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版权使用授权书第一章绪论1.1模具工业在国民经济中的重要地位1.2国内外注射塑料模具的发展状况1.3课
题
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的产生背景和现实意义1.4本论文研究内容第二章注塑模具及热流道2.1注射成型原理和
工艺
钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程
过程2.2注塑模具的结构2.3浇注系统的作用2.4浇注系统的组成2.5热流道注射模特点2.6我国应用热流道注射模的情况第三章注塑成型CAE技术和Moldflow注塑模辅助分析系统3.1概述3.2CAE技术的应用3.3Moldflow软件系统常用模块功能介绍第四章属地化塑料
材料
关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料
库的建立4.1Moldflow的材料库4.2属地化塑料材料库的建立第五章影响塑件流动性的工艺参数分析5.1分析模型的建立5.2注射成型工艺的参数对流动性的影响塑料熔体的流动行为5.2.2温度对流动性的影响压力对流动性的影响5.2.4时间对流动性的影响5.3塑件几何形状对流动性的影响第六章普通浇注系统模具中聚合物材料的流动长度6.1塑件模型建立6.2浇注系统尺寸的确定浇注系统长度的确定6.2.2浇注系统截面尺寸的确定6.3模型分析及填充模拟6.4选用热流道模具依据第七章总结与展望7.1结论7.2今后的工作参考文献作者在申请硕士学位期间发表的论文致谢摘要模具工业在国民经济中占有重要地位,其生产技术水平的高低,已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志。本文介绍了当前模具工业的发展状况及其发展趋势,阐述了注塑模具的结构及浇注系统的作用,热流道模具是注塑模具未来的重要发展方向之一,本文又概述了热流道模具的特点及目前热流道注射模在我国的应用情况。计算机辅助分析
在各行各业得到了广泛地应用。同样,在注塑模具行业,它也己成为塑料产品开发、模具设计及产品加工最有效的手段。本文介绍了在注塑模具设计、注塑成型中CAE技术的应用,及具体在塑料制品设计优化、塑料模具设计优化及注塑工艺参数优化中的重要作用,其最大的特点就是大大缩短了开发周期,降低了生产成本。在介绍CAE技术的同时,本文又简单介绍了注塑成型CAE软件Moldflow及其在注塑模拟方面的主要功能。为了更好的应用它,本文对该软件的塑料材料库进行了扩充,建立了一个属地化的塑料材料库,为以后建立以我国国产塑料材料为主的材料库打下基础。在注塑过程中,各个工艺参数如压力、温度、时间及塑件外形对塑料熔体的流动性均有影响,本文详细阐述了各个参数具体的影响情况,并建立了一个塑件模型,用Moldflow软件对其进行了流动模拟,分析了各个参数对塑料熔体流动性的具体影响,并得出可以利用流动长度作为分析对象,研究以其为标准来选用热流道。以往热流道都是依靠经验来选用,本文研究了将塑件放入标准模架中对其分别进行冷、热流道注塑模拟,相同的浇注系统的尺寸在冷、热流道下的流动长度不同,在冷流道条件下如果满足不了流动性,就必须选用热流道,本文最终建立了选用热流道的标准表格。关键字:注塑模具热流道Moldflow计算机辅助分析第一章绪论1.1模具工业在国民经济中的重要地位模具是工业生产的基础工艺装备。振兴和发展我国的模具工业,日益受到人们的重视和关注。在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通讯等产品中,60%-80%的零部件,都要依靠模具成形。用模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗,是其他加工制造方法所不能比拟的。模具又是"效益放大器",用模具生产的最终产品的价值,往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。模具生产技术水平的高低,己成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志,在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。模具工业在国民经济中的重要地位与作用,可以从以下四个方面看出:\第一,模具工业是高新技术产业的一个组成部分。例如:属于高新技术领域的集成电路的设计与制造,不能没有做引线框架的精密级进冲模和精密的集成电路塑封模;计算机的机壳、接插件和许多元器件的制造,也必须有精密塑料模具和精密冲压模具;数字化电子产品<包括通讯产品>的发展,没有精密模具也不行。不仅电子产品如此,在航天航空领域也离不开精密模具。例如:形状误差小于的空对空导弹红外线接收器的非球面反射镜,就必须用高精度的塑料模具成形。因此可以说,许多高精度模具本身就是高新技术产业的一部分。有些生产高精度模具的企业,已经被命名为"高新技术企业"。第二,模具工业又是高新技术产业化的重要领域。用信息技术带动和提升模具工业的制造技术水平,是推动模具工业技术进步的关键环节。CAD/CAE/CAM技术在模具工业中的应用,快速原型制造技术的应用,使模具的设计制造技术发生了重大变革。模具的开发和制造水平的提高,还有赖于采用数控精密高效加工设备。逆向工程、并行工程、敏捷制造、虚拟技术等先进制造技术在模具工业中的应用,也要与电子信息等高新技术嫁接,实现高新技术产业化。第三,模具工业是装备工业的一个重要组成部分。在1998年以前,许多人把机械工业当作一般的加工工业。1998年11月召开的中央经济工作会议,首次明确提出了加大装备工业的开发力度,推进关键设备的国产化。将机械工业作为装备工业,把它同一般的加工工业区别开来,是对机械工业在国民经济中的地位与作用的重新定位。