塑料模具設計論文

..目錄文摘英文文摘獨創(chuàng)性聲明及學位論文版權使用授權書第一章緒論1.1模具工業(yè)在國民經(jīng)濟中的重要地位1.2國內(nèi)外注射塑料模具的發(fā)展狀況1.3課題的產(chǎn)生背景和現(xiàn)實意義1.4本論文研究內(nèi)容第二章注塑模具及熱流道2.1注射成型原理和工藝過程2.2注塑模具的結構2.3澆注系統(tǒng)的作用2.4澆注系統(tǒng)的組成2.5熱流道注射模特點2.6我國應用熱流道注射模的情況第三章注塑成型CAE技術和Moldflow注塑模輔助分析系統(tǒng)3.1概述3.2CAE技術的應用3.3Moldflow軟件系統(tǒng)常用模塊功能介紹第四章屬地化塑料材料庫的建立4.1Moldflow的材料庫4.2屬地化塑料材料庫的建立第五章影響塑件流動性的工藝參數(shù)分析5.1分析模型的建立5.2注射成型工藝的參數(shù)對流動性的影響塑料熔體的流動行為5.2.2溫度對流動性的影響壓力對流動性的影響5.2.4時間對流動性的影響5.3塑件幾何形狀對流動性的影響第六章普通澆注系統(tǒng)模具中聚合物材料的流動長度6.1塑件模型建立6.2澆注系統(tǒng)尺寸的確定澆注系統(tǒng)長度的確定6.2.2澆注系統(tǒng)截面尺寸的確定6.3模型分析及填充模擬6.4選用熱流道模具依據(jù)第七章總結與展望7.1結論7.2今后的工作參考文獻作者在申請碩士學位期間發(fā)表的論文致謝摘要模具工業(yè)在國民經(jīng)濟中占有重要地位,其生產(chǎn)技術水平的高低,已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標志。本文介紹了當前模具工業(yè)的發(fā)展狀況及其發(fā)展趨勢,闡述了注塑模具的結構及澆注系統(tǒng)的作用,熱流道模具是注塑模具未來的重要發(fā)展方向之一,本文又概述了熱流道模具的特點及目前熱流道注射模在我國的應用情況。計算機輔助分析<CAE>在各行各業(yè)得到了廣泛地應用。同樣,在注塑模具行業(yè),它也己成為塑料產(chǎn)品開發(fā)、模具設計及產(chǎn)品加工最有效的手段。本文介紹了在注塑模具設計、注塑成型中CAE技術的應用,及具體在塑料制品設計優(yōu)化、塑料模具設計優(yōu)化及注塑工藝參數(shù)優(yōu)化中的重要作用,其最大的特點就是大大縮短了開發(fā)周期,降低了生產(chǎn)成本。在介紹CAE技術的同時,本文又簡單介紹了注塑成型CAE軟件Moldflow及其在注塑模擬方面的主要功能。為了更好的應用它,本文對該軟件的塑料材料庫進行了擴充,建立了一個屬地化的塑料材料庫,為以后建立以我國國產(chǎn)塑料材料為主的材料庫打下基礎。在注塑過程中,各個工藝參數(shù)如壓力、溫度、時間及塑件外形對塑料熔體的流動性均有影響,本文詳細闡述了各個參數(shù)具體的影響情況,并建立了一個塑件模型,用Moldflow軟件對其進行了流動模擬,分析了各個參數(shù)對塑料熔體流動性的具體影響,并得出可以利用流動長度作為分析對象,研究以其為標準來選用熱流道。以往熱流道都是依靠經(jīng)驗來選用,本文研究了將塑件放入標準模架中對其分別進行冷、熱流道注塑模擬,相同的澆注系統(tǒng)的尺寸在冷、熱流道下的流動長度不同,在冷流道條件下如果滿足不了流動性,就必須選用熱流道,本文最終建立了選用熱流道的標準表格。關鍵字:注塑模具熱流道Moldflow計算機輔助分析第一章緒論1.1模具工業(yè)在國民經(jīng)濟中的重要地位模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎工藝裝備。振興和發(fā)展我國的模具工業(yè),日益受到人們的重視和關注。在電子、汽車、電機、電器、儀器、儀表、家電和通訊等產(chǎn)品中,60%-80%的零部件,都要依靠模具成形。用模具生產(chǎn)制件所表現(xiàn)出來的高精度、高復雜程度、高一致性、高生產(chǎn)率和低消耗,是其他加工制造方法所不能比擬的。模具又是"效益放大器",用模具生產(chǎn)的最終產(chǎn)品的價值,往往是模具自身價值的幾十倍、上百倍。模具生產(chǎn)技術水平的高低,己成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標志,在很大程度上決定著產(chǎn)品的質量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。模具工業(yè)在國民經(jīng)濟中的重要地位與作用,可以從以下四個方面看出:\第一,模具工業(yè)是高新技術產(chǎn)業(yè)的一個組成部分。例如:屬于高新技術領域的集成電路的設計與制造,不能沒有做引線框架的精密級進沖模和精密的集成電路塑封模;計算機的機殼、接插件和許多元器件的制造,也必須有精密塑料模具和精密沖壓模具;數(shù)字化電子產(chǎn)品<包括通訊產(chǎn)品>的發(fā)展,沒有精密模具也不行。不僅電子產(chǎn)品如此,在航天航空領域也離不開精密模具。例如:形狀誤差小于的空對空導彈紅外線接收器的非球面反射鏡,就必須用高精度的塑料模具成形。因此可以說,許多高精度模具本身就是高新技術產(chǎn)業(yè)的一部分。有些生產(chǎn)高精度模具的企業(yè),已經(jīng)被命名為"高新技術企業(yè)"。第二,模具工業(yè)又是高新技術產(chǎn)業(yè)化的重要領域。用信息技術帶動和提升模具工業(yè)的制造技術水平,是推動模具工業(yè)技術進步的關鍵環(huán)節(jié)。CAD/CAE/CAM技術在模具工業(yè)中的應用,快速原型制造技術的應用,使模具的設計制造技術發(fā)生了重大變革。模具的開發(fā)和制造水平的提高,還有賴于采用數(shù)控精密高效加工設備。逆向工程、并行工程、敏捷制造、虛擬技術等先進制造技術在模具工業(yè)中的應用,也要與電子信息等高新技術嫁接,實現(xiàn)高新技術產(chǎn)業(yè)化。第三,模具工業(yè)是裝備工業(yè)的一個重要組成部分。在1998年以前,許多人把機械工業(yè)當作一般的加工工業(yè)。1998年11月召開的中央經(jīng)濟工作會議,首次明確提出了加大裝備工業(yè)的開發(fā)力度,推進關鍵設備的國產(chǎn)化。