【導(dǎo)讀】中南大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）

　　

【正文】 低的塑料。 本設(shè)計采用四個點澆口，圓形截面，澆口長度取 2mm， 開設(shè)在定模板上。這第五 章 澆注系統(tǒng)設(shè)計 25 種 分布 形式的點澆口，可以 減少塑件的翹曲變形 。 澆口位置的選擇 澆口位置與數(shù)目對塑件質(zhì)量的影響極大。選擇澆口位置時遵循如下原則： 1．避免塑件上產(chǎn)生缺陷，克服噴射現(xiàn)象。 2．有利于塑料熔體流動。 3．有利于型腔排氣。 4．考慮塑件受力狀況。澆口位置不設(shè)在塑件承受彎曲載荷或受沖擊力的部位。由于塑件澆口附近殘余應(yīng)力大、強(qiáng)度差，一般能承受拉應(yīng)力，而不能承受彎曲應(yīng)力和沖擊力。 5．增 加熔接痕牢度。塑料熔體在型腔內(nèi)的匯合處常會形成熔接痕，導(dǎo)致該處強(qiáng)度降低。澆口位置和數(shù)量決定著熔接痕的數(shù)量及位置，因此正確選擇澆口形式、位置及數(shù)量十分重要。本設(shè)計采用四個澆口。 根據(jù)以上原則，設(shè)計的澆口位置如圖 53 所示。 圖 53 澆口位置和數(shù)目情況 澆口斷面尺寸 取點澆口處剪切速率 γ G＝ 105s1，由《手冊》式 317可計算點澆口半徑： 3131??????? ?????????? ?? GG QnnR 故澆口截面直徑為 2mm。 型腔壓力估算 澆注系統(tǒng)尺寸初步確定后，須對整個系統(tǒng)的壓降 進(jìn)行估算，以預(yù)測其效果。若澆注系統(tǒng)的尺寸確定不當(dāng)，可能會導(dǎo)致壓力損失過大，從而直接影響到熔體充模所需的型腔壓力。型腔壓力是重要的工藝參數(shù)，它對注射成型過程的控制及塑中南大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 26 件質(zhì)量具有決定性影響。此外，它還是對模腔壁厚及其它受力構(gòu)件進(jìn)行剛度計算與強(qiáng)度校核的理論依據(jù)。 設(shè) ABS 的加工溫度 T＝ 200oC，則由《手冊》表 120查得非牛頓指數(shù) n＝ ，查 《手冊》 表 128 得粘度系數(shù) K＇ ＝ 。注射機(jī)螺桿半徑 RS=，噴嘴內(nèi)半徑 RN=， L＝ 25cm 帶入《手冊》式（ 322）、（ 323）、（ 324）、（ 326）、（ 328）： ? ?? ? M P aRRRRn LQKp nSnNNSnnE)( )4()(32)4(3339。???? ????????????????? MP aR LQKp nNnnN )4(2)4( 1339。 ??????????? ?? ? ?? ? M P aRRRRn LLQKp nnSnnS)( )4()(3)(2)4(31322139。????? ?????? ??????????? M P aRRnRRLRLLKp nnnRnR)( )(37 )()4(2)(3)()()4(2213132213139。?????????????????????????????????????? M P aRRnRRLQKp nnnGnG)( )()4()(3)(2)4(21313239。???? ????????????????? 由《手冊》式（ 320）得 M P ap p ???? 由《手冊》式（ 321）得 M P ap q ????? 