模具作为基础工艺装备,在装备工业中自然有其重要地位。因为国民经济各产业部门需要的装备,其零部件有很大一部分是模具做出来的。第四,模具工业地位之重要,还在于国民经济的五大支柱产业—机械、电子、汽车、石化、建筑,都要求模具工业的发展与之相适应。机械、电子、汽车工业需要大量的模具,特别是轿车大型覆盖件模具、电子产品的精密塑料模具和冲压模具,目前在质与量上都远不能满足这些支柱产业发展的需要。这几年,我国每年要进口近10亿美元的模具。我国石化工业一年生产500多万吨聚乙烯、聚丙烯和其他合成树脂,很大一部分需要塑料模具成形成制品,才能用于生产和生活的消费。生产建筑业用的地砖、墙砖和卫生洁具,需要大量的陶瓷模具;生产塑料管件和塑钢门窗,也需要大量的塑料模具成形。从五大支柱产业对模具的需求也可以看到模具工业地位之重要。图1-1所示为几种广泛使用的塑料件,a为丰田汽车的喇叭纸盆支架,b为手机电池后盖,c为手机塑料前窗。图I一1几种广泛使用的塑料件我国已于20XX12月11日正式加入了WTO."入世"后对模具工业将会带来更大的影响,模具行业正在从行业自身和对模具需求量大的相关产业着手进行分析,并研究采取相应的对策。1.2国内外注射塑料模具的发展状况模具工业在工业发展中占有很重要的地位,各行各业均离不开模具,特别在汽车、摩托车、玩具、及家电等行业。其中塑料模具又是模具工业中重要的组成部分,彩电、电冰箱、洗衣机、空调机等产品,需要的塑料模具量很大,在建筑、建材方面,今后塑料门窗、塑料水管和装饰塑料制品将会有一个很大的发展。到20XX,塑料门窗的普及率和塑料管的普及率将达到30%-50%,对模具的需求会有很大增长。在工业发达国家,据1991年统计,日本生产塑料模和生产冲压模的企业各占40;韩国模具专业厂中,生产塑料模的占43.9,生产冲压模的占44.8%;新加坡全国有460家模具企业,60%生产塑料模,35%生产冲模和夹具。中国模具工业一直以每年巧%左右的增长速度快速发展,20XX中国模具工业总产值己达280亿元人民币,在模具工业的总产值中,冲压模具约占50%,塑料模具约占33%,压铸模具约占6%,其他各类模具约占110。由以上事实可以看出塑料模具已处于同冲压模具并驾齐驱的地位。在塑料模具中注射模具是应用最广泛、类型最多、结构最复杂的一种。在现代塑料制件的生产中,合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具是必不可少的三项重要因素,尤其是塑料模具对实现塑料加工工艺要求、满足塑料制件的使用要求、降低塑料制件的成本起着重要的作用。一副好的注塑模可成型上百万次,一副优良的压铸模大约能成型25万次,这与模具的设计、模具材料及模具的制造有着很大的关系。从塑料模的设计、制造及模具的材料等方面考虑,塑料成型技术的发展趋势可以简单地归纳为以下几个方面。Il<一>模具的标准化为了适应模具大规模成批生产塑料成型模具和缩短模具制造周期的需要,模具的标准化工作十分重要,目前我国模具标准化程度只达到20%.注射模方面关于模具零部件、模具技术条件和标准模架等有14个国家标准,当前的任务是重点研究开发热流道标准元件和模具温控标准装置;精密标准模架、精密导向件系列:标准模板及模具标准件的先进技术和等向性标准化模块等。<二>加强理论研究随着塑料制件的大型化和复杂化,模具的重量达数吨至十多吨,这样大的模具,若只凭经验来设计,往往会因设计不当而造成模具报废,数十万元的费用将毁于一旦,所以设计模具己逐渐向理论设计方面发展,这些理论设计包括模板刚度、强度的计算、充型流动、脱模阻力与温控系统等。今后的工作是如何将理论与生产实际相结合指导实际的模具工业生产。<三>塑料制件的精密化、微型化和超大型化为了满足各种工业产品的使用要求,塑料成型技术正朝着精密化、微型化和超大型化等方面发展。精密注射成型是能将塑料制件尺寸公差保持在0.01一0.001mm之内的成型工艺方法,其制件主要用于电子、仪表工业。微型化的塑料制件要求在微型的设备上生产。目前,德国已研究出只有O.lg的微型注射机,可生产0.05g左右的微型注射成型塑件。国内目前己有0.5g的注射机,可以生产O.Ig左右的微型注射塑件。注射塑件的大型化要求有大型、超大型的注射成型设备。目前,法国己拥有注射量为17万g的超大型注射机,合模力为150MN;美国和日本也已经分别生产出注射量为10万9和9.6万9的超大型注射机;国产注射机的注射量也己达到3.5万g,合模力为80MNo<四>新材料、新技术、新工艺的研制、开发和应用随着塑料成型技术的不断发展,模具新材料、模具加工新技术和模具新工艺方面的开发己成为当前模具工业生产和科研的主要任务之一。十多年来,国内外塑料成型行业在改进和提高模具设计与制造方面投入了大量的资金和研究力量,取得了许多成果。1.各种新材料的研制和应用模具材料的选用在模具的设计和制造中是一个较重要的问题,它将直接影响模具加工成本、使用寿命以及塑料件成型的质量等。国内外模具材料工作者对模具的工作条件、失效形式和提高模具使用寿命的途径进行了大量的研究工作,并开发出许多不仅具有良好的使用性能,而且还具有加工性好、热处理变形小的新型模具钢种,如预硬钢、新型淬火回火钢、马氏体时效钢、析出硬化钢和耐腐蚀钢等,经过应用,均取得了较好的技术和经济效果。2.模具加工技术的革新为了提高加工精度、缩短模具制造周期,塑料模成型零件加工不但广泛应用了仿形加工、电加工、数控加工及三坐标测量等先进技术,而且目前己应用了快速成型、高速铣削及激光焊接与测量技术,使得加工速度大大提高。<五>CAD/CAM/CAE技术的应用塑料制件应用的日益广泛和大型塑料制件的不断开发,对塑料成型模具设计和制造提出的要求越来越高。传统的模具设计与制造方法不能适应工业产品不断开发和及时更新换代与提高质量的要求,为了适应这些变化,先进国家的CAD/CAM/CAE技术在20世纪80年代中期己进入实用阶段,市场上已有商品化的系统软件出售。国内一些高校和研究所也对模具CAD/CAM/CAE技术进行了许多研究和实践,并取得了很大成果。