流道浇注系统（见图2）。

图2　单浇口冷流道浇注系统示意Fig. 2 Schematic diagram of cold runner single-gate gating system1 模板；2 浇口套；3 主流道孔

通过Moldflow软件对模型进行浇口位置优化，可得图3a所示的最佳浇口位置，最佳浇口设在井座底部的中心位置，符合流动平衡原则；模拟得到的表面纤维取向一致（见图3b），气穴和熔接痕位置分布在制品端口（见图3c和图3d）。由此可见，单浇口设在井座底部中心，不仅有利于增强制品强度，而且外观质量较好。

图3　单浇口冷流道充填流动分析示意Fig.3 Schematic diagram of filling flow analysis on cold runner single-gate gating system

虽然直浇口冷流道可满足熔体快速充填模具型腔，但浇注系统的冷却需要较长时间，注塑周期较长，且制品上粗大的浇注系统冷凝料难以去除，造成大量冷凝料废料。

2.2 多浇口浇注

通常，大型塑料件的注塑模具浇注系统都采用多浇口形式，但多浇口一般适合外形狭长或扁平类大型塑料件（如汽车保险杠、仪表板等），而对于大型检查井，由于其长、宽、高尺寸大，采用多浇口不仅增加了二次脱模机构，模具结构更复杂，而且模具高度也显著增加。

在井座的上端口设置八浇口时，各浇口间的熔体在表面汇合形成较多熔接痕，不仅影响外观质量，也降低了检查井强度；同时，与单浇口相比，充填形成的表面纤维取向一致性较差（模拟分析见图4）。

图4　八浇口形成的熔接痕和纤维取向示意Fig.4 Schematic diagram of welding marks and fiber orientation by 8 gates

3 PVC检查井的热流道单浇口阀式浇注系统

3.1 结构组成及工作原理

为消除直浇口冷流道形成的粗大冷凝料，课题组在以前的阀式浇注系统研究基础上［4-5］，将浇注系统设计为热流道，在浇口处设置阀杆，阀杆控制浇口的开闭，即浇注系统为热流道单浇口阀式浇注系统。热流道单浇口阀式浇注系统［5］基本组成为主流道套、流道底板、阀杆、连接杆、热电偶等（见图5）。流道模块上设有主流道孔和阀杆孔，主流道孔下部向阀杆孔转折形成横向流道，主流道孔与横向流道间呈圆弧过渡，横向流道接通阀杆孔的下部，使阀杆孔成为流道的一部分，阀杆孔的底部为浇口，阀杆孔内设有阀杆，阀杆上部与模板内的连接杆连接，连接杆通过升降机构的滑块控制阀杆开闭浇口；流道模块四周设有加热件（热电偶）。注塑开始时，阀杆打开流道浇口，注塑机推动PVC熔体进入模具型腔，直至保压结束，阀杆关闭浇口，完成注塑周期。

图5　热流道单浇口阀式浇注系统结构示意Fig.5 Schematic diagram of hot runner single gate valve gating system1 模板；2 主流道套；3 主流道孔；4 热电偶；5 流道底板；6 浇口；7 阀杆；8 连接杆；9 滑块

3.2 制品生产

由江苏河马井股份有限公司实际生产二通PVC检查井井座（见图6），与单浇口冷流道浇注相比，采用热流道单浇口阀式浇注的优势是：1）浇口由阀杆控制开与关，使大孔径浇口的浇注系统形成热流道阀式浇注系统，避免产生粗大的浇注系统冷凝料废料，省去了冷凝料冷却时间，缩短了注塑成型周期；2）主流道转折处圆弧过度形成流线型流道，保证了熔体流动通畅，避免了通常的十字形流道孔内PVC熔体流动不畅而导致的分解；3）流道模块设计为分体式，由主流道套和流道底板组成，便于流道孔圆弧过渡的加工。

图6　PVC检查井井座照片Fig.6 Photo of PVC inspection well seat

4 结论

a）单浇口冷流道浇注系统的模具结构简单，用其注塑成型的制品质量较高，但生产效率不高，冷凝料难以去除。

b）多浇口浇注系统的模具制造难度大，用其注塑成型的制品外观质量较差。

c）采用热流道单浇口阀式浇注系统可以有效解决浇注系统的冷凝料问题，提高生产效率和制品质量。

5 参考文献

[1]郭林，李艳，胡俊强，等.新型检查井专用料的开发与应用研究[J].中国塑料，2010，24（9）：64-67.

[2]赵劲松.检查井简介及改进措施[J].聚氯乙烯，2011，39（5）：30-33.

[3]Okazaki Takuji. Woody molded product and its manufacturing method： Japan，2005- 219441[P]. 2004-09-02.

[4]谭文胜，周建忠.基于阀式浇注技术的注塑件熔接痕控制[J].工程塑料应用，2006，34（7）：37-39.

[5]谭文胜，吴志祥，干为民，等.注塑模主流道直浇口阀式控制装置：中国，201010167649.4.X[P]. 2012-05-23.

Hot runner single pouring valve injection molding for PVC inspection well

Tan Wensheng1，2，Zhou Jianzhong1
（1. School of Mechanical Engineering，Jiangsu University，Zhenjiang 212013，China； 2. Changzhou Vocational College of Information Technology，Changzhou Key Laboratory of Large Plastic Intelligent Manufacturing，Changzhou 213164，China）

Abstract：This paper describes the hot runner single pouring valve injection molding system for plastic inspection well along with its application，which is based on the analysis of structure and injection molding process of the municipal plastic inspection well and control issues in single and multiple gates of traditional injection mold gating system. The design features，operating principles and structures of the system are introduced in detail. The impacts of location，number and diameter of the gate on melt filling and molding quality are investigated via Moldflow. The practices show that the single pouring valve injection can improve molding efficiency of polyvinyl chloride inspection wells and reduce production costs.

Keywords：polyvinyl chloride； inspection well； injection molding； hot runner； valve pouring

基金项目：江苏省科技计划（工业支撑）项目（BE2013820）。

作者简介：谭文胜，男，1968年生，博士，研究员级高工，2006年硕士毕业于江苏大学机械制造及其自动化专业，现主要从事数字化模具设计与制造工作。联系电话：18651468309；E-mail：tws.163@163.com。

收稿日期：2015-11-30；修回日期： 2016-02-26。

中图分类号：TQ 320.66

文献标识码：B

文章编号：1002-1396（2016）02-0074-04