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    熱流道熱嘴直徑大小的計算
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    時間: 2018-08-22 15:25 瀏覽量: 370

    pan style="font-size: 18px;"> 摘要: 介紹塑料注射模熱流道系統的熱流道熱咀直徑的大小計算。舉例說明熱流道熱咀直徑計算過程。還陳述了流道大小計算數據獲取方法。


          近年來,模具設計師越來越多地應用熱流道技術。熱流道熱咀的選用,有種類的選擇和熱流道熱咀流道直徑確定的兩方面。熱流道熱咀流道的較小傳輸截面積,會使流道中的壓力損失增大。在一定的注射壓力下,使注射到型腔的熔料因充模壓力過低,而達不到所需的充模速率。會影響注塑件質量,甚至使型腔不能充滿。較大的截面面積將會增加澆注系統用料和能量損耗,增加熔體塑料在高溫流道和熱流道熱咀中的渡過時間。本文介紹用流道大小原理和方法,計算確定熱流道熱咀流道直徑。


    1. 熱流道熱咀直徑 

          以合理的剪切速率,又考慮塑料熔體的黏度,計算確定熱流道系統的熱流道熱咀流道直徑。計算公式源于塑料流道大小,依據各種塑料熔體的非牛頓性能,可獲得正確的結果。

    1.1  熱流道熱咀直徑計算式

          熱流道系統的熱流道熱咀內徑尺寸,由材料的流動指數 n 、剪切速率以及注射的體積流量共同決定。此流量 qi 為熱流道熱咀注入下游型腔的體積流量,可由該熱流道熱咀射出注射量和注射時間計算

    qi=  (1)

    Vi= (2)


    式中     qi —— 分流道的體積流量,cm3/s;

                 t —— 對下游型腔的充模時間,s;

                Vi —— 單個熱流道熱咀的注射量,cm3;

                V —— 注塑模型腔的總體積,cm3;

                N —— 流道分叉數。

          在澆注系統的圓管流道中,各截面的熔體充模時間 t是相同的。在已知以上數據的情況下,按剪切速率確定熱流道熱咀內流道直徑,可由以下流道大小公式計算得

     (3)

    式中   n —— 塑料熔體的流動指數;

              —— 塑料熔體的合理剪切速率,1/s。

    1.2  應用示例

          圖 1 所示貯物箱,箱體面積 540×210mm,高220mm,壁厚 3~4mm 。箱體用 3640cm3 的 ABS 塑料注射成型。本公司設計和制造了此注塑模的熱流道系統。有四個 BS32050 型號頂管式的,澆口在模板的熱流道熱咀。熱流道熱咀的總長 102mm,管徑 16mm 。圖 1 為澆注系統設置為保溫的熱流道,做的流動分析。6.056s 是塑料熔體總體積充滿時的狀態。其中熱流道中熔體的流動充模時間在 5s 之內。用 Lanxess 公司的 Lustran ABS 1146 物料,熔體溫度 260℃ 。

    圖1  箱體的四熱流道熱咀熱流道系統


          每個熱流道熱咀的射出量為 910cm3 。由總注射量 3640cm3,查表 1 得可行的充模時間 t=4.8s 。得流經熱流道熱咀流量 qi=190cm3/s。由分析軟件提供的此塑料品種流變曲線,獲知塑料熔體的流動指數 n=0.32 。又按表 2,開放式多熱流道熱咀,較大流量下應具有合理的剪切速率 =700s-1。代入式(3)得

          考慮到注射生產時,還充許調節注射充模和剪切速率。且歸整到熱流道熱咀直徑的系列尺寸。故用流道直徑為 16mm 的多熱流道熱咀。

    2. 計算式推導

          上式(3)是由非牛頓流體在圓管道中的流量q計算式推導而得。見徐佩弦編著《高聚物大小及其應用》(北京:化學工業出版社,2003)中的(4-5)式

    (4)

    式中,Dp是對于半徑 r 圓管,長 L 時的壓力降。K 是塑料熔體在某溫度和一定剪切速率下的稠度。n 為流動指數,也稱非牛頓流動指數。稠度和黏度的單位相同,常用 Pa?s ;為運算方便,也有用 N?s/cm2。

    其中,管壁的剪切速率為

    (5)

    將此式代入(4)式,整理得

    (6)

    直徑d=2r,此式為

    (7)

    可得熱流道熱咀直徑的大小計算式

    (8)

    式中 ,可換算成式(3)。


    3. 計算參數

    3.1  充模時間的確定

          熱流道熱流道熱咀是熱流道系統的終端,它將熔料輸送到模具型腔或附加的冷流道。在熱流道熱咀直徑的計算過程中,模具型腔總體積 V 通過以下注射量和時間的關系確定注射時間 t。該注射時間t是根據注射機螺桿的常規推進速率。即注射機具有中等注射速率時,相對應的注射充模時間。表 1 是注塑機常規注塑速率下,對應的充模時間和公稱注射量關系。大量工程計算證明,此方法能正確確定澆注系統流道中熔料的充模流量。也能適應注射機操作對充模速率的調節。

          V ——注射量,cm3;

          t ——注射時間,s。

          計算機程序運行中,充許對此默認時間值進行修改。


    3.2  合理的剪切速率

          大量的注射成型的實驗和計算機模擬數據證明,澆注系統各流程,從主流道、各分流道到熱流道熱咀內徑,存在合理的剪切速率的范圍,見表 2 所示。塑料熔體有較高的黏度,較高溫度下黏度較低些。塑料熔體另一個特性是非牛頓性,有“剪切變稀”的現象。在圓管中剪切流動時,剪切速率愈高,熔體的黏度下降明顯。而剪切速率主要與流道截面內的體積流量有關。因此,熱流道系統上游的主流道熱流道熱咀、中游的各分流道,下游的分熱流道熱咀,有不同的合理的剪切速率范圍。有利于降低黏度,減小沿程的壓力損失,保證對成型型腔成功充填。


    3.3  塑料熔體流變數據稠度 K 和指數 n 獲知方法

          這里,用 Lanxess 公司的 Lustran ABS 1146 物料,介紹獲知塑料熔體流變參量稠度K和指數 n 方法和步驟。

    1) 對于 260℃ 的黏度剪切速率流變曲線

    2) 讀剪切速率對應的黏度

    ,實際黏度點的線段長(mm)/黏度坐標點間間距(mm)= 

      lg100= 2    指數運算   2+0.974026=2.974026

    獲             =102.974026=942Pa?s

    ,線段長(mm)/坐標長(mm)= 

     lg100= 2     指數運算   2+0.292208=2.292208

    反對數獲             = 102.292208=196Pa?s


    3) 由兩點的聯立方程求解 K 和 n

    代入后得        

    解此方程得     n = 0.318= 0.32

    代入方程得      Pa?s


    4) 校核后取平均值

    Pa?s

     取 n = 0.32   K =2.15×104 Pa?s


          在《熱流道注射模塑》(見參考文獻1)書中表 3-2,“一些國外生產塑料的表觀稠度 K' 和流動指數 n”,有 76 種常用塑料的 K' 和 n,是用上述方法計算所得。表觀 K' 和真實稠度 K 之間的偏差很小,在工程計算時可以忽略。


    4. 結束語

          以上計算方法及相關數據,與注射充模流動分析軟件相互配合操作,科學地確定熱流道熱咀流道直徑。保證設計和生產的熱流道系統的流道板和熱流道熱咀的質量。


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