但我国在该技术的应用和推广方面与外国相比还存在一些差距,有待于进一步改进和完善。1.3课题的产生背景和现实意义中国模具工业发展迅速,市场广阔,1990年至20XX间,中国模具制造业的产值年平均增长14%左右。目前全世界的模具年产值,约有600^650亿美元,我国20XX模具产值约为300多亿元人民币,折合30多亿美元,但大部分是企业自产自用,作为商品销售的约占三分之一。我国生产的模具有些己接近或达到国际水平,但总的来看,还远不适应国民经济发展的需要,大型、复杂、精密、长寿命等高档模具有很大一部分依靠进口。近五年平均每年进口模具8.14亿美元,20XX就进口9.7亿美元的模具,这还未包括随设备和生产线作为附件带进来的模具。从上面的数据可以看出我国的模具业与模具发达国家存在着很大差距,这不但表现在模具材料、加工技术、加工设备的区别上,还表现在对CAD/CAM/CAE技术的应用上,目前模具发达国家己经将CAD/CAM/CAE技术贯穿于模具制造的整个环节,而我国的模具企业对CAD/CAM/CAE技术的应用仅限于大型模具企业中,而且也集中在CAD/CAM技术上,而对于CAE技术的应用目前还处于起步阶段。注射模CAE技术是一门以CAD/CAM技术水平的提高为发展动力,以高性能计算机及图形显示设备的推出为发展条件,以计算力学中的边界元、有限元、结构优化设计及模态分析等方法为理论基础的新技术。它的发展实际上包含了计算机技术、塑料熔体流动理论、有限元方法的完善。注塑熔体流体理论的研究始于20世纪60年代,美国、英国、加拿大等国的学者如J.R.Pearson<英>、J.F.Stevenson<美>M.R.Kamal<加>、K.K.Wang〔美>等开展了一系列有关塑料熔体在模具型腔内流动与冷却的基础研究。随后,许多研究者对一维流动进行了大量研究,主要是计算塑料熔体在等直径圆管,中心浇口的圆盘以及端部浇口的矩形型腔中的流动过程。20世纪70年代完成了二维分析程序,20世纪80年代开展三维流动与冷却分析并把研究扩展到保压分子取向以及翘曲预测等领域,进入20世纪90年代后开展了成型过程流动、保压、冷却、应力分析及翘曲的全过程模拟,将各独立模块有机地结合起来,考虑它们之间的相互影响,以提高模拟软件的分析精度和扩大适用范围[31。这些卓有成效的研究成果,为开发使用型的注塑模分析软件奠定了基础。有限元方法是目前常用的注塑成型过程进行理论分析、建立与实际比较吻合的理想数学模型的方法。其基本原理是将变形体<连续体>进行离散化,即将一个原来是连续的物体剖分<离散>成有限个单元。例如三角形单元、四边形单元<二维问题>、六面体和四面体单元<三维问题>等。各个单元之间相互铰接在有限个节点上,当物体承受外力产生变形时,各单元之间的作用力通过节点传递,承受等效的节点载荷。然后根据平衡条件进行分析,按变形协调条件,把这些单元重新组合起来。成为一个组合体再综合求解。CAE技术的基本方法,就是将某一项设计或者加工作为初值,然后通过计算机利用预先规定的算法对具备这一特点的设计进行模拟或描述。经过计算机的快速运算,对输入条件和模拟的模型进行评估,并确定修正措施,进行修改。上述过程反复进行,直到取得一个成功的设计
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。注塑成型时,塑料在型腔中的流动和成型,与材料的性能、塑件的形状尺寸、成型温度、成型速度、成型压力、成型时间、模腔表面情况和模具设计等一系列因素有关。因此,针对形状复杂、质量和精度要求较高的塑件,特别是新产品试制,对于一个具有丰富经验的工艺和模具设计人员来讲,也很难保证第一次设计出来的模具就能生产出合格的产品。生产实际表明在试制过程中,常常需要经过反复调试和修改模具,有时甚至还需要在总结试验数据的基础上重新进行模具设计。这样势必会使新产品的试制费用加大,试制周期延长,增加产品成本,影响产品的更新换代。而应用了CAE技术,可以使新设计的塑件和模具一次试模成功率最大,解决诸如浇口尺寸与位置不当、填充不均、塑件翘曲变形,尺寸不稳定和模具加工周期长等问题,并降低加工成本。随着计算机技术与注塑成型理论的发展,在以上基础性研究的基础上,从事注塑成型的工程研究人员逐步完善了注塑成型过程的计算机模拟,即将塑件在模腔中的成型过程划分为若干步,应用数学模型或有限元等理论分析方法,对每一步在塑件中的应力、应变和温度分布等进行分析计算,直到塑件最终成型为止,以检查工艺方案和模具结构参数是否合理。每次分析计算的结果即可以在屏幕上以图形化形式直观的显示出来,也可将全部数据打印出来。若设计者对这一方案尚不满意,便可修改工艺方案和模具的结构参数,重新进行分析计算,直到满意为止。这样,利用计算机模拟技术,进行工艺和模具的优化设计,从而节省试验费用,缩短工艺和模具设计周期。由上可以看出,将CAE应用于注塑过程分析具有积极的意义。1.4本论文研究内容本文主要介绍了注塑模CAE软件Moldflow在注塑模具设计中的应用并应用它进行的注塑过程充填模拟,在模拟过程中分析了各种注塑工艺参数如压力、温度、时间等,以及塑件几何形状对熔体流动性的影响。在应用实例中以Moldflow作为工具,以ABS塑料为例,模拟了不同塑件尺寸的单点浇口模具的流动过程,得到了热流道与普通浇注系统下ABS的流程,并以此作为选用热流道的依据。本论文共分七章。第一章,绪论,主要介绍了当前注塑模具国内外的发展情况以及注塑模拟分析软件在模具制造中的应用:第二章,模具及热流道模具介绍,主要介绍模具的基本结构及热流道模具的特点以及当前国内外的应用情况:第三章,注塑成型CAE技术和Moldflow注塑模辅助分析系统,主要介绍了注塑成型CAE技术的应用、在模具设计中的显著作用以及商品化注塑模CAE软件Moldflow的主要模块及在模具设计中的作用:第四章,属地化塑料材料库的建立,主要通过Moldflow系统内部的材料管理模块,建立了一个属地化的塑料材料库,为以后建立该软件下的国内塑料材料库作准备;第五章,影响塑件流动性的工艺参数分析,本章主要分析了各种注塑工艺参数如压力、温度、时间以及塑件几何形状等对塑料熔体流动性的影响并简单验证了Moldflow系统的仿真性;第六章,分析普通浇注系统模具中聚合物材料的流程,并以此分析参数来模拟优化热流道模具的ABS材料的流程。