將機械工業(yè)作為裝備工業(yè),把它同一般的加工工業(yè)區(qū)別開來,是對機械工業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位與作用的重新定位。模具作為基礎工藝裝備,在裝備工業(yè)中自然有其重要地位。因為國民經(jīng)濟各產(chǎn)業(yè)部門需要的裝備,其零部件有很大一部分是模具做出來的。第四,模具工業(yè)地位之重要,還在于國民經(jīng)濟的五大支柱產(chǎn)業(yè)—機械、電子、汽車、石化、建筑,都要求模具工業(yè)的發(fā)展與之相適應。機械、電子、汽車工業(yè)需要大量的模具,特別是轎車大型覆蓋件模具、電子產(chǎn)品的精密塑料模具和沖壓模具,目前在質與量上都遠不能滿足這些支柱產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要。這幾年,我國每年要進口近10億美元的模具。我國石化工業(yè)一年生產(chǎn)500多萬噸聚乙烯、聚丙烯和其他合成樹脂,很大一部分需要塑料模具成形成制品,才能用于生產(chǎn)和生活的消費。生產(chǎn)建筑業(yè)用的地磚、墻磚和衛(wèi)生潔具,需要大量的陶瓷模具;生產(chǎn)塑料管件和塑鋼門窗,也需要大量的塑料模具成形。從五大支柱產(chǎn)業(yè)對模具的需求也可以看到模具工業(yè)地位之重要。圖1-1所示為幾種廣泛使用的塑料件,a為豐田汽車的喇叭紙盆支架,b為手機電池后蓋,c為手機塑料前窗。圖I一1幾種廣泛使用的塑料件我國已于20XX12月11日正式加入了WTO."入世"后對模具工業(yè)將會帶來更大的影響,模具行業(yè)正在從行業(yè)自身和對模具需求量大的相關產(chǎn)業(yè)著手進行分析,并研究采取相應的對策。1.2國內(nèi)外注射塑料模具的發(fā)展狀況模具工業(yè)在工業(yè)發(fā)展中占有很重要的地位,各行各業(yè)均離不開模具,特別在汽車、摩托車、玩具、及家電等行業(yè)。其中塑料模具又是模具工業(yè)中重要的組成部分,彩電、電冰箱、洗衣機、空調(diào)機等產(chǎn)品,需要的塑料模具量很大,在建筑、建材方面,今后塑料門窗、塑料水管和裝飾塑料制品將會有一個很大的發(fā)展。到20XX,塑料門窗的普及率和塑料管的普及率將達到30%-50%,對模具的需求會有很大增長。在工業(yè)發(fā)達國家,據(jù)1991年統(tǒng)計,日本生產(chǎn)塑料模和生產(chǎn)沖壓模的企業(yè)各占40;韓國模具專業(yè)廠中,生產(chǎn)塑料模的占43.9,生產(chǎn)沖壓模的占44.8%;新加坡全國有460家模具企業(yè),60%生產(chǎn)塑料模,35%生產(chǎn)沖模和夾具。中國模具工業(yè)一直以每年巧%左右的增長速度快速發(fā)展,20XX中國模具工業(yè)總產(chǎn)值己達280億元人民幣,在模具工業(yè)的總產(chǎn)值中,沖壓模具約占50%,塑料模具約占33%,壓鑄模具約占6%,其他各類模具約占110。由以上事實可以看出塑料模具已處于同沖壓模具并駕齊驅的地位。在塑料模具中注射模具是應用最廣泛、類型最多、結構最復雜的一種。在現(xiàn)代塑料制件的生產(chǎn)中,合理的加工工藝、高效的設備、先進的模具是必不可少的三項重要因素,尤其是塑料模具對實現(xiàn)塑料加工工藝要求、滿足塑料制件的使用要求、降低塑料制件的成本起著重要的作用。一副好的注塑?？沙尚蜕习偃f次,一副優(yōu)良的壓鑄模大約能成型25萬次,這與模具的設計、模具材料及模具的制造有著很大的關系。從塑料模的設計、制造及模具的材料等方面考慮,塑料成型技術的發(fā)展趨勢可以簡單地歸納為以下幾個方面。Il<一>模具的標準化為了適應模具大規(guī)模成批生產(chǎn)塑料成型模具和縮短模具制造周期的需要,模具的標準化工作十分重要,目前我國模具標準化程度只達到20%.注射模方面關于模具零部件、模具技術條件和標準模架等有14個國家標準,當前的任務是重點研究開發(fā)熱流道標準元件和模具溫控標準裝置;精密標準模架、精密導向件系列:標準模板及模具標準件的先進技術和等向性標準化模塊等。<二>加強理論研究隨著塑料制件的大型化和復雜化,模具的重量達數(shù)噸至十多噸,這樣大的模具,若只憑經(jīng)驗來設計,往往會因設計不當而造成模具報廢,數(shù)十萬元的費用將毀于一旦,所以設計模具己逐漸向理論設計方面發(fā)展,這些理論設計包括模板剛度、強度的計算、充型流動、脫模阻力與溫控系統(tǒng)等。今后的工作是如何將理論與生產(chǎn)實際相結合指導實際的模具工業(yè)生產(chǎn)。<三>塑料制件的精密化、微型化和超大型化為了滿足各種工業(yè)產(chǎn)品的使用要求,塑料成型技術正朝著精密化、微型化和超大型化等方面發(fā)展。精密注射成型是能將塑料制件尺寸公差保持在0.01一0.001mm之內(nèi)的成型工藝方法,其制件主要用于電子、儀表工業(yè)。微型化的塑料制件要求在微型的設備上生產(chǎn)。目前,德國已研究出只有O.lg的微型注射機,可生產(chǎn)0.05g左右的微型注射成型塑件。國內(nèi)目前己有0.5g的注射機,可以生產(chǎn)O.Ig左右的微型注射塑件。注射塑件的大型化要求有大型、超大型的注射成型設備。目前,法國己擁有注射量為17萬g的超大型注射機,合模力為150MN;美國和日本也已經(jīng)分別生產(chǎn)出注射量為10萬9和9.6萬9的超大型注射機;國產(chǎn)注射機的注射量也己達到3.5萬g,合模力為80MNo<四>新材料、新技術、新工藝的研制、開發(fā)和應用隨著塑料成型技術的不斷發(fā)展,模具新材料、模具加工新技術和模具新工藝方面的開發(fā)己成為當前模具工業(yè)生產(chǎn)和科研的主要任務之一。十多年來,國內(nèi)外塑料成型行業(yè)在改進和提高模具設計與制造方面投入了大量的資金和研究力量,取得了許多成果。1.各種新材料的研制和應用模具材料的選用在模具的設計和制造中是一個較重要的問題,它將直接影響模具加工成本、使用壽命以及塑料件成型的質量等。國內(nèi)外模具材料工作者對模具的工作條件、失效形式和提高模具使用壽命的途徑進行了大量的研究工作,并開發(fā)出許多不僅具有良好的使用性能,而且還具有加工性好、熱處理變形小的新型模具鋼種,如預硬鋼、新型淬火回火鋼、馬氏體時效鋼、析出硬化鋼和耐腐蝕鋼等,經(jīng)過應用,均取得了較好的技術和經(jīng)濟效果。2.