注射機(jī)的最大注射壓力 p = 155 MPa 由《手冊》式（ 319）得 ?cp 155－ ＝ 〉 100MPa 以上各式中 ： 第五 章 澆注系統(tǒng)設(shè)計 27 pc— 型腔壓力（ MPa）； p— 注射壓力（ MPa）； pi— 注射機(jī)油壓系統(tǒng)表壓（ MPa）； D— 注射油缸活塞直徑（ cm）； d— 注射機(jī)螺桿直徑（ cm）； Δ pp— 塑料熔體流經(jīng)注射機(jī)噴嘴的壓力降（ MPa）； Δ pq— 塑料熔體流經(jīng)澆注系統(tǒng)的壓力降（ MPa）； Δ pE— 螺桿頭與噴嘴入口區(qū)間熔體發(fā)生剪切流動所引起的壓降（ MPa）； Δ pN— 熔體流經(jīng)注射機(jī)噴嘴時所產(chǎn)生的壓降（ MPa）； Δ pS— 熔體流經(jīng)主流道及 其分之與轉(zhuǎn)向所產(chǎn)生的壓降；（ MPa） Δ pR— 熔體流經(jīng)第一分流道及改向和流經(jīng)第二分流道的壓降（ MPa）； n— 塑料熔體的非牛頓指數(shù)； RS— 注射機(jī)螺桿直徑（ cm）； RN— 注射機(jī)噴嘴內(nèi)直徑（ cm）； K‘ — 熔體剪切粘度系數(shù)； Q— 熔體體積流量（ cm2/s）； L— 熔體流動長度（ cm）； L1— 第一分流道長度（ cm）； L2— 第 二 分流道長度（ cm）； R1— 熔體流動大端半徑（ cm）； R2— 熔體流動小端半徑（ cm）； LS— 主流道分支及改向的當(dāng)量長度（ cm）； LR— 分流道分支及改向的當(dāng)量長度（ cm）； 可知 ，設(shè)計的流動尺寸，其型腔壓力大于 100 MPa，符合 ABS 注射工藝要求。 排氣設(shè)計 從某種意義上來講，注射模也是一種置換裝置，即塑料熔體進(jìn)入模腔，同時置換出模腔內(nèi)的空氣。實際上，模具內(nèi)的空氣并不局限于型腔內(nèi)，不能忽視流道中的氣體。此外，塑料熔體會產(chǎn)生微量分解的氣體。這些氣體都必須排出。 排氣不良的危害性 1）在塑件上形成氣泡、銀紋、接縫，使表面輪廓不清，甚至充模不滿； 2）嚴(yán)重時在塑件表面產(chǎn)生焦痕； 3）降低充模速度，影響成形周期； 4）形成斷續(xù)注射，降低生產(chǎn)效率。 對于本設(shè)計中的模具，由于分型 面處于熔體流動末端，可利用分型面排氣。 中南大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 28 第六 章 冷卻系統(tǒng)設(shè)計 塑料注射模溫度調(diào)節(jié)能力，不僅影響到塑件質(zhì)量，而且也決定著生產(chǎn)效率。實際上模溫設(shè)計確當(dāng)與否，直接關(guān)系到生產(chǎn)成本與經(jīng)濟(jì)效益。 模溫調(diào)節(jié)的重要性 模溫對塑件質(zhì)量的影響 熱塑性塑料熔體注入型腔后，釋放大量熱量而凝固。不同的塑料品種，需要模腔維持在某一適當(dāng)溫度。模溫對塑件質(zhì)量的影響主要表現(xiàn)在如下六個方面。 1． 改善成形性 每一種塑料都有其適宜的成形模溫，在生產(chǎn)過程中若能始終維持相適宜的模溫，則其成形性可得到改善。若模溫過低，會降 低塑料熔體流動性，使塑件輪廓不清，甚至充模不滿；模溫過高，會使塑件脫模時和脫模后發(fā)生變形，使其形狀和尺寸精度降低。 2．成形收縮率 利用模溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)保持模溫恒定，能有效減少塑料成形收縮的波動，提高塑件的合格率。采用允許的低模溫，有利于減小塑料的成形收縮率，從而提高塑件的尺寸精度。并可縮短成形周期，提高生產(chǎn)率。 3．塑件變形 模具型芯與型腔溫差過大，會使塑件收縮不均勻，導(dǎo)致塑件翹曲變形。