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      16穴熱流道結構設計和計算
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      時間: 2018-08-29 09:40 瀏覽量: 412

      熱流道設計pan style="font-size: 18px;">--16腔注塑模的流道系統的平衡設計:以相等的流徑長度來設計流道系統,給予幾何參量的平衡,稱為自然平衡,見圖 7-5 所示。從主流道噴嘴到各噴嘴的流動距離相等。只要對稱布置的對應分流道的圓截面的半徑相同,就可以實現各出膠口/澆口熱嘴的平衡澆注。

      以各注射點有相同的壓力降來設計熱流道系統結構。對不同的流徑長度給以流道截面的補償,提供經流變學原理計算的平衡,稱為流變學平衡,見圖 7-11 所示。從熱流道主射嘴到各出膠口/澆口熱嘴的流動距離不相同。不同的流程壓力會造成各注射點的熔體充模壓力的差異。但經流變平衡計算,調節各分支流道的半徑,也可以達到各出膠口/澆口熱嘴的平衡澆注。

      1. 雙層16型腔的4×2×2流道自然平衡設計

      高 23mm 外徑 52mm 的 HDPE 有內螺紋蓋帽,制件有 5.7g 。蓋帽面積較大,16件筒套塑件成方陣排列,以 4×2×2 分叉布局流道。已確定用16個針尖側孔噴嘴。熱嘴流道直徑 5mm,針尖澆口直徑 1.0mm 。流變學設計的流道布局和直徑計算結果如圖 7-5 所示。圖 7-6 所示此種布局的最大特點是雙層,共有五塊流道板組裝,剛性差。分流板/流道板表面結構面積和高度大,散熱面大。

      熱流道設計

      圖7-5    雙層 16 型腔的 4×2×2 流道設計

      1)計算注入流道系統的體積流率

      查表 2-7,HDPE塑料熔體的密度:

        =0.727g/cm3。

      每個制件的熔體體積計算:

       vi=G i /=5.7 /0.727 =7.84 cm3。

      每次注射塑料熔體體積計算:

        cm3。

      查表 5-3,螺桿推進的注射充模時間:

       t=1.6s。

      主流道噴嘴的體積流率計算:

        。

      第 3 分流道的體積流率計算:

        。

      第 1 和第 2 分流道的體積流率計算:

        。 

      2)計算各分流道和主流道噴嘴的直徑

           查表 3-2,在 230.7℃ 時流動速率 MFR=9g/10min 的 HDPE 塑料熔體,在剪切速率 102~103s-1 時,稠度 K'=K=4663Pa?s=0.4663N?s /cm2,流動指數 n=0.434。

            用式 (3-21) 以分流道合理的剪切速率 500s-1 和此時 n=0.434 代入。第 1 分流道直徑計算 

            用式 (3-21) 以 代入,其它參數同上。第 2 和第 3 分流道直徑見表 7-3 。第 2 分流道直徑 d3=6.4mm。第 3 分流道直徑 d3=5.1mm,與噴嘴流道直徑 5mm,銜接良好。

            查表 3-2,流動速率 MFR=9g/10min 的 HDPE 塑料熔體在剪切速率 103~104s-1 時,稠度 K'=K=9750Pa?s=0.9750N?s/cm2,流動指數 n=0.327 。

            用式 (1-2) 以合理的剪切速率 1400s-1和此時 n=0.327 代入。主流道噴嘴的直徑

      熱流道計算

      3)各分流道的剪切速率和剪切應力

            計算方法見前述的流道結構設計。計算結果見表 7-6,在各級分流道管壁上的剪切速率和剪切應力基本相同。熱流道系統注射充模的塑料熔體是穩定的層流。

      4)各段流道和流道系統的壓力損失

            計算結果見表 7-4,流道系統的壓力損失

      在合理范圍內。

      熱流道系統設計

      熱流道結構

      圖7-6    疊式 16 型腔的 4×2×2 流道板結構

      2. 16 型腔的流變學平衡流道結構設計

            高 22mm 外徑 35mm 的 HDPE 蓋帽,壁厚 1.73mm,有 4.6g 。16件蓋帽塑件直排二行,以 2×2×4 分叉布局流道。已確定用16個導流梭針尖噴嘴。噴嘴流道直徑 5mm,針尖澆口直徑 1.0mm 。流變學設計的流道結構布局和直徑計算結果如圖 7-11 所示。與前圖 7-6 所示 16 腔布局相比,流道板的最大特點是單層整塊。