模具加工技術的革新為了提高加工精度、縮短模具制造周期,塑料模成型零件加工不但廣泛應用了仿形加工、電加工、數(shù)控加工及三坐標測量等先進技術,而且目前己應用了快速成型、高速銑削及激光焊接與測量技術,使得加工速度大大提高。<五>CAD/CAM/CAE技術的應用塑料制件應用的日益廣泛和大型塑料制件的不斷開發(fā),對塑料成型模具設計和制造提出的要求越來越高。傳統(tǒng)的模具設計與制造方法不能適應工業(yè)產(chǎn)品不斷開發(fā)和及時更新?lián)Q代與提高質量的要求,為了適應這些變化,先進國家的CAD/CAM/CAE技術在20世紀80年代中期己進入實用階段,市場上已有商品化的系統(tǒng)軟件出售。國內(nèi)一些高校和研究所也對模具CAD/CAM/CAE技術進行了許多研究和實踐,并取得了很大成果。但我國在該技術的應用和推廣方面與外國相比還存在一些差距,有待于進一步改進和完善。1.3課題的產(chǎn)生背景和現(xiàn)實意義中國模具工業(yè)發(fā)展迅速,市場廣闊,1990年至20XX間,中國模具制造業(yè)的產(chǎn)值年平均增長14%左右。目前全世界的模具年產(chǎn)值,約有600^650億美元,我國20XX模具產(chǎn)值約為300多億元人民幣,折合30多億美元,但大部分是企業(yè)自產(chǎn)自用,作為商品銷售的約占三分之一。我國生產(chǎn)的模具有些己接近或達到國際水平,但總的來看,還遠不適應國民經(jīng)濟發(fā)展的需要,大型、復雜、精密、長壽命等高檔模具有很大一部分依靠進口。近五年平均每年進口模具8.14億美元,20XX就進口9.7億美元的模具,這還未包括隨設備和生產(chǎn)線作為附件帶進來的模具。從上面的數(shù)據(jù)可以看出我國的模具業(yè)與模具發(fā)達國家存在著很大差距,這不但表現(xiàn)在模具材料、加工技術、加工設備的區(qū)別上,還表現(xiàn)在對CAD/CAM/CAE技術的應用上,目前模具發(fā)達國家己經(jīng)將CAD/CAM/CAE技術貫穿于模具制造的整個環(huán)節(jié),而我國的模具企業(yè)對CAD/CAM/CAE技術的應用僅限于大型模具企業(yè)中,而且也集中在CAD/CAM技術上,而對于CAE技術的應用目前還處于起步階段。注射模CAE技術是一門以CAD/CAM技術水平的提高為發(fā)展動力,以高性能計算機及圖形顯示設備的推出為發(fā)展條件,以計算力學中的邊界元、有限元、結構優(yōu)化設計及模態(tài)分析等方法為理論基礎的新技術。它的發(fā)展實際上包含了計算機技術、塑料熔體流動理論、有限元方法的完善。注塑熔體流體理論的研究始于20世紀60年代,美國、英國、加拿大等國的學者如J.R.Pearson<英>、J.F.Stevenson<美>M.R.Kamal<加>、K.K.Wang〔美>等開展了一系列有關塑料熔體在模具型腔內(nèi)流動與冷卻的基礎研究。隨后,許多研究者對一維流動進行了大量研究,主要是計算塑料熔體在等直徑圓管,中心澆口的圓盤以及端部澆口的矩形型腔中的流動過程。20世紀70年代完成了二維分析程序,20世紀80年代開展三維流動與冷卻分析并把研究擴展到保壓分子取向以及翹曲預測等領域,進入20世紀90年代后開展了成型過程流動、保壓、冷卻、應力分析及翹曲的全過程模擬,將各獨立模塊有機地結合起來,考慮它們之間的相互影響,以提高模擬軟件的分析精度和擴大適用范圍[31。這些卓有成效的研究成果,為開發(fā)使用型的注塑模分析軟件奠定了基礎。有限元方法是目前常用的注塑成型過程進行理論分析、建立與實際比較吻合的理想數(shù)學模型的方法。其基本原理是將變形體<連續(xù)體>進行離散化,即將一個原來是連續(xù)的物體剖分<離散>成有限個單元。例如三角形單元、四邊形單元<二維問題>、六面體和四面體單元<三維問題>等。各個單元之間相互鉸接在有限個節(jié)點上,當物體承受外力產(chǎn)生變形時,各單元之間的作用力通過節(jié)點傳遞,承受等效的節(jié)點載荷。然后根據(jù)平衡條件進行分析,按變形協(xié)調(diào)條件,把這些單元重新組合起來。成為一個組合體再綜合求解。CAE技術的基本方法,就是將某一項設計或者加工作為初值,然后通過計算機利用預先規(guī)定的算法對具備這一特點的設計進行模擬或描述。經(jīng)過計算機的快速運算,對輸入條件和模擬的模型進行評估,并確定修正措施,進行修改。上述過程反復進行,直到取得一個成功的設計方案。注塑成型時,塑料在型腔中的流動和成型,與材料的性能、塑件的形狀尺寸、成型溫度、成型速度、成型壓力、成型時間、模腔表面情況和模具設計等一系列因素有關。因此,針對形狀復雜、質量和精度要求較高的塑件,特別是新產(chǎn)品試制,對于一個具有豐富經(jīng)驗的工藝和模具設計人員來講,也很難保證第一次設計出來的模具就能生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。生產(chǎn)實際表明在試制過程中,常常需要經(jīng)過反復調(diào)試和修改模具,有時甚至還需要在總結試驗數(shù)據(jù)的基礎上重新進行模具設計。這樣勢必會使新產(chǎn)品的試制費用加大,試制周期延長,增加產(chǎn)品成本,影響產(chǎn)品的更新?lián)Q代。而應用了CAE技術,可以使新設計的塑件和模具一次試模成功率最大,解決諸如澆口尺寸與位置不當、填充不均、塑件翹曲變形,尺寸不穩(wěn)定和模具加工周期長等問題,并降低加工成本。隨著計算機技術與注塑成型理論的發(fā)展,在以上基礎性研究的基礎上,從事注塑成型的工程研究人員逐步完善了注塑成型過程的計算機模擬,即將塑件在模腔中的成型過程劃分為若干步,應用數(shù)學模型或有限元等理論分析方法,對每一步在塑件中的應力、應變和溫度分布等進行分析計算,直到塑件最終成型為止,以檢查工藝方案和模具結構參數(shù)是否合理。每次分析計算的結果即可以在屏幕上以圖形化形式直觀的顯示出來,也可將全部數(shù)據(jù)打印出來。若設計者對這一方案尚不滿意,便可修改工藝方案和模具的結構參數(shù),重新進行分析計算,直到滿意為止。這樣,利用計算機模擬技術,進行工藝和模具的優(yōu)化設計,從而節(jié)省試驗費用,縮短工藝和模具設計周期。由上可以看出,將CAE應用于注塑過程分析具有積極的意義。1.4本論文研究內(nèi)容本文主要介紹了注塑模CAE軟件Moldflow在注塑模具設計中的應用并應用它進行的注塑過程充填模擬,在模擬過程中分析了各種注塑工藝參數(shù)如壓力、溫度、時間等,以及塑件幾何形狀對熔體流動性的影響。