第七章,总结与展望。第二章注塑模具及热流道2.1注射成型原理和工艺过程注射成型是将塑料颗粒定量地加入到注射机的料筒内,通过料筒的传热,以及螺杆转动时产生的剪切摩擦作用使塑料逐步熔化呈流动状态,然后在柱塞或螺杆的推挤下,熔融塑料以高压和较快的速度通过喷嘴注入到较低的闭合模具的型腔中。由于模具的冷却作用,使模腔内的熔融塑料逐渐凝固并定型,最后开模取出塑件。上述过程可归纳为:[41加料—塑料熔融—注射—冷却定型—塑件脱模2.2注塑模具的结构注射模具的结构是由塑件的复杂程度和注塑机的形式等因素决定的,凡是注射模均可分为动模和定模两大部分。注射时动模与定模闭合构成型腔和浇注系统,开模时动模与定模分离,取出塑件。定模安装在注塑机固定模板上,而动模则安装在注射机的移动模板上。推出机构动模中间板定模塑件浇注系统图2-1所示为注塑模具的简单结构及开模情况。[51注射模的总体功能结构分为:成形零部件—是注射模的核心部分,包括凹模、凸模和型芯,这些零件直接与塑料接触并做出塑件的形状。161浇注系统—将注射机喷嘴过来的熔融塑料过渡到型腔中,起了输送管道的作用。导向机构—起到三个作用,一是保证动模和定模在合模时准确对合,避免模具中其它零部件发生碰撞和干涉,即导向作用;二是先导向后合模,保证塑件形状和尺寸的精确度,即定位作用:三是承受侧压力。[71分型抽芯机构—当塑件侧壁带有通孔、凹穴、凸台等,阻碍成型后的塑件从模内脱出时,必须将这些成型零件做成活动型芯,带有活动型芯的机构就是分型抽芯机构。181脱模机构—将模腔中定型后的塑件从模具中脱落并取出的部件。温度调节系统—控制模具的温度,使熔溶塑料在充满模腔后迅速可靠定型。排溢、排气系统—充模时,排除溶料进入后模腔中多余的气体或料流末端冷料等;开模时,引入气体,有利于塑件从模腔中脱出。模架—是注射模的骨架和基体,模具的每一部分都要寄生于其中,通过它将模具的各个部分有机地联系在一起。并与注射机相连接。2.3浇注系统的作用浇注系统的作用是,将来自注塑机喷嘴的熔融塑料输送到各型腔中。浇注系统的形状和尺寸将对熔融塑料的充填产生很大的影响。浇注系统设计好,熔融塑料就能顺利地充满型腔;浇注系统设计不合理,则会出现型腔充填不满或塑件外观质量差、尺寸精度低等缺陷。101对浇注系统设计的具体要求是:<1>对模腔的填充迅速有序:<2>可同时充满各个型腔;<3>对热量和压力损失较小;<4>尽可能消耗较少的塑料;<5>能够使型腔顺利排气:C6>浇注系统凝料容易与塑料分离或切除;C7>不会使冷料进入型腔;<8>浇口痕迹对塑件外观影响很小;2.4浇注系统的组成浇注系统一般都由四部分组成:<一>主流道是连接注塑机喷嘴与分流道的一段料道,是模具进料的入口,将塑料熔体从喷嘴引入到模具内腔。<二>分流道英文名称是runner,原意是滑道、流道、流槽等,是主流道与浇口的一段料流通道,用于一模多腔和一腔多浇口时<例如对于较大塑件或形状复杂的塑件>,将从主流道的熔体分配至各型腔或同一型腔的各处,起着对熔体的分流转向作用.单腔模具采用单浇口时,绝大多数不设分流道。按一个模具中型腔数量和分布情况,分流道可以只有一级,也可以有多级,如二级分流道、三级分流道或更多级。<三>浇口浇口是由分流道通向<或主流道直接通向>型腔的一小段流道,是进入型腔的门户,英文为gate,原意是门口、闸门、隘口等。浇口是浇注系统中长度最短、断面最小的一段,但却是最重要的部分。浇注系统设计的成败,很大程度上取决于浇口的设计。<四>冷料井冷料井一般位于主流道末端分型面的动模一侧,熔体流程较长的多级分流道多腔模具,各级分流道未端都应设置冷料井,冷料井的作用是捕集熔体流动的前锋冷料,避免冷料进入型腔对塑件造成不利影响。有时,对于型腔最后充满处,为避免形成强度不良的熔接缝,也在型腔之外相应处设置冷料井。2.5热流道注射模特点热流道注射模与一般注射模的主要区别是注射成型过程中浇注系统内的塑料不凝固,也不随塑件脱模,所以这种模具又称无料把模具。在美国热流道模具己实现标准化,目前生产的注射模中,有40%左右为热流道模具,而在生产盖、罩、容器及外壳等的模具中,有80%采用热流道模具。在我国,热流道模具还处于研制推广应用阶段。热流道模具的特点:<1>在整个生产过程中,浇注系统内的塑料始终处于熔融状态,流道畅通无阻,压力损失小,这样就可以实现多点浇口,多腔模具及大型塑件的低压注射。基于同样理由,还有利于压力传递,从而克服因补料不足而产生的收缩凹痕,提高了产品质量。<2>没有流道凝料粉碎问题。这样就节约了塑料原材料、人力或企业管理一般费用。[III<3>省去去除浇口,修整塑件,破碎及回收废料等工序,节省人力,简化设备,缩短成型周期,从而大大提高了生产率,且利于实现自动化生产,降低了成本。<4>在采用全液压式注射机生产时,由于没有浇注系统凝料,模具的开模距离和合模行程可以缩短,从而缩短成型周期,并提高了设备对于深腔塑件的适应能力。<5>温控系统要求严格,需要用专门的模具温控装置,模具成本较高,不是对所有塑料都适用,也不适合于小批量生产的塑件。<6>热流道注射模具所用的注射机与一般热塑性注射模具所用注射机相同。由于采用热流道技术的模具可提高制作的生产率和质量,并能大幅度节省制作的原材料和节约能源,所以广泛应用这项技术是塑料模具的一大变革。2.6我国应用热流道注射模的情况在我国,热流道模具目前还处于研制推广阶段。国外热流道模具已有一半用上了热流道技术,有的厂甚至己达so%以上,效果十分明显。国内近几年已开始推广应用,但总体还达不到1o%o,个别企业达到zo%o-3o%a。从已有的研究成果来看,基本上局限于热流道模具的结构,而热流道对注塑充填、塑件质量等方面的作用效果的研究大多是定性的、经验性的,只是凭感觉确定某一模具应该使用热流道,如何选用热流道还没有定量的分析。