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16穴热流道结构设计和计算
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时间: 2018-08-29 09:40 浏览量: 339

热流道设计pan style="font-size: 18px;">--16腔注塑模的流道系统的平衡设计:以相等的流径长度来设计流道系统,给予几何参量的平衡,称为自然平衡,见图 7-5 所示。从主流道喷嘴到各喷嘴的流动距离相等。只要对称布置的对应分流道的圆截面的半径相同,就可以实现各出胶口/浇口热嘴的平衡浇注。

以各注射点有相同的压力降来设计热流道系统结构。对不同的流径长度给以流道截面的补偿,提供经流变学原理计算的平衡,称为流变学平衡,见图 7-11 所示。从热流道主射嘴到各出胶口/浇口热嘴的流动距离不相同。不同的流程压力会造成各注射点的熔体充模压力的差异。但经流变平衡计算,调节各分支流道的半径,也可以达到各出胶口/浇口热嘴的平衡浇注。

1. 双层16型腔的4×2×2流道自然平衡设计

高 23mm 外径 52mm 的 HDPE 有内螺纹盖帽,制件有 5.7g 。盖帽面积较大,16件筒套塑件成方阵排列,以 4×2×2 分叉布局流道。已确定用16个针尖侧孔喷嘴。热嘴流道直径 5mm,针尖浇口直径 1.0mm 。流变学设计的流道布局和直径计算结果如图 7-5 所示。图 7-6 所示此种布局的最大特点是双层,共有五块流道板组装,刚性差。分流板/流道板表面结构面积和高度大,散热面大。

热流道设计

图7-5    双层 16 型腔的 4×2×2 流道设计

1)计算注入流道系统的体积流率

查表 2-7,HDPE塑料熔体的密度:

  =0.727g/cm3。

每个制件的熔体体积计算:

 vi=G i /=5.7 /0.727 =7.84 cm3。

每次注射塑料熔体体积计算:

  cm3。

查表 5-3,螺杆推进的注射充模时间:

 t=1.6s。

主流道喷嘴的体积流率计算:

 

第 3 分流道的体积流率计算:

 

第 1 和第 2 分流道的体积流率计算:

  。 

2)计算各分流道和主流道喷嘴的直径

     查表 3-2,在 230.7℃ 时流动速率 MFR=9g/10min 的 HDPE 塑料熔体,在剪切速率 102~103s-1 时,稠度 K'=K=4663Pa•s=0.4663N•s /cm²,流动指数 n=0.434。

      用式 (3-21) 以分流道合理的剪切速率 500s-1 和此时 n=0.434 代入。第 1 分流道直径计算 

      用式 (3-21) 以 代入,其它参数同上。第 2 和第 3 分流道直径见表 7-3 。第 2 分流道直径 d3=6.4mm。第 3 分流道直径 d3=5.1mm,与喷嘴流道直径 5mm,衔接良好。

      查表 3-2,流动速率 MFR=9g/10min 的 HDPE 塑料熔体在剪切速率 103~104s-1 时,稠度 K'=K=9750Pa•s=0.9750N•s/cm²,流动指数 n=0.327 。

      用式 (1-2) 以合理的剪切速率 1400s-1和此时 n=0.327 代入。主流道喷嘴的直径

热流道计算

3)各分流道的剪切速率和剪切应力

      计算方法见前述的流道结构设计。计算结果见表 7-6,在各级分流道管壁上的剪切速率和剪切应力基本相同。热流道系统注射充模的塑料熔体是稳定的层流。

4)各段流道和流道系统的压力损失

      计算结果见表 7-4,流道系统的压力损失

在合理范围内。

热流道系统设计

热流道结构

图7-6    叠式 16 型腔的 4×2×2 流道板结构

2. 16 型腔的流变学平衡流道结构设计

      高 22mm 外径 35mm 的 HDPE 盖帽,壁厚 1.73mm,有 4.6g 。16件盖帽塑件直排二行,以 2×2×4 分叉布局流道。已确定用16个导流梭针尖喷嘴。喷嘴流道直径 5mm,针尖浇口直径 1.0mm 。流变学设计的流道结构布局和直径计算结果如图 7-11 所示。与前图 7-6 所示 16 腔布局相比,流道板的最大特点是单层整块。