在應用實例中以Moldflow作為工具,以ABS塑料為例,模擬了不同塑件尺寸的單點澆口模具的流動過程,得到了熱流道與普通澆注系統(tǒng)下ABS的流程,并以此作為選用熱流道的依據(jù)。本論文共分七章。第一章,緒論,主要介紹了當前注塑模具國內(nèi)外的發(fā)展情況以及注塑模擬分析軟件在模具制造中的應用:第二章,模具及熱流道模具介紹,主要介紹模具的基本結構及熱流道模具的特點以及當前國內(nèi)外的應用情況:第三章,注塑成型CAE技術和Moldflow注塑模輔助分析系統(tǒng),主要介紹了注塑成型CAE技術的應用、在模具設計中的顯著作用以及商品化注塑模CAE軟件Moldflow的主要模塊及在模具設計中的作用:第四章,屬地化塑料材料庫的建立,主要通過Moldflow系統(tǒng)內(nèi)部的材料管理模塊,建立了一個屬地化的塑料材料庫,為以后建立該軟件下的國內(nèi)塑料材料庫作準備;第五章,影響塑件流動性的工藝參數(shù)分析,本章主要分析了各種注塑工藝參數(shù)如壓力、溫度、時間以及塑件幾何形狀等對塑料熔體流動性的影響并簡單驗證了Moldflow系統(tǒng)的仿真性;第六章,分析普通澆注系統(tǒng)模具中聚合物材料的流程,并以此分析參數(shù)來模擬優(yōu)化熱流道模具的ABS材料的流程。第七章,總結與展望。第二章注塑模具及熱流道2.1注射成型原理和工藝過程注射成型是將塑料顆粒定量地加入到注射機的料筒內(nèi),通過料筒的傳熱,以及螺桿轉動時產(chǎn)生的剪切摩擦作用使塑料逐步熔化呈流動狀態(tài),然后在柱塞或螺桿的推擠下,熔融塑料以高壓和較快的速度通過噴嘴注入到較低的閉合模具的型腔中。由于模具的冷卻作用,使模腔內(nèi)的熔融塑料逐漸凝固并定型,最后開模取出塑件。上述過程可歸納為:[41加料—塑料熔融—注射—冷卻定型—塑件脫模2.2注塑模具的結構注射模具的結構是由塑件的復雜程度和注塑機的形式等因素決定的,凡是注射模均可分為動模和定模兩大部分。注射時動模與定模閉合構成型腔和澆注系統(tǒng),開模時動模與定模分離,取出塑件。定模安裝在注塑機固定模板上,而動模則安裝在注射機的移動模板上。推出機構動模中間板定模塑件澆注系統(tǒng)圖2-1所示為注塑模具的簡單結構及開模情況。[51注射模的總體功能結構分為:成形零部件—是注射模的核心部分,包括凹模、凸模和型芯,這些零件直接與塑料接觸并做出塑件的形狀。161澆注系統(tǒng)—將注射機噴嘴過來的熔融塑料過渡到型腔中,起了輸送管道的作用。導向機構—起到三個作用,一是保證動模和定模在合模時準確對合,避免模具中其它零部件發(fā)生碰撞和干涉,即導向作用;二是先導向后合模,保證塑件形狀和尺寸的精確度,即定位作用:三是承受側壓力。[71分型抽芯機構—當塑件側壁帶有通孔、凹穴、凸臺等,阻礙成型后的塑件從模內(nèi)脫出時,必須將這些成型零件做成活動型芯,帶有活動型芯的機構就是分型抽芯機構。181脫模機構—將模腔中定型后的塑件從模具中脫落并取出的部件。溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)—控制模具的溫度,使熔溶塑料在充滿模腔后迅速可靠定型。排溢、排氣系統(tǒng)—充模時,排除溶料進入后模腔中多余的氣體或料流末端冷料等;開模時,引入氣體,有利于塑件從模腔中脫出。模架—是注射模的骨架和基體,模具的每一部分都要寄生于其中,通過它將模具的各個部分有機地聯(lián)系在一起。并與注射機相連接。2.3澆注系統(tǒng)的作用澆注系統(tǒng)的作用是,將來自注塑機噴嘴的熔融塑料輸送到各型腔中。澆注系統(tǒng)的形狀和尺寸將對熔融塑料的充填產(chǎn)生很大的影響。澆注系統(tǒng)設計好,熔融塑料就能順利地充滿型腔;澆注系統(tǒng)設計不合理,則會出現(xiàn)型腔充填不滿或塑件外觀質量差、尺寸精度低等缺陷。101對澆注系統(tǒng)設計的具體要求是:<1>對模腔的填充迅速有序:<2>可同時充滿各個型腔;<3>對熱量和壓力損失較小;<4>盡可能消耗較少的塑料;<5>能夠使型腔順利排氣:C6>澆注系統(tǒng)凝料容易與塑料分離或切除;C7>不會使冷料進入型腔;<8>澆口痕跡對塑件外觀影響很小;2.4澆注系統(tǒng)的組成澆注系統(tǒng)一般都由四部分組成:<一>主流道是連接注塑機噴嘴與分流道的一段料道,是模具進料的入口,將塑料熔體從噴嘴引入到模具內(nèi)腔。<二>分流道英文名稱是runner,原意是滑道、流道、流槽等,是主流道與澆口的一段料流通道,用于一模多腔和一腔多澆口時<例如對于較大塑件或形狀復雜的塑件>,將從主流道的熔體分配至各型腔或同一型腔的各處,起著對熔體的分流轉向作用.單腔模具采用單澆口時,絕大多數(shù)不設分流道。按一個模具中型腔數(shù)量和分布情況,分流道可以只有一級,也可以有多級,如二級分流道、三級分流道或更多級。<三>澆口澆口是由分流道通向<或主流道直接通向>型腔的一小段流道,是進入型腔的門戶,英文為gate,原意是門口、閘門、隘口等。澆口是澆注系統(tǒng)中長度最短、斷面最小的一段,但卻是最重要的部分。澆注系統(tǒng)設計的成敗,很大程度上取決于澆口的設計。<四>冷料井冷料井一般位于主流道末端分型面的動模一側,熔體流程較長的多級分流道多腔模具,各級分流道未端都應設置冷料井,冷料井的作用是捕集熔體流動的前鋒冷料,避免冷料進入型腔對塑件造成不利影響。有時,對于型腔最后充滿處,為避免形成強度不良的熔接縫,也在型腔之外相應處設置冷料井。2.5熱流道注射模特點熱流道注射模與一般注射模的主要區(qū)別是注射成型過程中澆注系統(tǒng)內(nèi)的塑料不凝固,也不隨塑件脫模,所以這種模具又稱無料把模具。在美國熱流道模具己實現(xiàn)標準化,目前生產(chǎn)的注射模中,有40%左右為熱流道模具,而在生產(chǎn)蓋、罩、容器及外殼等的模具中,有80%采用熱流道模具。在我國,熱流道模具還處于研制推廣應用階段。熱流道模具的特點:<1>在整個生產(chǎn)過程中,澆注系統(tǒng)內(nèi)的塑料始終處于熔融狀態(tài),流道暢通無阻,壓力損失小,這樣就可以實現(xiàn)多點澆口,多腔模具及大型塑件的低壓注射?；谕瑯永碛?還有利于壓力傳遞,從而克服因補料不足而產(chǎn)生的收縮凹痕,提高了產(chǎn)品質量。<2>沒有流道凝料粉碎問題。這樣就節(jié)約了塑料原材料、人力或企業(yè)管理一般費用。