流道尺寸与压力的关系.doc

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1、摘要为充分发挥模具效能提高生产力降低单件成本生产中经常使用一模多腔模具。优化分流道设计对模具来说是非常重要的。流道的主要作用是使熔体从喷嘴快速而顺畅地注入模具型腔内微小塑件的注塑成型好坏很大程度上取决于流道的优化设计。笔者对微小塑件注塑成型过程中熔体流动充填过程进行了研究一模四个微型型腔分流道系统对称平衡布局重点研究了熔融塑料充填过程中流道尺寸大小与温度、压力、保压时间及充填长度之间的关系。在光通信、计算机数据存储、医疗技术、生物技术、传感器和传动装置、微光学器件、电子和消费类产品以及设备制造和机械工程等领域中微注射成型制品呈现快速增长的需求。

2、微小塑件的应用性特点主要在于它的微小性其中微型化技术促进了微小型产品的快速发展[1]。在过去几十年中人们已经获得了丰富的普通尺寸注塑件生产工艺和技术经验但这些经验不能完全直接应用于微小注塑件生产[2]。拿一个任意几何形状的注塑件来说微小塑件的S/V比值大S为塑件表面积V为体积大塑件的S/V比值小而S/V比值大小会影响熔体对型腔的充填。S/V比值越大热量扩散相对快熔融塑料凝固过快不利于塑件整体成型。微型塑料模具是生产微小塑件的重要技术基础因此设计制造微型注塑模具时应对普通模具设计方法进行必要调整以适应尺寸变化。流道是热塑性注塑模具设计

3、最重要的环节之一。要想注塑出一致性好品质塑件产品一个最主要条件是以尽可能小变化的温度和压力通过流道输送熔融塑料并同时充满所有型腔。采用何种流道系统是设计的关键所在[3]。此外在熔体充填过程中流道外层料流较内层料流流速低容易冷却凝固凝固层越厚熔体流动越不畅而热量损失增加。随着流动性下降流动阻力可导致流道内熔体流动压力增加[4]。设计流道时还应考虑流道尺寸和流道容积的关系尽可能减小流道容积包括浇注系统的凝料和飞边同时尽可能采用分流道平横式布置以便塑料熔体均衡进料。对微型塑料模具而言SVR值较大热量消散较快熔体的流动和充填受模具温度

4、Tm和注射速度Vi影响很大[5]设计流道时应综合考虑这些因素。1流道系统1.1设计概要流道优化设计的主要要求是尽可能在相同温度和压力下同时把熔融塑料输送到所有微型腔内同时尽量避免熔体热量损失过快。流道有两大类一类是标准流道冷流道如图1所示另一类是热流道。对于标准流道冷流道模具熔体由主流道进入分流道再通过浇口进入型腔。通过量测模具温度可掌握熔融塑料在流道侧壁凝固情况。热流道系统在模具内含加热分流板装置相当于把高温塑料熔体直接注入型腔[6]模具制造成本相对较高。笔者仅研究微型塑料模具的标准流道冷流道设计。模具温度对熔体的充模流动

5、能力有直接影响。它的选择取决于塑料材料特性和成型工艺条件等。提高模具温度可以改善熔体在模具型腔内的流动性减小充模压力和塑件中的应力。对于高黏度塑料由于其流动性较差充模能力较弱可采用较高的模具温度对于黏度较小、流动性好的塑料可采用较低的模具温度。型腔充满后继续对模内熔体施加保压压力可使熔体在压力下固化并在收缩时进行补缩从而获得完整塑件。不论高黏度还是低黏度塑料选择恰当的流道尺寸对微小塑件成型是非常重要的。充填过程第二阶段应有适当长保压时间th以便熔体在型腔内得到较好凝固。这里的模具设计包括塑件造型、型腔数量和布局、流道系统设计等。1.2流道横截面

6、常用的3类流道横截面是圆截面、U形截面和梯形截面如图2所示。如何选择分流道横截面类型除了上述讨论的因素之外尚需考虑SVR值和ER值情况[7]。SVR=S/V[1]ER=A/C[2]式中S、V分别是流道系统的表面积和体积A、C分别是流道横截面的面积和周长;ER是流道效率ER值越大流道效率就越高。对于1mm~3mm这3种尺寸的圆截面和方形截面流道SVR值和ER值比较列于表1中。表1中显示ER值对不同几何形状无差异而对截面尺寸变化很敏感ER随截面尺寸增大而增大SVR正好相反随截面尺寸增大而减小。方形截面流道的材料体积比圆截面的增加20%多。低S

7、VR值情况下不同流道截面类型对塑件的热变形并无显著影响。圆截面流道的熔体流动阻力最小热量不容易散失。但从加工方面来考虑圆截面流道需在动模和定模两边同时开槽并精确对齐组合而成。而U形和梯形截面可单开在定模或动模一边。U形和梯形截面较圆形截面热损失大且塑料材料损耗多[8]。因此综合起来考虑圆截面相对来说是理想的截面类型。笔者仅对圆截面流道系统进行研究。对于多型腔微型塑料模具要实现在保持较高Tb和Tm温度下的快速同步注塑充填需选择合理的模具温度和设计合理的分流道横截面尺寸。此外塑料材质参数如黏度η、切应力τ和剪切速率γ也都与模具设计有关。通常采

8、用经验公式