第三章注塑成型CAE技术和Moldflow注塑模辅助分析系统3.1概述模具是生产各种工业产品的重要工艺装备,随着塑料工业的迅速发展以及塑料制品在航空、航天、电子、机械、船舶和汽车等工业部门的推广应用,产品对模具的要求越来越高,传统的模具设计方法己无法适应产品更新换代和提高质量的要求。计算机辅助工程〔CAE>技术已成为塑料产品开发、模具设计及产品加工中最有效的手段。同传统的模具设计相比,CAE技术无论在提高生产率、保证产品质量,还是在降低成本、减轻劳动强度等方面,都具有重要作用。3.2CA〔技术的应用利用CAE技术可以在模具加工前,在计算机上对整个注塑成型过程进行模拟分析,准确预测熔体的填充、保压、冷却情况,以及制品中的应力分布、分子和纤维取向分布、制品的收缩和翘曲变形等情况,以便设计者能尽早发现问题,及时修改制件和模具设计,而不是等到试模以后再返修模具。这不仅是对传统模具设计方法的一次突破,而且对减少甚至避免模具返修报废、提高制品质量和降低成本等,都有着重大的技术经济意义。塑料模具的设计不但要采用CAD技术,而且还采用CAE技术。这是发展的必然趋势。Ozl注塑成型分两个阶段,即开发/设计阶段<包括产品设计、模具设计和模具制造>和生产阶段〔包括购买材料、试模和成型>。传统的注塑成型方法基本步骤如图3一1所示,图3-2为基于CAE的模具设计流程.传统的注塑方法是在正式生产前,由于设计人员凭经验与直觉设计模具,模具装配完毕后,通常需要几次试模,发现问题后,不仅需要重新设置工艺参数,甚至还需要修改塑料制品和模具设计,这势必增加生产成本,延长产品开发周期。采用CAE技术,可以完全代替试模,CAE技术提供了从制品设计到生产的完整解决方案,在模冷却管路的布局和工作条件,从而产生均匀的冷却,并由此缩短成型周期,减少产品成型后的内应力。<5>减小反修成本提高模具一次试模成功的可能性是CAE分析的一大优点。如反复地试模、修模势必要耗损大量的时间和金钱。此外,未经反复修改的模具,其寿命也较长。3.优化注塑工艺参数由于经验的局限性,工程技术人员很难精确地设置制品最合理的加工参数,选择合适的塑料材料和确定最优的工艺方案。CAE技术可以帮助工程技术人员确定最佳的注射压力、锁模力、模具温度、熔体温度、注射时间、保压压力和保压时间、冷却时间等,以注塑出最佳的塑料制品。注塑者可望在制件成本、质量和可加工性方面得到CAE技术的帮助。<1>更加宽广更加稳定的加工"裕度"流动分析对熔体温度、模具温度和注射速度等主要注塑加工参数提出一个目标趋势,通过流动分析,注塑者便可估定各个加工参数的正确值,并确定其变动范围。会同模具设计者一起,他们可以结合使用最经济的加工设备,设定最佳的模具方案。<2>减小塑件应力和翘曲选择最好的加工参数使塑件残余应力最小。残余应力通常使塑件在成型后出现翘曲变形,甚至发生失效。<3>省料和减少过量充模流道和型腔的设计采用平衡流动,有助于减少材料的使用和消除因局部过量注射所造成的翘曲变形。<4>最小的浇注系统尺寸和回用料成本流动分析有助于选定最佳的浇注系统尺寸。以减少浇注系统部分塑料的冷却时间,从而缩短整个注射成型的周期,以及减少变成回收料或者废料的浇注系统部分塑料的体积。3.3Moldflow软件系统常用模块功能介绍Moldflow公司是专业从事注塑成型CAE软件和咨询公司,自1976年发行了世界上第一套流动分析软件以来,一直主导塑料成型CAE软件市场。近几年,在汽车、家电、电子通讯、化工和日用品等领域得到了广泛应用。它具体有以下功能。1.MF/Flow流动分析[131MF/Flow分析聚合物在模具中的流动,并且优化模腔的布局、材料的选择、填充和保压的工艺参数。可以在产品允许的强度范围内和合理的充模情况下减少模腔的壁厚,把熔接线和气穴定位于结构和外观上允许的位置上,并且定义一个较宽的工艺条件。本文主要用到此模块。2.MF/Cool冷却分析MF/Cool分析冷却系统对流动过程的影响,优化冷却管路的布局和工作条件。MF/Cool和MF/Flow相结合,可以得到十分完美的动态的注塑过程分析。这样可以改善冷却管路的设计,从而产生均匀的冷却,并由此缩短成型周期,减少产品成型后的内应力。3.MF/Warp翘曲分析MF/Warp分析整个塑件的翘曲变形<包括线性、线性弯曲和非线性>,同时指出产生翘曲的主要原因以及相应的补救措施。MF/Warp能在一般的工作环境中,考虑到注塑机的大小、材料特性、环境因素和冷却参数的影响,预测并减小翘曲变形。4.MF/Stress结构应力分析MF/Stress分析塑料产品在受外界载荷的情况下的机械性能,根据注塑工艺条件,优化塑料制品的刚度和强度。MF/Stress预测在外载荷和温度作用下所产生的应力和位移。对于纤维增强塑料,MF/Stress根据流动分析和塑料的种类的物性数据来确定材料的机械特性,用于结构应力分析。5.MF/Shrink模腔尺寸确定MF/Shrink可以通过聚合物的收缩数据和流动分析结果来确定模腔尺寸大小。使用MF/Shrink,可以在较宽的成型条件下以及紧凑的尺寸公差范围内,使得模腔的尺寸可以更准确地同产品的尺寸相匹配,使得模腔修补加工以及模具投入生产的时间大大缩短,并且大大改善了产品组装时的相互配合,进一步减少废品率和提高产品质量。6.MF/Optime注塑机参数优化MF/Optime根据给定的模具、注塑机和注塑材料等参数以及流动分析结果自动产生控制注塑机的填充保压曲线。用于对注塑机参数的设置,从而免除了第三章注塑成型CAE技术Moldflow注塑模辅助分析系统在试模时对注塑机参数的反复调试。MF/Optime采用用户给定或确定的质量控制标准有效的控制产品的尺寸精度、表面缺陷以及翘曲。7.MF/Gas气体辅助注塑MF/Gas模拟气体辅助注射成型过程,对整个成型过程进行优化。MF/Flow和MF/Gas祸合求解,完成聚合物注射阶段的分析。此时熔体可以部分或全部充满型腔。注射成型过程的工艺条件、流道和模腔的流动平衡以及材料的选择等可以从中得到优化组合。8.MF/Fiber塑件纤维取向分析塑件纤维取向对采用纤维化塑料的塑件的性能<如拉伸强度>有重要影响。