[III<3>省去去除澆口,修整塑件,破碎及回收廢料等工序,節(jié)省人力,簡化設備,縮短成型周期,從而大大提高了生產(chǎn)率,且利于實現(xiàn)自動化生產(chǎn),降低了成本。<4>在采用全液壓式注射機生產(chǎn)時,由于沒有澆注系統(tǒng)凝料,模具的開模距離和合模行程可以縮短,從而縮短成型周期,并提高了設備對于深腔塑件的適應能力。<5>溫控系統(tǒng)要求嚴格,需要用專門的模具溫控裝置,模具成本較高,不是對所有塑料都適用,也不適合于小批量生產(chǎn)的塑件。<6>熱流道注射模具所用的注射機與一般熱塑性注射模具所用注射機相同。由于采用熱流道技術的模具可提高制作的生產(chǎn)率和質量,并能大幅度節(jié)省制作的原材料和節(jié)約能源,所以廣泛應用這項技術是塑料模具的一大變革。2.6我國應用熱流道注射模的情況在我國,熱流道模具目前還處于研制推廣階段。國外熱流道模具已有一半用上了熱流道技術,有的廠甚至己達so%以上,效果十分明顯。國內(nèi)近幾年已開始推廣應用,但總體還達不到1o%o,個別企業(yè)達到zo%o-3o%a。從已有的研究成果來看,基本上局限于熱流道模具的結構,而熱流道對注塑充填、塑件質量等方面的作用效果的研究大多是定性的、經(jīng)驗性的,只是憑感覺確定某一模具應該使用熱流道,如何選用熱流道還沒有定量的分析。第三章注塑成型CAE技術和Moldflow注塑模輔助分析系統(tǒng)3.1概述模具是生產(chǎn)各種工業(yè)產(chǎn)品的重要工藝裝備,隨著塑料工業(yè)的迅速發(fā)展以及塑料制品在航空、航天、電子、機械、船舶和汽車等工業(yè)部門的推廣應用,產(chǎn)品對模具的要求越來越高,傳統(tǒng)的模具設計方法己無法適應產(chǎn)品更新?lián)Q代和提高質量的要求。計算機輔助工程〔CAE>技術已成為塑料產(chǎn)品開發(fā)、模具設計及產(chǎn)品加工中最有效的手段。同傳統(tǒng)的模具設計相比,CAE技術無論在提高生產(chǎn)率、保證產(chǎn)品質量,還是在降低成本、減輕勞動強度等方面,都具有重要作用。3.2CA〔技術的應用利用CAE技術可以在模具加工前,在計算機上對整個注塑成型過程進行模擬分析,準確預測熔體的填充、保壓、冷卻情況,以及制品中的應力分布、分子和纖維取向分布、制品的收縮和翹曲變形等情況,以便設計者能盡早發(fā)現(xiàn)問題,及時修改制件和模具設計,而不是等到試模以后再返修模具。這不僅是對傳統(tǒng)模具設計方法的一次突破,而且對減少甚至避免模具返修報廢、提高制品質量和降低成本等,都有著重大的技術經(jīng)濟意義。塑料模具的設計不但要采用CAD技術,而且還采用CAE技術。這是發(fā)展的必然趨勢。Ozl注塑成型分兩個階段,即開發(fā)/設計階段<包括產(chǎn)品設計、模具設計和模具制造>和生產(chǎn)階段〔包括購買材料、試模和成型>。傳統(tǒng)的注塑成型方法基本步驟如圖3一1所示,圖3-2為基于CAE的模具設計流程.傳統(tǒng)的注塑方法是在正式生產(chǎn)前,由于設計人員憑經(jīng)驗與直覺設計模具,模具裝配完畢后,通常需要幾次試模,發(fā)現(xiàn)問題后,不僅需要重新設置工藝參數(shù),甚至還需要修改塑料制品和模具設計,這勢必增加生產(chǎn)成本,延長產(chǎn)品開發(fā)周期。采用CAE技術,可以完全代替試模,CAE技術提供了從制品設計到生產(chǎn)的完整解決方案,在模冷卻管路的布局和工作條件,從而產(chǎn)生均勻的冷卻,并由此縮短成型周期,減少產(chǎn)品成型后的內(nèi)應力。<5>減小反修成本提高模具一次試模成功的可能性是CAE分析的一大優(yōu)點。如反復地試模、修模勢必要耗損大量的時間和金錢。此外,未經(jīng)反復修改的模具,其壽命也較長。3.優(yōu)化注塑工藝參數(shù)由于經(jīng)驗的局限性,工程技術人員很難精確地設置制品最合理的加工參數(shù),選擇合適的塑料材料和確定最優(yōu)的工藝方案。CAE技術可以幫助工程技術人員確定最佳的注射壓力、鎖模力、模具溫度、熔體溫度、注射時間、保壓壓力和保壓時間、冷卻時間等,以注塑出最佳的塑料制品。注塑者可望在制件成本、質量和可加工性方面得到CAE技術的幫助。<1>更加寬廣更加穩(wěn)定的加工"裕度"流動分析對熔體溫度、模具溫度和注射速度等主要注塑加工參數(shù)提出一個目標趨勢,通過流動分析,注塑者便可估定各個加工參數(shù)的正確值,并確定其變動范圍。會同模具設計者一起,他們可以結合使用最經(jīng)濟的加工設備,設定最佳的模具方案。<2>減小塑件應力和翹曲選擇最好的加工參數(shù)使塑件殘余應力最小。殘余應力通常使塑件在成型后出現(xiàn)翹曲變形,甚至發(fā)生失效。<3>省料和減少過量充模流道和型腔的設計采用平衡流動,有助于減少材料的使用和消除因局部過量注射所造成的翹曲變形。<4>最小的澆注系統(tǒng)尺寸和回用料成本流動分析有助于選定最佳的澆注系統(tǒng)尺寸。以減少澆注系統(tǒng)部分塑料的冷卻時間,從而縮短整個注射成型的周期,以及減少變成回收料或者廢料的澆注系統(tǒng)部分塑料的體積。3.3Moldflow軟件系統(tǒng)常用模塊功能介紹Moldflow公司是專業(yè)從事注塑成型CAE軟件和咨詢公司,自1976年發(fā)行了世界上第一套流動分析軟件以來,一直主導塑料成型CAE軟件市場。近幾年,在汽車、家電、電子通訊、化工和日用品等領域得到了廣泛應用。它具體有以下功能。1.MF/Flow流動分析[131MF/Flow分析聚合物在模具中的流動,并且優(yōu)化模腔的布局、材料的選擇、填充和保壓的工藝參數(shù)?？梢栽诋a(chǎn)品允許的強度范圍內(nèi)和合理的充模情況下減少模腔的壁厚,把熔接線和氣穴定位于結構和外觀上允許的位置上,并且定義一個較寬的工藝條件。本文主要用到此模塊。2.MF/Cool冷卻分析MF/Cool分析冷卻系統(tǒng)對流動過程的影響,優(yōu)化冷卻管路的布局和工作條件。MF/Cool和MF/Flow相結合,可以得到十分完美的動態(tài)的注塑過程分析。這樣可以改善冷卻管路的設計,從而產(chǎn)生均勻的冷卻,并由此縮短成型周期,減少產(chǎn)品成型后的內(nèi)應力。3.MF/Warp翹曲分析MF/Warp分析整個塑件的翹曲變形<包括線性、線性彎曲和非線性>,同時指出產(chǎn)生翹曲的主要原因以及相應的補救措施。