尤以壁厚不均和形狀復(fù)雜的塑件為甚。需采用合適的冷卻回路，確保模溫均勻，消除塑件翹曲變形。 4．尺寸穩(wěn)定性 對于結(jié)晶性塑料，使 用高模溫有利于結(jié)晶過程的進(jìn)行，避免在存放和使用過程中，尺寸發(fā)生變化；對于柔性塑料（如聚烯烴等）采用低模溫有利于塑件尺寸穩(wěn)定。 5．力學(xué)性能 適當(dāng)?shù)哪?，可使塑件力學(xué)性能大為改善。例如，過低模溫，會使塑件內(nèi)應(yīng)力增大，或產(chǎn)生明顯的熔接痕。對于粘性大的剛性塑料，使用高明我，可使其應(yīng)力開裂大大降低。 6．外觀質(zhì)量 適當(dāng)提高模具溫度能有效地改善塑件外觀質(zhì)量。過低的模溫會使塑件輪廓不清，產(chǎn)生明顯的銀絲、云紋等缺陷，表面無光澤或粗糙度增加等。 第六 章 冷卻系統(tǒng)設(shè)計 29 模溫對生產(chǎn)效率的影響 就注射成形過程講，可把模具看成為若交換器 。塑料熔體凝固時釋放出的熱量中約有 5％以輻射、對流的方式散發(fā)到大氣中，其余 95％由模具的冷卻介質(zhì)（一般是水）帶走。因此模具的生產(chǎn)效率主要取決于冷卻介質(zhì)的熱交換效果。據(jù)統(tǒng)計，模具的冷卻時間約占整個注射成形周期的 2/3 至 4/5，因此縮短注射成形周期內(nèi)的冷卻時間是提高生產(chǎn)效率的關(guān)鍵。 根據(jù)牛頓冷卻定律，冷卻介質(zhì)從模具帶走的熱量為 )(39。 JTAQ ?? ?? 式中 α — 冷卻管道孔壁與冷卻介質(zhì)間的傳熱系數(shù)（ W/m2 K）； A－ 冷卻管道壁的傳熱面積（ m2）； Δ T— 模具溫度與冷卻介質(zhì)溫度之差值（ K）； θ ＇ — 冷卻時間（ s）。 由上式可知，當(dāng)需傳遞熱量 Q不變時，可通過以下三條途徑來縮短冷卻時間。 1． 提高傳熱系數(shù) α 當(dāng)冷卻介質(zhì)在圓管內(nèi)呈湍流狀態(tài)時，冷卻管道孔壁與冷卻介質(zhì)間的傳熱系數(shù) )/()( KmWd ?? ???? 式中 ф — 與冷卻介質(zhì)溫度有關(guān)的物理系數(shù)，若冷卻介質(zhì)為水時，可查表得 到 ； ρ — 冷卻介質(zhì)在該溫度下的密度 (kg/m3)； υ — 冷卻介質(zhì)的流速 (m/s)； λ — 冷卻介質(zhì)的熱導(dǎo)率（ W/m K）； C— 冷卻介質(zhì)的比熱容（ J/kg K）； μ — 冷卻介質(zhì)的粘度（ N S/m2）； d— 冷卻管 道直徑 (m)。 由上式知，當(dāng)冷卻介質(zhì)溫度和冷卻管道直徑不變時，提高冷卻介質(zhì)的流速υ 可達(dá)到提高傳熱系數(shù) α 的目的。 2．提高模具與冷卻介質(zhì)間的溫差 Δ T )( CTTT o?? ??? 式中 Tw— 模溫（ oC）； Tθ — 冷卻介質(zhì)溫度（ oC）。 中南大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 30 當(dāng)模溫 Tw一定時，盡可能降低冷卻介質(zhì)溫度 Tθ ，以提高溫差 Δ T，有利于縮短冷卻時間 θ ＇，從而提高生產(chǎn)率。 3．增大冷卻介質(zhì)的傳熱面積 A dLnA ?? 式中 L— 模具上一根冷卻水孔長度（ m） 。 d— 冷卻水通道直徑（ m）； n— 模 具上開設(shè)冷卻通道孔數(shù)。 顯然，應(yīng)在模具上開設(shè)尺寸盡可能大，數(shù)量盡可能多的冷卻通道，以增大傳熱面積，縮短冷卻時間，達(dá)到提高生產(chǎn)效率目的。 