热流道内部结构

 图7-11    十六型腔的流道的流变平衡设计图解

1)计算注入流道系统的体积流率

查表 2-7,HDPE 塑料熔体的密度计算:

  =0.727g/cm3。

每个制件的熔体体积计算:

 vi=G i /=4.6 /0.727 =6.33cm3。

每次注射塑料熔体体积计算:

  cm3。

查表 5-3,注射充模时间:

 t=1.38s。

主流道喷嘴的体积流率计算:

  。 

第 1、2 和 3 分流道的体积流率计算:

  。 

2) 确定自然平衡流道的直径

      查表 3-2,在 230.7℃ 时流动速率 MFR=9g/10min 的 HDPE 塑料熔体,在剪切速率 102~103s-1 时,稠度 K'=K=4663Pa•s=0.4663N•s /cm2,流动指数 n=0.434。

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

  

      用式 (1-2) 以 ,其它参数同上。第 2 分流道直径计算

 

      用式 (7-1),一分为二的分叉流道,分流道直径d2 = d1×,计算结果与式 (3-21) 相同。因此, 对第 3 分流道直径 d3 = d2×

      查表 3-2,流动速率 MFR=9g/10min 的 HDPE 塑料熔体在剪切速率103~104s-1时,稠度 K'=K=9750Pa•s=0.9750N•s/cm2,流动指数 n=0.327。

      以合理的剪切速率 1400s-1和此时 n=0.327 代入式 (3-21) 。主流道喷嘴的直径计算

3) 设计计算非平衡流道的直径

      流变平衡计算是调整 AB 和 AC 流程的流道的直径,使熔体输送流程压力损失相等。让 B 和 C 二点的注塑压力相等,如图 7-11 所示。 AC 流程在流道板上流道 d4 长度仅 25mm,流变平衡计算调整流道的直径不现实。故将喷嘴流道长度 64mm 的压力降计入调整范围。非标准的喷嘴流道直径可以加工。先将 AB 流程的流道直径和喷嘴内径确定为 d3=6.2mm,

压力损失为 4.35MPa 。将 AC 流程的直径 d4 长度计入喷嘴流道后 L4=89mm。将 AC 流程的流道和喷嘴直径 d4 逐次调整,压力降等于 4.34MPa时,直径 d4=5mm 可实现流变平衡。

热流道平衡性计算

3. 16 型腔单层直排流道的流变平衡设计说明

     ① 本节实例 2×2×4 的最后一级是非平衡的流道布局结构。如图 7-11 所示,前 2×2 级是平衡布置。其流道设计计算,必须使熔体输送具有 5×102s-1左右的剪切速率。这样才能给下游的非平衡的流道的流变平衡,提供流道直径调整的余地。

      ② 如图 7-11 和表 7-6 所示,流变平衡是通过流道直径调整,实现 AB 和 AC 流程的压力损失相等。另一方面,被调整流道中仍要有 100~1000s-1的剪切速率。输送熔体的<100s-1是不充许的,非牛顿流体黏度太高,会使流动阻力过大。

      ③ 本例流变平衡计算的 AC 流程在流道板上长度仅 25mm 。实现与 AB 流程的压力平衡不现实。为此将下游喷嘴流道加入,与流道板流道直径一起调整。AB 和 AC 流程中包含了两个长 65mm 的喷嘴流道。因此也确保喷嘴流道中熔体平稳输送。如果是针阀式喷嘴,也可以与分流道串接在一起实现流变平衡。但调整针阀式喷嘴的环隙流道比较困难,在第 6 章中有所陈述。

     ④ 见图 7-12 所示,一模十六腔的直排的流变平衡的流道板是单块一层的,刚性好。与前图 7-6 所示 16 腔几何自然平衡布置的流道板相比,流道长度短了,流道板高度压缩了一半。节省了流道板所用钢材,装配方便。减少了散热面积和加热器的功率。

热流道分流板结构

图7-12    单一块的16型腔2×2×4流道板结构


编后

      流道系统的平衡设计是“热流道注射模塑”一书的重要内容之一,见照片。本文摘自该书的第 7 章,陈述流变平衡的设计分析方法。期望热流道设计人员能掌握这种技术。为便于大家进一步阅读更详细内容,本文中的公式、表格和插图的编号按原书顺序,一些差错也作了改正。


热流道模具结构

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