MF/Warp能在一般的工作環(huán)境中,考慮到注塑機的大小、材料特性、環(huán)境因素和冷卻參數(shù)的影響,預測并減小翹曲變形。4.MF/Stress結構應力分析MF/Stress分析塑料產(chǎn)品在受外界載荷的情況下的機械性能,根據(jù)注塑工藝條件,優(yōu)化塑料制品的剛度和強度。MF/Stress預測在外載荷和溫度作用下所產(chǎn)生的應力和位移。對于纖維增強塑料,MF/Stress根據(jù)流動分析和塑料的種類的物性數(shù)據(jù)來確定材料的機械特性,用于結構應力分析。5.MF/Shrink模腔尺寸確定MF/Shrink可以通過聚合物的收縮數(shù)據(jù)和流動分析結果來確定模腔尺寸大小。使用MF/Shrink,可以在較寬的成型條件下以及緊湊的尺寸公差范圍內(nèi),使得模腔的尺寸可以更準確地同產(chǎn)品的尺寸相匹配,使得模腔修補加工以及模具投入生產(chǎn)的時間大大縮短,并且大大改善了產(chǎn)品組裝時的相互配合,進一步減少廢品率和提高產(chǎn)品質量。6.MF/Optime注塑機參數(shù)優(yōu)化MF/Optime根據(jù)給定的模具、注塑機和注塑材料等參數(shù)以及流動分析結果自動產(chǎn)生控制注塑機的填充保壓曲線。用于對注塑機參數(shù)的設置,從而免除了第三章注塑成型CAE技術Moldflow注塑模輔助分析系統(tǒng)在試模時對注塑機參數(shù)的反復調(diào)試。MF/Optime采用用戶給定或確定的質量控制標準有效的控制產(chǎn)品的尺寸精度、表面缺陷以及翹曲。7.MF/Gas氣體輔助注塑MF/Gas模擬氣體輔助注射成型過程,對整個成型過程進行優(yōu)化。MF/Flow和MF/Gas禍合求解,完成聚合物注射階段的分析。此時熔體可以部分或全部充滿型腔。注射成型過程的工藝條件、流道和模腔的流動平衡以及材料的選擇等可以從中得到優(yōu)化組合。8.MF/Fiber塑件纖維取向分析塑件纖維取向對采用纖維化塑料的塑件的性能<如拉伸強度>有重要影響。MF/Fiber使用一系列集成的分析工具來優(yōu)化和預測整個注塑過程的纖維取向,使其趨于合理,從而有效地提高該類塑件的性能。9.MF/Tsets熱固性塑料的流動和融合分析熱固性塑料具有低熱傳導率和低粘度的優(yōu)點因而被廣泛應用。MF/Tsets可以對熱固性塑料的流動和融合等復雜過程進行模擬,從而減少表面缺陷,保證材料的熱傳導和融合,控制塑料在型腔中的流動。這里利用建立的幾個模型在Moldflow軟件中的充填模擬,來分析諸如壓力、溫度、時間及塑件幾何形狀等工藝參數(shù)對塑料熔體流動性的影響。第五章影響塑件流動性的工藝參數(shù)分析5.1分析模型的建立為了利用Moldflow進行塑件流動工藝分析,需建立了一個分析模型,此分析模型設計成長條形,壁厚為Imm,長度為200mm,寬度為lOmm,這比較符合塑料熔體在塑件中的流動方式,壁厚設為lmm有利于后面進行分析。其方式:首先進入Moldflow的造型工具Modeller中,建立文件名為K10,在該文件中分別建立四個矩形點<0,0,0>,<200,0,0>,<200,10,0>,<0,10,0>,利用這四個輪廓點建立一個面,給該面分配厚度為lmm.造型后就要進行有限元網(wǎng)格的劃分,一般要求網(wǎng)格單元的大小為厚度的2-3倍,在此定為2.5mm,然后系統(tǒng)就會自動完成三角形有限單元的網(wǎng)格劃分,劃分完成后還要進行適當?shù)男扪a。圖5-1為建立的模型。第五章影響塑件流動性的工藝參數(shù)分析qe-<RAP>/<2L>/,;。><.R7>同樣有Q=<二R'AP>/<8q.L><5-8>或△P=<8q,LQ>/<二R'><5-9>對于模具中常見的窄縫形流動通道經(jīng)推導有:Q=<Wh'△P>/<12q.L><5-10>或△P=<12q,LQ>/<Wh'><5-11>式中W一窄縫形流道之寬h—窄縫形流道之深雖然塑料在注射模的流道和型腔內(nèi)的流動情況比較復雜,不但溫度有變化,流動通道的斷面尺寸和形狀各段亦各不相同,但上述原則和公式仍有助于分析和解決一些問題。5.2.2溫度對流動性的影響注射成型過程需控制的溫度有料筒溫度、噴嘴溫度和模具溫度等。前二種溫度主要影響塑料的塑化和流動:而后一種溫度主要是影響塑料的流動和冷卻。<1>料筒溫度:料筒溫度的選擇與各種塑料的特性有關。每一種塑料都具有不同的粘流態(tài)溫度Tr<對結晶型塑料即為熔點T.>為了保證塑料熔體的正常流動,不使物料發(fā)生熱降解,料筒最合適的溫度范圍應在粘流態(tài)溫度T,和熱分解溫度T。之間。料筒溫度過高,時間過長<即使是溫度不十分高的情況下>時,塑料的熱氧化降解量就會變大。因此,對熱敏性塑料,如聚甲醛、聚三氟氯乙烯、硬聚氯乙烯等,除需嚴格控制料筒最高溫度外,還應控制塑料在加料筒中停留的時間。同一種塑料,由于來源和牌號不同,其平均相對分子質量和相對分子質量分布亦不同,則其粘流態(tài)溫度及熱分解溫度是有差別的。為了獲得適宜的流動性,對于平均相對分子質量高、分布較窄的塑料,因其熔融溫度一般都偏高,應適當提高料筒溫度。玻璃纖維增強的熱塑性塑料,隨著其含量的增加,熔體第五章影響塑件流動性的工藝參數(shù)分析的流動性降低,因此要相應地提高料筒溫度。柱塞式和螺桿式注射機由于其塑化過程不同,因而選擇料筒溫度也不同。通常后者選擇的溫度應低一些<一般約比柱塞式的低l0--zo0c>o選擇料筒溫度還應結合塑件及模具的結構特點。由于薄壁塑件的型腔比較狹窄,熔體注入的阻力大,冷卻快,因而,為了順利充型,料筒溫度應選擇高一些:相反,注射厚壁塑件時,料筒溫度可降低一些。對于形狀復雜及帶有嵌件的塑件,或者熔體充模流程曲折較多或較長時,料筒溫度也應該選擇高一些。料筒溫度的分布,一般是從料斗一側<后端>起至噴嘴處<前端>止逐步升高的,以使塑料溫度平穩(wěn)地上升以達到均勻塑化的目的。但當原料含濕量偏高時,也可適當提高后端溫度。由于螺桿注射機的剪切摩擦熱有助于塑化,因而料筒前段的溫度應略低于中段,以便防止塑料的過熱分解。<z>噴嘴溫度:噴嘴溫度通常略低于料筒最高溫度,主要是為防止直通式噴嘴可能產(chǎn)生的流涎現(xiàn)象。噴嘴溫度的降低可通過塑料熔體在此受剪切作用產(chǎn)生的熱量得到部分補償。剪切熱引起的熔體溫升與噴嘴直徑和注射壓力有關。但噴嘴溫度也不能太低,否則容易造成熔料的早凝堵塞噴嘴,或凝料注入模腔影響制品質量。U6>料簡和噴嘴溫度的選擇不是孤立的,與其他工藝條件存有一定關系。