大型注塑模流道优化设计

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1、塑料科技第5期(总第127期)28PLASTICSSCI.&TECHNOLOGY1998210塑机与模具①大型注塑模流道优化设计林旭东　申开智(四川联合大学塑料工程系　成都610065)摘　要　本文不袭用传统大型注塑模浇注系统调计定剪切速率计算截面尺寸等观点,在聚合物幂律模型基础上,通过合理分配压力降,采用解析法导出了新的流道截面尺寸优化设计模型。采用该方法对桑塔纳轿车前保险杠注射模浇注系统进行优化设计后,在保证熔体充模的情况下,流道截面有较大的减小。结果在注塑CAE分析软件C—MOLD中得到验证。关键词　注射模　浇注系统　优化设计1　前言大

2、,造成能量和材料的浪费。在设计大型注塑件模具浇注系统时,既要随着计算机在塑料成型中广泛而深入的应保证型腔充满,又要减少因系统设计不当给制用,使得以恰当的压力降损失来设计最佳流道品带来的缺陷。特大型注塑件常采用多级分流截面成为可能。浇注系统设计也从过去估算猜道、多点同时浇注方案。复杂的浇注系统在提高测转变为以流变学为基础的科学的工程设计。注塑件质量的同时也使设计的难度增加。因此,2　流道优化设计的数学模型浇注系统的设计是设计大型注塑模的关键之一。211　优化设计前的假设设计传统浇注系统时较为普遍的观点是21111材料加工温度为“理想"的加工温度

3、“浇注系统设计应充分保证各流道段的压力损　　一般情况下可通过提高熔体温度从而减小失越小越好,流道截面积越大越利于熔体充压力降来降低熔体粘度。但多数注塑材料有一模"。按经验确定流道截面时,设计者们往往倾个能获得循环周期短和制品质量最佳的“理想"向选择较大的流道直径。若做估算,通常的作法熔体温度。我们下述的讨论基于这一“理想"温是将熔体通过流道系统各段的剪切速率假定为度。此温度可参见文献[4][7]。2常量(如分流道中γ=5×101/s)。设计时由常21112流道中允许一定的压力降量的γ计算各段流道直径。最后校核时,只要　　通常情况下,生产中使用

4、的注射压力不允从主浇道口到制件最远端产生的压力降之和小许达到注塑机的极限值,我们可设实际使用的于注塑机许可压力即可。上述设计带有较重的压力为KP公称,K为考虑安全寿命、经济运行经验成份且偏保守,未能充分发挥流道自身以等因素后的综合系数(015

5、rightsreserved.林旭东等　　大型注塑模流道优化设计29为此,我们不防把注塑机“富裕"的压力降分配P流道min为综合系数K取015时P流道下限值,到流道系统中,可假设流道中允许的压力降为:P流道max为综合系数K取018时P流道上限值。P流道=KP公称-P充213试12　上游流道与下游流道间的约束验误式中P充为充填型腔所需的压力。　　绝大多数热塑性材料都是非牛顿流体,当212　目标函数的建立采用幂律模型并考虑泊叶肃流动时,某流道i　　因为我们的最终目标是在注射机正常安全的轴向压力梯度Λi和体积流量Qi以及半径ri使用,并保证熔体能

6、顺利充入型腔的前提下,通有如下比例关系:n过把“富裕"的压力降分配给流道达到减小流道1QiΛi～3直径,减少流道中滞留料的目的,因此,我们以riri流道总体积为优化目标,优化后使其最小:当熔体流动Δt时间后,熔体流动距离为m2ViΔt,速度Vi可表示为:F(ri)=6πrilii=1,2,**m(1)i=1Qi式中F(ri)为流道总体积,在流道长度一定的Vi=πr2i情况下,F(ri)是各流道段半径ri(i=1,2,**某流道i在Δt后其压力降有如下比例式:m)的函数,ri为优化设计变量;li为第i段流nn+1这样充分理的QiΔ1Qi机进Qi

7、道长度。Pi～ViΔtΛi～2tr3=3能riiriri213　约束函数的建立如要在Δt时间后保持熔体在所有各流道里的21311　压力降对流道的约束3压力降相等,Qi与ri之比应为常量,即:　　通过熔体幂律模型可计算出熔体在流道各3Qi～ri段真实的剪切速率γi为据此为使流道系统中每个分流道都保持恒3n+1Qiγi=3只要定的体积流量,下列约束函数必须成立:nπridi3式中n为幂律模型指数;Qi为第i段流道体积ru3=6rr(3)i=1流率。式中ru为上游流道的半径,ri为下游流道的m2半径,d为r处所具有的分支数,见图1。6πrili+V

8、制品ui=1Qi=t2li-1Qi=Qi-1-πi-1di期短t式中t为充模时间,m为流道总数,V制品为制品体积,di为Qi处分支数。由γ及圆管流道压力降计算式Pi