冷卻時間計算 注射模實際上是一種熱交換器。確定適當(dāng)?shù)臒峤粨Q時間，是模具設(shè)計者的重要任務(wù)。為此，首先分析影響冷卻時間的因素。 影響冷卻時間的因素 1．模具材料 從機(jī)械強(qiáng)度出發(fā)，通常選鋼材為模具材料。如只考慮材料的冷卻效果時，則熱導(dǎo)率愈高，從熔融塑料吸收熱量愈迅速，冷卻得愈快。在選擇模具材料時，應(yīng)去掉非鋼不可的觀點，視具體情況在保證模具剛度和強(qiáng)度條件下 ，可選擇熱導(dǎo)率大的材料作為鑲嵌件使用，對提高冷卻效果，縮短冷卻時間極為有利。 2．冷卻介質(zhì)溫度及流動狀態(tài) 一般采用常溫水進(jìn)行冷卻。以冷卻水出、入口處溫差小為好，一般控制在 5 oC以內(nèi)。冷卻水在通道中的流速，以盡可能高為好，其流動狀態(tài)以湍流為佳，即雷諾數(shù) Re〉 104為宜。因為湍流的熱傳遞效率為層流的 10～ 20 倍。 3．模塑材料 塑料的熱性能，對冷卻時間具有重大影響。絕大多數(shù)塑料的熱導(dǎo)率 λ 和熱擴(kuò)散 k都很低，但可通過加入填充劑、改性劑予以改善。 4．塑件厚度 塑件壁厚越厚，傳熱阻力越大，所需冷卻時間越長。通常冷卻 時間與塑件厚度的平方成正比。 5．冷卻回路的分布 成型腔周圍冷卻回路的分布狀態(tài)，即冷卻回路距型腔的距離和通道之間也有影響。通常為使模腔表面溫度均勻，冷卻水孔的孔徑與位置，應(yīng)與塑料熔體帶入的熱量成比例。對于散熱困難的型芯，更應(yīng)設(shè)置有充分冷卻效果的冷卻回路。 第六 章 冷卻系統(tǒng)設(shè)計 31 6．模具溫度 系指與塑料接觸的模腔表面溫度。它直接影響到塑料熔體在模腔中的冷卻速度。選擇合適的模溫會縮短成形周期，提高塑件質(zhì)量，減少廢品率。為了滿足塑料對模溫的要求，現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)多采用模具恒溫器，以閉路循環(huán)冷卻介質(zhì)對模溫進(jìn)行控制。 冷卻時間 的計算 塑件在模具內(nèi)的冷卻時間，通常是指塑料熔體從充滿型腔時起到可以開模取出塑件時止這一段時間?？梢蚤_模取出塑件的時間，常以塑件已充分固化，且具有一定的強(qiáng)度和剛度為準(zhǔn)。具體有三種標(biāo)準(zhǔn)，由于所設(shè)計的塑件是均勻壁厚，故采用第二種計算。 注射模用于成形丙稀腈－丁二烯－苯乙烯共聚物（ ABS）制品，由表查得 ABS熔體溫度為 200oC，模具溫度為 40oC， ABS 熱擴(kuò)散率為 107m2/s，塑件脫模時截面內(nèi)平均溫度為 45 oC。塑件截面內(nèi)平均溫度達(dá)到規(guī)定的脫模溫度時，所需冷卻時間的簡化計算公式為： ? ? )(12)4045()40200(8ln)1000 2()(8ln227222239。 sTTTTktsm ????????????????????????? ??????? 式中 θ ＇ — 塑件所需冷卻時間（ s） ； t— 塑件厚度（ mm） ； k— 塑料的熱擴(kuò)散率（ m2/s） ； Tm— 塑料熔體溫度（ oC）； Tw— 模具溫度（ oC）； Ts— 塑料脫模時截面內(nèi)平均溫度（ oC）。 冷卻參數(shù)計算 注射模用常溫（ 20oC）的水作為模具冷卻介質(zhì)，其出口溫度為 28oC，并且冷卻水在通道內(nèi)呈湍流狀態(tài)，假設(shè)模具平均溫度為 40 oC。 1．單位時間內(nèi)的產(chǎn)量計算 由式得塑件冷卻所需時間為 12s，加上合模和開模時間，還有注射時間，設(shè)成形周期 S為