例如選用較低的注射壓力時,為保證塑料流動,應適當提高料筒溫度;反之,料筒溫度偏低就需要較高的注射壓力。由于影響因素很多,一般都在成型前通過"對空注射法"或"塑件的直觀分析法"進行調(diào)整,以便從中確定最佳的料筒和噴嘴溫度。<3>模具溫度:模具溫度對塑料熔體的充型能力及塑件的內(nèi)在性能和外觀質量影響很大。模具溫度的高低決定于塑料結晶性的有無、塑件的尺寸和結構、性能要求以及其他工藝條件<熔料溫度、注射速度及注射壓力、模塑周期等>。模具溫度通常是由通入定溫的冷卻介質來控制的,也有靠熔料注入模具自然升溫和自然散熱達到平衡而保持一定的模溫。在特殊情況下,也有采用電阻加熱圈和加熱棒對模具加熱等。不管采用什么方法使模具保持定溫,對于熱塑性塑料熔體來說都是冷卻,保持的定溫都低于塑料的玻璃化溫度T:或工業(yè)上常用的熱變形溫度,這樣才能使塑料成V和脫樟。無定形塑料熔體注入模腔后,隨著溫度的不斷降低而固化,但并不發(fā)生相變。模溫主要影響熔料的粘度。也就是充型速率。如果充型順利,采用低模溫是可取的。因為這樣可以縮短冷卻時間,從而提高生產(chǎn)效率。因此對于熔融粘度較低或中等的無定型塑料<如聚苯乙烯、醋酸纖維素等>,模具的溫度常偏低:反之,對于熔融粘度高的塑料<如聚碳酸酷、聚苯醚、聚礬等>,則必須采取較高的模溫<聚碳酸酷為90--120`C,聚苯醚為110-1301C,聚礬為130-1501C>.不過應該說明的是,對于軟化點較高的塑料,提高模溫可以調(diào)整塑件的冷卻速率使其均勻一致,以防因溫差過大而產(chǎn)生凹痕、內(nèi)應力和裂紋等缺陷.結晶性塑料注入模腔后,當溫度降低到熔點以下即開始結晶。結晶的速率受冷卻速率的控制,而冷卻速率是由模具溫度控制的,因而模具溫度直接影響到塑件的結晶度和結晶構型。模具的溫度高時,冷卻速率小,但結晶速率可能大,因為一般塑料最大結晶速率的溫度都在熔點下的高溫一邊;其次,模具溫度高時還有利于分子的松弛過程,分子取向效應小,這種條件僅適于結晶速率很小的塑料,如聚對苯二甲酸乙二酷等,在實際注射中很少采用,因為模溫高也會延長成型周期和使塑件發(fā)脆。模具溫度適當時,冷卻速度適宜,塑料分子的結晶和定向也都適中的,這是通常用得最多的條件。模具溫度低時,冷卻速率大,熔體的流動與結晶同時進行,但熔體在結晶溫度區(qū)間停留時間縮短。此外,模具的結構和注射條件也會影響冷卻速率,例如提高料筒溫度和增加塑件厚度都會使冷卻速率發(fā)生變化,對高壓聚乙烯可達2%--3%,低壓聚乙烯可達10%,聚酞胺可達40%。即使是同一塑件,其中各部分的密度也可能是不相同的,這說明各部分的結晶度不一樣。造成這種現(xiàn)象的主要原因是熔料各部分在模內(nèi)的冷卻速率差別太大。本文在此主要就模具溫度對流動性的影響作一下分析?？丛谄渌に噮?shù)<壓力,時間等>不變的情況下,模具溫度對流動性的影響。將注射時間設為is,選用ABS<聚合物的一種>作為注射材料,并選定注射壓力為80MPa,觀察在不同模具溫度下材料的流動長度。模具溫度范圍設為30-1000C,每10℃一個等級。表5一1為對模型K10進行充填所得的結果.表5一1模具溫度與流程模具溫度<℃>30405060708090100流動長度<mm>7576.880838693:98108建勸長度‘.>l0090807030406070一共扭崖《勸圖5-2模具溫度與流程關系圖結論:ABS塑料熔體的流動長度隨著模具溫度升高而加長。這主要是因為:由公式5-10可知L=<Wh'△P>/<12Qq.><5一12>即流動長度L與塑料熔體的表觀粘度n。成反比,而溫度與液體表觀粘度的關系可由下式表示Ila=Rne0<BnB><5一13>其中幾一液體在溫度為0時的表觀粘度;no一某一基準溫度0。時的表觀粘度;。—常數(shù),由實驗測得。第五章影響塑件流動性的工藝參數(shù)分析隨著模具溫度的升高,塑料熔體在進入型腔后的熱量損失減少,使得熔體溫度e相應增高,則其表觀粘度R。相應降低,由公式5-12可知塑料熔體的流動長度L變長。由上可知,提高模具溫度是改善塑料熔體流動性的方法之一。5.2.3壓力對流動性的影響注射模塑過程中的壓力包括塑化壓力和注射壓力兩種,它們直接影響塑料的塑化和塑件質量。<1>塑化壓力:塑化壓力又稱背壓,是指采用螺桿式注射機時,螺桿頭部熔料在螺桿轉動后退時所受到的壓力。這種壓力的大小是可以通過液壓系統(tǒng)中的溢流閥來調(diào)整的.注射中,塑化壓力的大小是隨螺桿的設計、塑件質量的要求以及塑料的種類等的不同而異的。如果這些情況和螺桿的轉速都不變,則增加塑化壓力時即會提高熔體的溫度,并使熔體的溫度均勻、色料的混合均勻并排出熔體中的氣體。但增加塑化壓力會降低塑化速率、延長成型周期,甚至可能導致塑料的降解。一般操作中,塑化壓力應在保證塑件質量的前提下越低越好,其具體數(shù)值是隨所用塑料的品種而異的,但通常很少超過6Mpa。注射聚甲醛時,較高的塑化壓力<也就是較高的熔體溫度>會使塑件的表面質量提高,但也可能使塑料變色、塑化速率降低和流動性下降。對聚酞胺來說,塑化壓力必須降低,否則塑化速率將很快降低,這是因為螺桿中逆流和漏流增加的緣故。如需增加料溫,則應采用提高料筒溫度的方法。聚乙烯的熱穩(wěn)定性較高,提高塑化壓力不會有降解的危險,這有利于混料和混色,不過塑化速率會降低。<2>注射壓力:注射機的注射壓力是指柱塞或螺桿頭部對塑料熔體所施加的壓力。在注射機上常用表壓指示注射壓力的大小,一般在40--130Mpa之間。其作用是克服塑料熔體從料筒流向型腔的流動阻力,給予熔體一定的充型速率以及對模腔熔體進行壓實等。注射壓力的大小與塑料品種、制件結構特點<形狀復雜程度、壁厚、尺寸大小>、注射機類型、噴嘴形式和模具的結構等因素有關。就模具流道幾何尺寸、塑料的摩擦系數(shù)和熔融粘度而言,對塑料流動阻力大小的影響最大。當注射壓第五章影響塑件流動性的工藝參數(shù)分析圖5-3注射壓力與流程關系圖結論:在注塑過程中,隨著注射壓力的升高塑料熔體的流動長度隨之加長。同樣由公式5-12可知,隨著注射壓力的提高,塑料熔體在整個流程上的壓力降△P增大,在其它條件不變的情況下,流動長度L也隨之加長。但是注射壓力增大會使塑件的殘余應力加大,所以在一定范圍內(nèi),可以通過提升注射壓力的方式來提高塑料熔體的流動性。