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非平衡浇注系统的人工平衡设计与数值仿真

更新时间:2008-9-1 16:05:18 文章来源:互联网 点击:

一、引言

塑料注射模的浇注系统是指塑料熔体从注塑机喷嘴到必威app下载苹果版型腔之间所流经的通道,其作用是将塑料熔体从注塑机喷嘴处平稳地引入模腔。典型的浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成。对于多型腔注射模,若各个型腔能够同时充满,则称这个浇注系统是平衡的,又称自然平衡浇注系统,否则,就是非平衡浇注系统。自然平衡浇注系统简称为平衡浇注系统,它是通过流道的几何结构保证分流道至各浇口的几何参数完全相等来实现的。非平衡浇注系统一般是由于各型腔分流道的长度无法做得相等而导致浇注系统的不平衡, 一般需通过人工干预的方法,调整分流道和浇口的相关几何参数或通过调整注射成型工艺参数(如注射的压力、温度和时间等) 等来实现系统平衡的,故又称为人工平衡浇注系统。其中,前者可称为几何参数平衡法,后者可称为工艺参数平衡法。一般多用几何参数平衡法,因其调整范围较大。

佳工机电网

图1 所示是某衣夹注射成型的三维几何模型。该模型为一模24腔,塑件材料为聚丙烯(PP) ,在250g注塑机上注射成型。从图中可以看出,该模型的浇注系统是一个相同制品非平衡浇注系统,有两级分流道,潜伏式浇口。主流道是典型结构,小端直径D1由喷嘴直径而定,锥角2α取2°~6。,大端直径D2由主流道长度L和锥角确定。分流道的断面可以是圆形、梯形、U形、半圆形等。

二、浇注系统的流变学分析

1、假塑性流体的流变学性质

塑料流变学知识可知,注射成型过程中熔体的流动基本属于假塑性流体流动,其熔体流动符合以下指数规律:

佳工机电网

其中,ηa 为熔体的表观黏度,其表达式为:

佳工机电网

式中,τ为熔体流动时相邻液层间的剪应力;佳工机电网为剪切速率; n 为非牛顿指数,假塑性流体的n < 1 ;K和k为与聚合物和温度有关的常数,K反映聚合物熔体的黏稠性, 称为稠度系数,而k 反映聚合物熔体的流动性,称为流动系数,K和k的关系为K= (1/ k)n ,ηa 与K和k 有一定的关系,ηa 越大,则K越大,k 越小; m 是熔体的流动指数,且m=1/n。从(1) 、(2) 式可以看出,τ与佳工机电网和ηa 与佳工机电网均呈指数规律变化,佳工机电网增加,τ增加,而佳工机电网增加,ηa 减小。

2、剪切速率佳工机电网的变化范围

根据测定,ηa与佳工机电网的取值范围有关。在低剪切速率( 佳工机电网< 100/s) 区,熔体呈现牛顿流体性质,表观黏度ηa 较小,且佳工机电网的变化对ηa 的影响较大,注射过程难以进行和控制。而高剪切速率( 佳工机电网>100000/s) 区,熔体的表观黏度ηa 下降很大,并失去与佳工机电网的依赖关系,呈现出不再降低的趋势,同时,熔体的流动陷入一种紊乱流动,出现熔体破裂现象,使得塑件质量显著下降。以上2种情况都是注射成型过程中应当避免的情况。因此,注射成型过程中熔体的剪切速率佳工机电网应控制在100 ~100000/s,公式(1) 、(2) 描述的便是该区间熔体流动的流变学规律。

3、浇注系统中剪切速率佳工机电网的选择

应当注意到熔体流动时的表观黏度ηa 不仅与 佳工机电网有关,还与熔体的温度和压力有关,其关系为温度增加,ηa 减小,压力增加,ηa 增加。在剪切速率佳工机电网 的选择时必须考虑温度和压力的影响。在浇注系统中,主流道、分流道和浇口三部分中佳工机电网的选择所考虑的问题是不一样的。

主流道一般为圆锥形,其结构参数主要受注塑机喷嘴和必威app下载苹果版结构与加工等因素的影响,结构参数较为固定,这一段一般仅需校核一下佳工机电网在100~100000/s 即可。

分流道主要是用于沟通主流道与浇口之间的通道,这段流道的佳工机电网一般取偏小值,这主要考虑到以下因素。首先,这段流道离主流道较近,温度稍高。

其次,这段流道若佳工机电网取偏大值,只能是提高注射速度或减小流道面积,前者注塑机难于实现,后者压力损失太大,也不可取。第三,浇口处的佳工机电网较大,所以分流道区段的佳工机电网一般取100~1000/s 即可。

浇口必须保证熔体能够可靠的填充型腔,并在一定的时间后能够及时地凝结浇口继续保压。这段流道的佳工机电网值一般取偏大值,其考虑的因素是,第一,要可靠填充,其熔体黏度就必须尽可能低,而高的佳工机电网值可以有效降低熔体黏度。第二,要及时地凝结浇口,则浇口面积就必须小, 而在流量一定时,截面积的减小必然导致流速增加和剪切速率提高。第三,浇口已经是分流道的末端,温度损失已较大,高的佳工机电网值有利于熔体温度的提高,对型腔内熔体的充满和熔接痕处的联结牢固是有帮助的。因此,浇口处的剪切速率佳工机电网值一般取10000~100000/s。

2. 4 浇注系统中压力降的分析

假塑性流体在圆形截面流道中流动时的压力降Δp和体积流量qV的计算式为:

佳工机电网

式中,L为流道的长度,R为圆截面流道的半径, k′为熔体在圆截面中流动时的表观流动系数,k′= 4/ ( m + 3) k,其余参数同前。

从公式(3)可以看出,

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