MF/Fiber使用一系列集成的分析工具来优化和预测整个注塑过程的纤维取向,使其趋于合理,从而有效地提高该类塑件的性能。9.MF/Tsets热固性塑料的流动和融合分析热固性塑料具有低热传导率和低粘度的优点因而被广泛应用。MF/Tsets可以对热固性塑料的流动和融合等复杂过程进行模拟,从而减少表面缺陷,保证材料的热传导和融合,控制塑料在型腔中的流动。这里利用建立的几个模型在Moldflow软件中的充填模拟,来分析诸如压力、温度、时间及塑件几何形状等工艺参数对塑料熔体流动性的影响。第五章影响塑件流动性的工艺参数分析5.1分析模型的建立为了利用Moldflow进行塑件流动工艺分析,需建立了一个分析模型,此分析模型设计成长条形,壁厚为Imm,长度为200mm,宽度为lOmm,这比较符合塑料熔体在塑件中的流动方式,壁厚设为lmm有利于后面进行分析。其方式:首先进入Moldflow的造型工具Modeller中,建立文件名为K10,在该文件中分别建立四个矩形点<0,0,0>,<200,0,0>,<200,10,0>,<0,10,0>,利用这四个轮廓点建立一个面,给该面分配厚度为lmm.造型后就要进行有限元网格的划分,一般要求网格单元的大小为厚度的2-3倍,在此定为2.5mm,然后系统就会自动完成三角形有限单元的网格划分,划分完成后还要进行适当的修补。图5-1为建立的模型。第五章影响塑件流动性的工艺参数分析qe-/<2L>/,;。><.R7>同样有Q=<二R'AP>/<8q.L><5-8>或△P=<8q,LQ>/<二R'><5-9>对于模具中常见的窄缝形流动通道经推导有:Q=/<12q.L><5-10>或△P=<12q,LQ>/<5-11>式中W一窄缝形流道之宽h—窄缝形流道之深虽然塑料在注射模的流道和型腔内的流动情况比较复杂,不但温度有变化,流动通道的断面尺寸和形状各段亦各不相同,但上述原则和公式仍有助于分析和解决一些问题。5.2.2温度对流动性的影响注射成型过程需控制的温度有料筒温度、喷嘴温度和模具温度等。前二种温度主要影响塑料的塑化和流动:而后一种温度主要是影响塑料的流动和冷却。<1>料筒温度:料筒温度的选择与各种塑料的特性有关。每一种塑料都具有不同的粘流态温度Tr<对结晶型塑料即为熔点T.>为了保证塑料熔体的正常流动,不使物料发生热降解,料筒最合适的温度范围应在粘流态温度T,和热分解温度T。之间。料筒温度过高,时间过长<即使是温度不十分高的情况下>时,塑料的热氧化降解量就会变大。因此,对热敏性塑料,如聚甲醛、聚三氟氯乙烯、硬聚氯乙烯等,除需严格控制料筒最高温度外,还应控制塑料在加料筒中停留的时间。同一种塑料,由于来源和牌号不同,其平均相对分子质量和相对分子质量分布亦不同,则其粘流态温度及热分解温度是有差别的。为了获得适宜的流动性,对于平均相对分子质量高、分布较窄的塑料,因其熔融温度一般都偏高,应适当提高料筒温度。玻璃纤维增强的热塑性塑料,随着其含量的增加,熔体第五章影响塑件流动性的工艺参数分析的流动性降低,因此要相应地提高料筒温度。柱塞式和螺杆式注射机由于其塑化过程不同,因而选择料筒温度也不同。通常后者选择的温度应低一些<一般约比柱塞式的低l0--zo0c>o选择料筒温度还应结合塑件及模具的结构特点。由于薄壁塑件的型腔比较狭窄,熔体注入的阻力大,冷却快,因而,为了顺利充型,料筒温度应选择高一些:相反,注射厚壁塑件时,料筒温度可降低一些。对于形状复杂及带有嵌件的塑件,或者熔体充模流程曲折较多或较长时,料筒温度也应该选择高一些。料筒温度的分布,一般是从料斗一侧<后端>起至喷嘴处<前端>止逐步升高的,以使塑料温度平稳地上升以达到均匀塑化的目的。但当原料含湿量偏高时,也可适当提高后端温度。由于螺杆注射机的剪切摩擦热有助于塑化,因而料筒前段的温度应略低于中段,以便防止塑料的过热分解。喷嘴温度:喷嘴温度通常略低于料筒最高温度,主要是为防止直通式喷嘴可能产生的流涎现象。喷嘴温度的降低可通过塑料熔体在此受剪切作用产生的热量得到部分补偿。剪切热引起的熔体温升与喷嘴直径和注射压力有关。但喷嘴温度也不能太低,否则容易造成熔料的早凝堵塞喷嘴,或凝料注入模腔影响制品质量。U6>料简和喷嘴温度的选择不是孤立的,与其他工艺条件存有一定关系。例如选用较低的注射压力时,为保证塑料流动,应适当提高料筒温度;反之,料筒温度偏低就需要较高的注射压力。由于影响因素很多,一般都在成型前通过"对空注射法"或"塑件的直观分析法"进行调整,以便从中确定最佳的料筒和喷嘴温度。<3>模具温度:模具温度对塑料熔体的充型能力及塑件的内在性能和外观质量影响很大。模具温度的高低决定于塑料结晶性的有无、塑件的尺寸和结构、性能要求以及其他工艺条件<熔料温度、注射速度及注射压力、模塑周期等>。模具温度通常是由通入定温的冷却介质来控制的,也有靠熔料注入模具自然升温和自然散热达到平衡而保持一定的模温。在特殊情况下,也有采用电阻加热圈和加热棒对模具加热等。不管采用什么方法使模具保持定温,对于热塑性塑料熔体来说都是冷却,保持的定温都低于塑料的玻璃化温度T:或工业上常用的热变形温度,这样才能使塑料成V和脱樟。无定形塑料熔体注入模腔后,随着温度的不断降低而固化,但并不发生相变。模温主要影响熔料的粘度。也就是充型速率。如果充型顺利,采用低模温是可取的。因为这样可以缩短冷却时间,从而提高生产效率。因此对于熔融粘度较低或中等的无定型塑料<如聚苯乙烯、醋酸纤维素等>,模具的温度常偏低:反之,对于熔融粘度高的塑料<如聚碳酸酷、聚苯醚、聚矾等>,则必须采取较高的模温<聚碳酸酷为90--120`C,聚苯醚为110-1301C,聚矾为130-1501C>.不过应该说明的是,对于软化点较高的塑料,提高模温可以调整塑件的冷却速率使其均匀一致,以防因温差过大而产生凹痕、内应力和裂纹等缺陷.结晶性塑料注入模腔后,当温度降低到熔点以下即开始结晶。结晶的速率受冷却速率的控制,而冷却速率是由模具温度控制的,因而模具温度直接影响到塑件的结晶度和结晶构型。