5.2.4時間對流動性的影響完成一次注射成型過程所需的時間稱成型周期,它包括以下各部分:充模時間保壓時間<柱塞或螺桿前進時間><柱塞或螺桿停留在前進位置的時間>成型周期總冷卻時間模內(nèi)冷卻時間<柱塞后撤或螺桿轉動后退的時間均在其中>其他時間〔指開模、脫模、噴涂脫模劑、安放嵌件和合模等時間>第五章影響塑件流動性的工藝參數(shù)分析成型周期直接影響到勞動生產(chǎn)率和注射機使用率,因此在生產(chǎn)中,在保證質量的前提下,應盡量縮短成型周期中各個階段的有關時間.在整個成型周期中,以注射時間和冷卻時間最重要,他們對塑件的質量均有決定性的影響。注射時間中的充模時間與充模速率成反比。在生產(chǎn)中,充模時間一般為3-5S.注射時間中的保壓時間就是對型腔內(nèi)的塑料的壓實時間,在整個注射時間內(nèi)所占的比例較大,一般為20-25S<特厚塑件可高達5-10min>。在澆口處熔料凍結之前,保壓時間的多少,對塑件密度和尺寸精度有影響,若在此以后則無影響。這在前面都己有所說明。保壓時間的長短不僅與塑件的結構尺寸有關,而且與料溫、模溫以及主流道和澆口的大小有關。如果主流道和澆口的尺寸合理、工藝條件正常,通常以塑件收縮率波動范圍最小的壓實時間為最佳值。冷卻時間主要決定于塑件的厚度、塑件的熱性能和結晶性能以及模具溫度等。冷卻時間的長短應以脫模時塑件不引起變形為原則。冷卻時間過長,不僅延長生產(chǎn)周期,降低生產(chǎn)效率,對復雜塑件還將造成脫模困難。成型周期中的其他時間則與生產(chǎn)過程是否連續(xù)化和自動化以及兩化的程度有關。在此分析一下充模時間對塑件流動性的影響。同樣,其它參數(shù)均保持不變,注射材料為ABS,注射壓力設為80MPa,模具溫度設為600C,注射時間從ls-6s。表5-3為不同充模時間下塑料熔體的流動長度。表5-3充模時間與流程充模時間<s>123456流動長度<rmn>887871636858第五章影響塑件流動性的工藝參數(shù)分析流動長度血口>1234S6注射時間協(xié)>圖5-4注射時間與流程關系圖結論:隨著注射時間的延長,塑料熔體的流動長度縮短.此結果可以通過兩個方面進行解釋,第一、由于注射時間的延長,相同注射量的熔體在模腔中流動的時間變長,熔體通過模腔壁損失的熱量變多,由公式5-13可知熔體的表觀粘度加大,故流動長度變小;第二、由于注射時間變長,注射速度減小,熔體各層之間的剪切速率減小,導致粘度加大,最終使得流動長度減小。所以,在改善塑料熔體的充填性時,應盡量減小充填時間,這樣也可顯著提高生產(chǎn)效率。5.3塑件幾何形狀對流動性的影響現(xiàn)實生活中塑料件的幾何形狀復雜繁多,各式各樣都有,但它們也有共性。第六章普通澆注系統(tǒng)模具中聚合物材料的流動長度6.1塑件模型建立為了確定在實際生產(chǎn)過程中聚合物的流動長度,須將塑件模型放在實際的生產(chǎn)環(huán)境中。通常,根據(jù)塑件形狀大小來確定模架的大小,在此以單腔單澆口模具來進行研究,所以更是直接由塑件尺寸大小來選取模架。模架的規(guī)格國家早就有了標準,可以根據(jù)模架規(guī)格大小來確定塑件模型尺寸,根據(jù)國家標準,選取了由小到大17個模架型號,各個模架的有效工作面積就是要確定的塑件模型尺寸。1171[181由前面的內(nèi)容可知,塑件的幾何形狀對塑料的流動長度影響不大,所以不妨確定塑件模型投影尺寸為正方形,那么在分析實際的塑件時,用塑件的長邊與模型的邊長作比較,就可將該塑件套用在相應的規(guī)格內(nèi)。塑件模型高度稍微取長一些,以保證在模擬充填時不完全充滿,這樣可以使流動長度測量較為準確。塑件模型尺寸較小時的厚度取為lmm,中型塑件模型取1.5mm,大型塑件取3mm,這是因為隨著塑件尺寸的增大,如果壁厚不增大的話,塑件的強度就不能滿足要求.具體塑件模型尺寸見表6-1。表6-1塑件模型尺寸<mm>熱流道代號普通流道代號模架型號塑件模型尺寸6.2澆注系統(tǒng)尺寸的確定在對模具中聚合物流動的研究中,必須考慮澆注系統(tǒng)的影響。由于澆注系統(tǒng)的存在,造成了聚合物流動過程中的溫度和壓力損失,所以我們在研究聚合物流動時,必須考慮澆注系統(tǒng)的尺寸。澆注系統(tǒng)包括主流道、分流道、澆口和冷料井,而在此是單點澆口的注射成型,所以無冷料井,而且分流道確定的尺寸都很小。6.2.1澆注系統(tǒng)長度的確定由于選用的是點澆口的標準模架,國家標準已給出了模具中各個模板的厚度,所以根據(jù)模架型號就可確定流道長度。例如,模架型號為DA2020,則該模架放置主流道的模板厚度為40mm,放置分流道的模板厚度為35mm。具體各模型流道長度見表6一3.6.2.2澆注系統(tǒng)截面尺寸的確定多種熱塑性塑料熔體的流變行為實驗表明,在剪切速率;-1018-‘范圍內(nèi),熔第六章普通澆注系統(tǒng)模具中聚合物材料的流動長度6.2澆注系統(tǒng)尺寸的確定在對模具中聚合物流動的研究中,必須考慮澆注系統(tǒng)的影響。由于澆注系統(tǒng)的存在,造成了聚合物流動過程中的溫度和壓力損失,所以我們在研究聚合物流動時,必須考慮澆注系統(tǒng)的尺寸。澆注系統(tǒng)包括主流道、分流道、澆口和冷料井,而在此是單點澆口的注射成型,所以無冷料井,而且分流道確定的尺寸都很小。6.2.1澆注系統(tǒng)長度的確定由于選用的是點澆口的標準模架,國家標準已給出了模具中各個模板的厚度,所以根據(jù)模架型號就可確定流道長度。例如,模架型號為DA2020,則該模架放置主流道的模板厚度為40mm,放置分流道的模板厚度為35mm。具體各模型流道長度見表6一3.6.2.2澆注系統(tǒng)截面尺寸的確定多種熱塑性塑料熔體的流變行為實驗表明,在剪切速率;-1018-‘范圍內(nèi),熔第六章普通澆注系統(tǒng)模具中聚合物材料的流動長度體的分子量、溫度、剪切速率、剪切應力等對其粘度與松弛性質無甚影響。若使注塑過程在此剪切速率范圍內(nèi)進行,則制品的內(nèi)應力和各向異性的力學性能均為最小。這種剪切速率不僅能滿足多種熱塑性塑料以足夠的體積流率進行成型加工,而且還可保證充模過程處于等溫狀態(tài)。有人選取了30多副在工業(yè)上使用較為合理的注塑模,根據(jù)所使用注塑機的技術規(guī)格,作了數(shù)種塑料熔體的充模計算。結果表明,主流道和分流道的剪切速率Y=5X102-5X103s1,澆口的剪切速率;=5X1了S1,且在此場合熔體接近于等溫流動。由此可知,對一般熱塑性塑料或大多數(shù)聚合物的成型加工而言,上述剪切速率可作為設計模具澆注系統(tǒng)的依據(jù)。[191熱塑性塑料在加工過程中,皆呈現(xiàn)出非牛頓型流體行為。在計算中可使用統(tǒng)一的經(jīng)驗