注塑工艺设计-第四章注射工艺过程.doc

注射工艺的基础
注射过程是一个周期性循环过程, 每个循环内要完成模具关闭, 充填, 保压, 冷却, 模具打开, 顶出等操作. 其中, 注射(熔体填充),保压和冷却是关系到能否顺利成型的三个关键环节. 然而熔体的流动行为和填充特性又和填充的压力, 速度和熔体的温度密切相关, 了解熔体的流动行为等相关特性, 对于设计整个注射工艺意义重大. 本章主要讨论注射过程(设计注射, 保压和冷却)涉及的有关概念.
注射过程中的压力
注射过程中的压力分布
注射压力是由注射系统的油压提供的. 油缸的压力通过注射机螺杆传递到塑料熔体上, 塑料熔体在压力的推动下, 经注射机的喷嘴进入模具的竖流道(对于部分模具来说也是主流道), 主流道, 分流道, 并经浇口进入模具型腔, 这个过程即为注射过程, 或者称之为填充过程. 压力的存在是为了克服熔体流动过程中的阻力, 或者反过来说, 流动过程中存在的阻力需要注射机的压力来抵消, 以保证充填过程.
既然压力是克服熔体流动阻力的驱动力, 那么压力或者说是流动阻力在整个流动路径上的分布情况究竟为何? 什么地方压力损失最大, 什么地方压力和大气压相等? 假如沿着熔体流动经过的路
图 1 压力沿着浇注系统和模腔下降
径, 安装若干个压力传感器, 那么可以得到沿着整个流动路径上熔体压力的分布情况. 如图所示.
图表 1 影响射出压力的因素
可以看出, 塑料熔体自压力高的区域流向压力低的区域, 如同水的特性一样. 在注射过程中, 注射机喷嘴处的压力最高, 以克服熔体全程中的流动阻力. 其后, 压力沿着流动长度往熔体最前端波前处逐步降低, 如果模腔内部排气良好则熔提前端最后的压力就是大气压. 如同前面的分析, 压力降随着熔体流动阻力的增加而增加, 熔体的流动阻力是浇注系统, 模具几何形状和熔体粘度(熔体流动指数)的函数. 随着流动长度的增加, 熔体的入口压力必须增加
, 以维持需要的注射流动率.
影响注射压力的因素很多,概括起来说有:浇口位置和浇口数目, 成形品厚度, 材料的选择, .
影响射出压力的因素
基本方程
根据简化的古典流体力学理论,充填浇道系统(竖浇口,浇道,浇口)和模腔所需的注射压力与注射材料, 制品的设计, 注射工艺参数都有关. 图 2-3 显示射出压力是以上参数的函数.
在下列方程式中, P 是射出压力而 n 是材料常数, 不同种类的塑料熔体其值不同, 范围为 -- .
圆形管道内的流动(例如熔体在直浇口, 主浇道, 和柱状浇口内的流动)
矩形管道内的流动(例如熔体在侧胶口,薄膜式浇口内的流动)
射出压力与浇口位置和浇口数目的关系
一般而言, 从上面的方程和图形可以形象可看出,流动长度越长,熔体在流动过程中损失的压力也越大,或者反过来说,熔体到达制品的末端需要的压力也约稿,从这个意义上讲,流动长度越短越好.
对于给定的制品,要想缩短熔体的流动长度,唯一的办法就是增加浇口的数量,或者调整浇口的位置,使其流动尽可能短的距离而完成填充. 但是, 浇口数的增加或者浇口位置的调整需要受到一些条件的制约,因为调整浇口位置或者增加浇口数量容易使得熔结痕过于明显或者显现在制品不允许出现的位置上。因此,要通过调整浇口位置来缩短熔体的流动长度时,必须首先必须考虑制品是否允许浇口位置的调整,或者说,是否允许设立在要调整到的位置上;要通过增加浇口的数量来缩短熔体的流动长度时,则要考虑制品是否允许增加多余的浇口、增加的浇口类型、增加浇口后产生的熔结痕位置,熔结痕是否明显等等。判断的方式是使用流动分析工具或者经验。
通过增加浇口的数量莱缩短流动长度还有一个问题是,多点系統除了易造成明显的熔结痕外,还会使得模具的制造难度增加,模具的制作成本提高,如果是热流到的话,流道贺交口系统还要复杂.
计算机仿真可以用来解决这些问题. MOLDflow 分析可以预测熔结痕和包风的位置. 在允许的情况下,通过不断地调整浇口的位置和数量,来优化填充过程和制品上的压力分布,选择最佳浇口位置和最优浇口数量来适当地缩短熔体的流动长度,适当地放置熔结痕. 也可以借着顺序地打开和关闭阀浇口, 以去除熔结痕. 明确地说, 若一阀浇口位于下游, 应当在熔体到达此阀浇口后开启, 以继续推进熔体。
射出压力与制品厚度的关系
成品厚度明显地影响所需之射出压力. 成品的厚度越小, 则熔体在流动时越容易冷却,流动也越受到限制, 因此所需之压力越高. 一般来说,对于一定的高分子材料,在许可的注射压力下,具有特定的流长比(流动长度/制品的最小厚度),一般来说,许可的流动长度和制品壁厚设计要大于等于改种材料的流长比。如某种材料的流长比≧60mm/,意