模具的温度高时,冷却速率小,但结晶速率可能大,因为一般塑料最大结晶速率的温度都在熔点下的高温一边;其次,模具温度高时还有利于分子的松弛过程,分子取向效应小,这种条件仅适于结晶速率很小的塑料,如聚对苯二甲酸乙二酷等,在实际注射中很少采用,因为模温高也会延长成型周期和使塑件发脆。模具温度适当时,冷却速度适宜,塑料分子的结晶和定向也都适中的,这是通常用得最多的条件。模具温度低时,冷却速率大,熔体的流动与结晶同时进行,但熔体在结晶温度区间停留时间缩短。此外,模具的结构和注射条件也会影响冷却速率,例如提高料筒温度和增加塑件厚度都会使冷却速率发生变化,对高压聚乙烯可达2%--3%,低压聚乙烯可达10%,聚酞胺可达40%。即使是同一塑件,其中各部分的密度也可能是不相同的,这说明各部分的结晶度不一样。造成这种现象的主要原因是熔料各部分在模内的冷却速率差别太大。本文在此主要就模具温度对流动性的影响作一下分析。看在其它工艺参数<压力,时间等>不变的情况下,模具温度对流动性的影响。将注射时间设为is,选用ABS<聚合物的一种>作为注射材料,并选定注射压力为80MPa,观察在不同模具温度下材料的流动长度。模具温度范围设为30-1000C,每10℃一个等级。表5一1为对模型K10进行充填所得的结果.表5一1模具温度与流程模具温度<℃>30405060708090100流动长度7576.880838693:98108建劝长度‘.>l0090807030406070一共扭崖《劝图5-2模具温度与流程关系图结论:ABS塑料熔体的流动长度随着模具温度升高而加长。这主要是因为:由公式5-10可知L=/<12Qq.><5一12>即流动长度L与塑料熔体的表观粘度n。成反比,而温度与液体表观粘度的关系可由下式表示Ila=Rne0<5一13>其中几一液体在温度为0时的表观粘度;no一某一基准温度0。时的表观粘度;。—常数,由实验测得。第五章影响塑件流动性的工艺参数分析随着模具温度的升高,塑料熔体在进入型腔后的热量损失减少,使得熔体温度e相应增高,则其表观粘度R。相应降低,由公式5-12可知塑料熔体的流动长度L变长。由上可知,提高模具温度是改善塑料熔体流动性的方法之一。5.2.3压力对流动性的影响注射模塑过程中的压力包括塑化压力和注射压力两种,它们直接影响塑料的塑化和塑件质量。<1>塑化压力:塑化压力又称背压,是指采用螺杆式注射机时,螺杆头部熔料在螺杆转动后退时所受到的压力。这种压力的大小是可以通过液压系统中的溢流阀来调整的.注射中,塑化压力的大小是随螺杆的设计、塑件质量的要求以及塑料的种类等的不同而异的。如果这些情况和螺杆的转速都不变,则增加塑化压力时即会提高熔体的温度,并使熔体的温度均匀、色料的混合均匀并排出熔体中的气体。但增加塑化压力会降低塑化速率、延长成型周期,甚至可能导致塑料的降解。一般操作中,塑化压力应在保证塑件质量的前提下越低越好,其具体数值是随所用塑料的品种而异的,但通常很少超过6Mpa。注射聚甲醛时,较高的塑化压力<也就是较高的熔体温度>会使塑件的表面质量提高,但也可能使塑料变色、塑化速率降低和流动性下降。对聚酞胺来说,塑化压力必须降低,否则塑化速率将很快降低,这是因为螺杆中逆流和漏流增加的缘故。如需增加料温,则应采用提高料筒温度的方法。聚乙烯的热稳定性较高,提高塑化压力不会有降解的危险,这有利于混料和混色,不过塑化速率会降低。<2>注射压力:注射机的注射压力是指柱塞或螺杆头部对塑料熔体所施加的压力。在注射机上常用表压指示注射压力的大小,一般在40--130Mpa之间。其作用是克服塑料熔体从料筒流向型腔的流动阻力,给予熔体一定的充型速率以及对模腔熔体进行压实等。注射压力的大小与塑料品种、制件结构特点<形状复杂程度、壁厚、尺寸大小>、注射机类型、喷嘴形式和模具的结构等因素有关。就模具流道几何尺寸、塑料的摩擦系数和熔融粘度而言,对塑料流动阻力大小的影响最大。当注射压第五章影响塑件流动性的工艺参数分析图5-3注射压力与流程关系图结论:在注塑过程中,随着注射压力的升高塑料熔体的流动长度随之加长。同样由公式5-12可知,随着注射压力的提高,塑料熔体在整个流程上的压力降△P增大,在其它条件不变的情况下,流动长度L也随之加长。但是注射压力增大会使塑件的残余应力加大,所以在一定范围内,可以通过提升注射压力的方式来提高塑料熔体的流动性。5.2.4时间对流动性的影响完成一次注射成型过程所需的时间称成型周期,它包括以下各部分:充模时间保压时间<柱塞或螺杆前进时间><柱塞或螺杆停留在前进位置的时间>成型周期总冷却时间模内冷却时间<柱塞后撤或螺杆转动后退的时间均在其中>其他时间〔指开模、脱模、喷涂脱模剂、安放嵌件和合模等时间>第五章影响塑件流动性的工艺参数分析成型周期直接影响到劳动生产率和注射机使用率,因此在生产中,在保证质量的前提下,应尽量缩短成型周期中各个阶段的有关时间.在整个成型周期中,以注射时间和冷却时间最重要,他们对塑件的质量均有决定性的影响。注射时间中的充模时间与充模速率成反比。在生产中,充模时间一般为3-5S.注射时间中的保压时间就是对型腔内的塑料的压实时间,在整个注射时间内所占的比例较大,一般为20-25S<特厚塑件可高达5-10min>。在浇口处熔料冻结之前,保压时间的多少,对塑件密度和尺寸精度有影响,若在此以后则无影响。这在前面都己有所说明。保压时间的长短不仅与塑件的结构尺寸有关,而且与料温、模温以及主流道和浇口的大小有关。如果主流道和浇口的尺寸合理、工艺条件正常,通常以塑件收缩率波动范围最小的压实时间为最佳值。冷却时间主要决定于塑件的厚度、塑件的热性能和结晶性能以及模具温度等。冷却时间的长短应以脱模时塑件不引起变形为原则。冷却时间过长,不仅延长生产周期,降低生产效率,对复杂塑件还将造成脱模困难。成型周期中的其他时间则与生产过程是否连续化和自动化以及两化的程度有关。在此分析一下充模时间对塑件流动性的影响。同样,其它参数均保持不变,注射材料为ABS,注射压力设为80MPa,模具温度设为600C,注射时间从ls-6s。表5-3为不同充模时间下塑料熔体的流动长度。