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在塑膠射出成型的過程中，澆口尺寸的設計是一個至關重要的環節，它直接影響流動效率、保壓傳遞、冷卻時間，甚至關乎產品外觀與內部品質。雖然澆口只是模具系統中的一小部分，但它卻是熔融塑料流入模穴的入口，承擔著高壓、高速的流動挑戰，是影響成型好壞的重要位置。
一、澆口尺寸與體積流速的關係
澆口尺寸的設計，主要是根據體積流速（Volumetric Flow Rate, Q）來決定。當澆口尺寸越大時，塑料可以更順暢地進入模穴，充填阻力會減小，有助於保壓階段壓力的有效傳遞，也較不易產生短射（Short Shot）等流動不足的問題。
然而，澆口越大也意味著料量越多，因此保壓與冷卻時間相對較長，會延長整體成型週期，降低生產效率。相反地，若澆口設計得太小，則容易發生以下問題：
- 流動阻力過大，熔膠可能無法順利填滿模穴。
- 澆口過早冷卻固化，保壓壓力無法完整傳遞至產品內部，導致收縮不均或氣孔。
- 高剪切速率產生剪切熱，可能引發材料劣化或高溫裂化，並在產品表面留下流痕（Flow Mark）。
- 進澆口脆弱，離型時易把澆口扯斷。
因此，澆口尺寸的設計需在成型效率與產品品質之間取得平衡。
二、澆口尺寸與剪切速率的關係
熔融塑料在經過澆口時會產生剪切速率（Shear Rate），這是一個非常關鍵的參數。過高的剪切速率會導致熔膠產生大量剪切熱，若材料耐熱不佳，將可能引發熱裂或材料降解。
剪切速率的大小受到體積流速 Q與澆口尺寸幾何形狀控制。常見的估算公式如下：
針對圓形澆口：
其中 r 為圓形澆口半徑（cm）
針對矩形澆口：
其中 w 為澆口寬度（cm），t 為澆口厚度（cm）
這些公式可用於快速初估澆口處的剪切速率，雖然不如CAE模流分析精準，但能協助設計人員在初期掌握方向。
例如，若採用矩形澆口並將厚度加大，則剪切速率會以厚度的平方成反比下降，有效降低因高速流動造成的熱積累風險。
三、如何計算體積流速（Flow Rate, Q）
體積流速 Q 是指單位時間內進入模穴的熔膠體積，其計算公式如下：
Q=V / t
- V：模穴體積（cm³）
- t：充填所需時間（s）
對於多澆口產品，需要針對每一個澆口對應的模穴體積分開計算。若使用多段射出速度，建議透過CAE 模流分析進行剪切速率的動態評估，取得更真實的設計依據。
四、不同材料的最大容許剪切速率
不同的塑膠材料，其可容忍的最大剪切速率也不盡相同。這與材料的分子結構、主鏈柔軟度、分支結構等因素有關。以下是 Bayer 材料公司針對幾種常見塑料提出的建議最大剪切速率值：
| 材料類型 | 建議最大剪切速率（1/s） |
|---|---|
| ABS | 約 20,000 |
| PC | 約 15,000 |
| PA | 約 30,000 |
| POM | 約 15,000 |
| PBT | 約 20,000 |
如果澆口處的實際剪切速率超過此建議值，可能導致材料分解、氣泡產生、機械性能下降，甚至外觀異常等問題。
五、案例套用：剪切速率估算實例
假設你有以下條件：
| 參數項目 | 數值 |
|---|---|
| 模穴體積（V） | 40 cm³ |
| 充填時間（t） | 2 秒 |
| 澆口形狀 | 矩形 |
| 澆口寬度（w） | 0.3 cm |
| 澆口厚度（t） | 0.2 cm |
Step 1：計算流量 Q
Step 2：代入矩形澆口剪切速率公式
結果評估：
若使用 PC 或 PBT 材料，這樣的剪切速率約在容許範圍內（< 15,000~20,000 1/s）；但若是某些易劣化材料如 PVC，就可能偏高。
澆口尺寸的設計，牽涉到射出速度、模穴體積、材料特性、保壓時間等多項變因。適當的尺寸設計不僅能提升產品品質，也能縮短週期、節省成本。建議在產品開發初期就導入CAE 分析工具，搭配理論計算與材料數據，才能找到在效率與品質之間最好的平衡點。
