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

　　

【正文】 低的塑料。 本設(shè)計(jì)采用四個(gè)點(diǎn)澆口，圓形截面，澆口長(zhǎng)度取 2mm， 開(kāi)設(shè)在定模板上。這第五 章 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 25 種 分布 形式的點(diǎn)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(duì)塑件質(zhì)量的影響極大。選擇澆口位置時(shí)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(dòng)。 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(huì)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(jì)采用四個(gè)澆口。 根據(jù)以上原則，設(shè)計(jì)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(diǎn)澆口處剪切速率 γ G＝ 105s1，由《手冊(cè)》式 317可計(jì)算點(diǎn)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(duì)整個(gè)系統(tǒng)的壓降 進(jìn)行估算，以預(yù)測(cè)其效果。若澆注系統(tǒng)的尺寸確定不當(dāng)，可能會(huì)導(dǎo)致壓力損失過(guò)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(duì)注射成型過(guò)程的控制及塑中南大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 26 件質(zhì)量具有決定性影響。此外，它還是對(duì)模腔壁厚及其它受力構(gòu)件進(jìn)行剛度計(jì)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(cè)》表 120查得非牛頓指數(shù) n＝ ，查 《手冊(cè)》 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(cè)》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(cè)》式（ 320）得 M P ap p ???? 由《手冊(cè)》式（ 321）得 M P ap q ????? 注射機(jī)的最大注射壓力 p = 155 MPa 由《手冊(cè)》式（ 319）得 ?cp 155－ ＝ 〉 100MPa 以上各式中 ： 第五 章 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 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(dòng)所引起的壓降（ MPa）； Δ pN— 熔體流經(jīng)注射機(jī)噴嘴時(shí)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(dòng)長(zhǎng)度（ cm）； L1— 第一分流道長(zhǎng)度（ cm）； L2— 第 二 分流道長(zhǎng)度（ cm）； R1— 熔體流動(dòng)大端半徑（ cm）； R2— 熔體流動(dòng)小端半徑（ cm）； LS— 主流道分支及改向的當(dāng)量長(zhǎng)度（ cm）； LR— 分流道分支及改向的當(dāng)量長(zhǎng)度（ cm）； 可知 ，設(shè)計(jì)的流動(dòng)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(jì) 從某種意義上來(lái)講，注射模也是一種置換裝置，即塑料熔體進(jìn)入模腔，同時(shí)置換出模腔內(nèi)的空氣。實(shí)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(huì)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(shí)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(duì)于本設(shè)計(jì)中的模具，由于分型 面處于熔體流動(dòng)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(jì)） 28 第六 章 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) 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(shí)際上模溫設(shè)計(jì)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(duì)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(duì)塑件質(zhì)量的影響主要表現(xiàn)在如下六個(gè)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(guò)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(guò)低，會(huì)降 低塑料熔體流動(dòng)性，使塑件輪廓不清，甚至充模不滿；模溫過(guò)高，會(huì)使塑件脫模時(shí)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(dòng)，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(guò)大，會(huì)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(duì)于結(jié)晶性塑料，使 用高模溫有利于結(jié)晶過(guò)程的進(jìn)行，避免在存放和使用過(guò)程中，尺寸發(fā)生變化；對(duì)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(guò)低模溫，會(huì)使塑件內(nèi)應(yīng)力增大，或產(chǎn)生明顯的熔接痕。對(duì)于粘性大的剛性塑料，使用高明我，可使其應(yīng)力開(kāi)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(guò)低的模溫會(huì)使塑件輪廓不清，產(chǎn)生明顯的銀絲、云紋等缺陷，表面無(wú)光澤或粗糙度增加等。 第六 章 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) 29 模溫對(duì)生產(chǎn)效率的影響 就注射成形過(guò)程講，可把模具看成為若交換器 。塑料熔體凝固時(shí)釋放出的熱量中約有 5％以輻射、對(duì)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(jì)，模具的冷卻時(shí)間約占整個(gè)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(shí)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(shí)間（ s）。 由上式可知，當(dāng)需傳遞熱量 Q不變時(shí)，可通過(guò)以下三條途徑來(lái)縮短冷卻時(shí)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(shí)，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(shí)，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(shí)，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(jì)） 30 當(dāng)模溫 Tw一定時(shí)，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(shí)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(zhǎng)度（ m） 。 d— 冷卻水通道直徑（ m）； n— 模 具上開(kāi)設(shè)冷卻通道孔數(shù)。 顯然，應(yīng)在模具上開(kāi)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(shí)間，達(dá)到提高生產(chǎn)效率目的。 冷卻時(shí)間計(jì)算 注射模實(shí)際上是一種熱交換器。確定適當(dāng)?shù)臒峤粨Q時(shí)間，是模具設(shè)計(jì)者的重要任務(wù)。為此，首先分析影響冷卻時(shí)間的因素。 影響冷卻時(shí)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(shí)，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(shí)，應(yīng)去掉非鋼不可的觀點(diǎn)，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(duì)提高冷卻效果，縮短冷卻時(shí)間極為有利。 2．冷卻介質(zhì)溫度及流動(dòng)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?xún)?nèi)。冷卻水在通道中的流速，以盡可能高為好，其流動(dòng)狀態(tài)以湍流為佳，即雷諾數(shù) Re〉 104為宜。因?yàn)橥牧鞯臒醾鬟f效率為層流的 10～ 20 倍。 3．模塑材料 塑料的熱性能，對(duì)冷卻時(shí)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(guò)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(shí)間越長(zhǎng)。通常冷卻 時(shí)間與塑件厚度的平方成正比。 5．冷卻回路的分布 成型腔周?chē)鋮s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(duì)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(jì) 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(huì)縮短成形周期，提高塑件質(zhì)量，減少?gòu)U品率。為了滿足塑料對(duì)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(duì)模溫進(jìn)行控制。 冷卻時(shí)間 的計(jì)算 塑件在模具內(nèi)的冷卻時(shí)間，通常是指塑料熔體從充滿型腔時(shí)起到可以開(kāi)模取出塑件時(shí)止這一段時(shí)間。可以開(kāi)模取出塑件的時(shí)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(jì)的塑件是均勻壁厚，故采用第二種計(jì)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(shí)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(shí)，所需冷卻時(shí)間的簡(jiǎn)化計(jì)算公式為： ? ? )(12)4045()40200(8ln)1000 2()(8ln227222239。 sTTTTktsm ????????????????????????? ??????? 式中 θ ＇ — 塑件所需冷卻時(shí)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(shí)截面內(nèi)平均溫度（ oC）。 冷卻參數(shù)計(jì)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(shí)間內(nèi)的產(chǎn)量計(jì)算 由式得塑件冷卻所需時(shí)間為 12s，加上合模和開(kāi)模時(shí)間，還有注射時(shí)間，設(shè)成形周期 S為