表5-3充模时间与流程充模时间123456流动长度887871636858第五章影响塑件流动性的工艺参数分析流动长度血口>1234S6注射时间协>图5-4注射时间与流程关系图结论:随着注射时间的延长,塑料熔体的流动长度缩短.此结果可以通过两个方面进行解释,第一、由于注射时间的延长,相同注射量的熔体在模腔中流动的时间变长,熔体通过模腔壁损失的热量变多,由公式5-13可知熔体的表观粘度加大,故流动长度变小;第二、由于注射时间变长,注射速度减小,熔体各层之间的剪切速率减小,导致粘度加大,最终使得流动长度减小。所以,在改善塑料熔体的充填性时,应尽量减小充填时间,这样也可显著提高生产效率。5.3塑件几何形状对流动性的影响现实生活中塑料件的几何形状复杂繁多,各式各样都有,但它们也有共性。第六章普通浇注系统模具中聚合物材料的流动长度6.1塑件模型建立为了确定在实际生产过程中聚合物的流动长度,须将塑件模型放在实际的生产环境中。通常,根据塑件形状大小来确定模架的大小,在此以单腔单浇口模具来进行研究,所以更是直接由塑件尺寸大小来选取模架。模架的规格国家早就有了标准,可以根据模架规格大小来确定塑件模型尺寸,根据国家标准,选取了由小到大17个模架型号,各个模架的有效工作面积就是要确定的塑件模型尺寸。1171[181由前面的内容可知,塑件的几何形状对塑料的流动长度影响不大,所以不妨确定塑件模型投影尺寸为正方形,那么在分析实际的塑件时,用塑件的长边与模型的边长作比较,就可将该塑件套用在相应的规格内。塑件模型高度稍微取长一些,以保证在模拟充填时不完全充满,这样可以使流动长度测量较为准确。塑件模型尺寸较小时的厚度取为lmm,中型塑件模型取1.5mm,大型塑件取3mm,这是因为随着塑件尺寸的增大,如果壁厚不增大的话,塑件的强度就不能满足要求.具体塑件模型尺寸见表6-1。表6-1塑件模型尺寸热流道代号普通流道代号模架型号塑件模型尺寸6.2浇注系统尺寸的确定在对模具中聚合物流动的研究中,必须考虑浇注系统的影响。由于浇注系统的存在,造成了聚合物流动过程中的温度和压力损失,所以我们在研究聚合物流动时,必须考虑浇注系统的尺寸。浇注系统包括主流道、分流道、浇口和冷料井,而在此是单点浇口的注射成型,所以无冷料井,而且分流道确定的尺寸都很小。6.2.1浇注系统长度的确定由于选用的是点浇口的标准模架,国家标准已给出了模具中各个模板的厚度,所以根据模架型号就可确定流道长度。例如,模架型号为DA2020,则该模架放置主流道的模板厚度为40mm,放置分流道的模板厚度为35mm。具体各模型流道长度见表6一3.6.2.2浇注系统截面尺寸的确定多种热塑性塑料熔体的流变行为实验表明,在剪切速率;-1018-‘范围内,熔第六章普通浇注系统模具中聚合物材料的流动长度6.2浇注系统尺寸的确定在对模具中聚合物流动的研究中,必须考虑浇注系统的影响。由于浇注系统的存在,造成了聚合物流动过程中的温度和压力损失,所以我们在研究聚合物流动时,必须考虑浇注系统的尺寸。浇注系统包括主流道、分流道、浇口和冷料井,而在此是单点浇口的注射成型,所以无冷料井,而且分流道确定的尺寸都很小。6.2.1浇注系统长度的确定由于选用的是点浇口的标准模架,国家标准已给出了模具中各个模板的厚度,所以根据模架型号就可确定流道长度。例如,模架型号为DA2020,则该模架放置主流道的模板厚度为40mm,放置分流道的模板厚度为35mm。具体各模型流道长度见表6一3.6.2.2浇注系统截面尺寸的确定多种热塑性塑料熔体的流变行为实验表明,在剪切速率;-1018-‘范围内,熔第六章普通浇注系统模具中聚合物材料的流动长度体的分子量、温度、剪切速率、剪切应力等对其粘度与松弛性质无甚影响。若使注塑过程在此剪切速率范围内进行,则制品的内应力和各向异性的力学性能均为最小。这种剪切速率不仅能满足多种热塑性塑料以足够的体积流率进行成型加工,而且还可保证充模过程处于等温状态。有人选取了30多副在工业上使用较为合理的注塑模,根据所使用注塑机的技术规格,作了数种塑料熔体的充模计算。结果表明,主流道和分流道的剪切速率Y=5X102-5X103s1,浇口的剪切速率;=5X1了S1,且在此场合熔体接近于等温流动。由此可知,对一般热塑性塑料或大多数聚合物的成型加工而言,上述剪切速率可作为设计模具浇注系统的依据。[191热塑性塑料在加工过程中,皆呈现出非牛顿型流体行为。在计算中可使用统一的经验公式,即R}=<3.3Q/yn>V3<6一1>此式表征剪切速率Y、体积流率Q和流道截面当量半径R}三者间的相互关系。根据现有注塑机的生产能力,我们可按下面步骤计算模型的浇注系统截面尺寸。<1>计算体积流率Q根据所选用注塑机技术规范及塑件模型体积,按下式求出熔体的体积流率:Q=Qe/9<6一2>式中QP一塑件体积,<这里取0.7Q_,cm3>Q。一一注塑机公称注塑量,cm,e一一注射时间,可由下表6-2查得表6-2注射机注射量与注射时间的关系公称注射量Qn/Cm3注射时间0/s公称注射量Qn/Cm3注射时间e/S<2>确定恰当的剪切速率如前所述,在浇注系统各环节中主流道夕=5X10'S-1;分流道笋=5X10's-`浇口夕=5X10's-';<3>求当量半径R_先求出塑件模型的体积Qp,然后再确定出所需注射机的公称注射量Qn,这样由上表就可得到相应的注射时间0,由上述公式6-2即可得到该塑件模型的体积流率,再由公式6-1和相应的剪切速率就可计算出当量半径凡。表6-3即为计算所得数据。例如,表6-3中代号为All的塑件模型体积Q,=631.8mm3,那么Qn按表6-2应取1000,对应的注射时间0=3.2秒,则体积流率Q=631.8/3.2=197.438mm's-,将Q值和剪切速率值代入公式6-1,可计算出R_=3.5-7.5mm,R&o=1.3mmo表6-3模型与各有关尺寸模型代号公称注射量Qn<-3>注射时间0体积流率Q浇道长度mm当量半径mm点浇口尺寸mm6.3模型分析及填充模拟确定了模型的尺寸后,进行充填模拟分析,为了方便,对模型进行
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