      熱流道內部結構

       圖7-11    十六型腔的流道的流變平衡設計圖解

      1)計算注入流道系統的體積流率

      查表 2-7,HDPE 塑料熔體的密度計算:

        =0.727g/cm3。

      每個制件的熔體體積計算:

       vi=G i /=4.6 /0.727 =6.33cm3。

      每次注射塑料熔體體積計算:

        cm3。

      查表 5-3,注射充模時間:

       t=1.38s。

      主流道噴嘴的體積流率計算:

        。 

      第 1、2 和 3 分流道的體積流率計算:

        、。 

      2) 確定自然平衡流道的直徑

            查表 3-2,在 230.7℃ 時流動速率 MFR=9g/10min 的 HDPE 塑料熔體,在剪切速率 102~103s-1 時,稠度 K'=K=4663Pa?s=0.4663N?s /cm2,流動指數 n=0.434。

            用式 (3-21) 以分流道合理的剪切速率 500s-1和此時 n=0.434 代入。 的第1分流道直徑 

        

            用式 (1-2) 以 ,其它參數同上。第 2 分流道直徑計算

       

            用式 (7-1),一分為二的分叉流道,分流道直徑d2 = d1×,計算結果與式 (3-21) 相同。因此, 對第 3 分流道直徑 d3 = d2× 。

            查表 3-2,流動速率 MFR=9g/10min 的 HDPE 塑料熔體在剪切速率103~104s-1時,稠度 K'=K=9750Pa?s=0.9750N?s/cm2,流動指數 n=0.327。

            以合理的剪切速率 1400s-1和此時 n=0.327 代入式 (3-21) 。主流道噴嘴的直徑計算

      3) 設計計算非平衡流道的直徑

            流變平衡計算是調整 AB 和 AC 流程的流道的直徑,使熔體輸送流程壓力損失相等。讓 B 和 C 二點的注塑壓力相等,如圖 7-11 所示。 AC 流程在流道板上流道 d4 長度僅 25mm,流變平衡計算調整流道的直徑不現實。故將噴嘴流道長度 64mm 的壓力降計入調整范圍。非標準的噴嘴流道直徑可以加工。先將 AB 流程的流道直徑和噴嘴內徑確定為 d3=6.2mm,

      壓力損失為 4.35MPa 。將 AC 流程的直徑 d4 長度計入噴嘴流道后 L4=89mm。將 AC 流程的流道和噴嘴直徑 d4 逐次調整,壓力降等于 4.34MPa時,直徑 d4=5mm 可實現流變平衡。

      熱流道平衡性計算

      3. 16 型腔單層直排流道的流變平衡設計說明

           ① 本節實例 2×2×4 的最后一級是非平衡的流道布局結構。如圖 7-11 所示,前 2×2 級是平衡布置。其流道設計計算,必須使熔體輸送具有 5×102s-1左右的剪切速率。這樣才能給下游的非平衡的流道的流變平衡,提供流道直徑調整的余地。

            ② 如圖 7-11 和表 7-6 所示,流變平衡是通過流道直徑調整,實現 AB 和 AC 流程的壓力損失相等。另一方面,被調整流道中仍要有 100~1000s-1的剪切速率。輸送熔體的<100s-1是不充許的,非牛頓流體黏度太高,會使流動阻力過大。

            ③ 本例流變平衡計算的 AC 流程在流道板上長度僅 25mm 。實現與 AB 流程的壓力平衡不現實。為此將下游噴嘴流道加入,與流道板流道直徑一起調整。AB 和 AC 流程中包含了兩個長 65mm 的噴嘴流道。因此也確保噴嘴流道中熔體平穩輸送。如果是針閥式噴嘴,也可以與分流道串接在一起實現流變平衡。但調整針閥式噴嘴的環隙流道比較困難,在第 6 章中有所陳述。

           ④ 見圖 7-12 所示,一模十六腔的直排的流變平衡的流道板是單塊一層的,剛性好。與前圖 7-6 所示 16 腔幾何自然平衡布置的流道板相比,流道長度短了,流道板高度壓縮了一半。節省了流道板所用鋼材,裝配方便。減少了散熱面積和加熱器的功率。

      熱流道分流板結構

      圖7-12    單一塊的16型腔2×2×4流道板結構


      編后

            流道系統的平衡設計是“熱流道注射模塑”一書的重要內容之一,見照片。本文摘自該書的第 7 章,陳述流變平衡的設計分析方法。期望熱流道設計人員能掌握這種技術。為便于大家進一步閱讀更詳細內容,本文中的公式、表格和插圖的編號按原書順序,一些差錯也作了改正。


      熱流道模具結構

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