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热流道喷嘴直径的流变学计算,热流道,热流道厂家,热流道系统,热流道品牌

文章出处:责任编辑:人气:-发表时间:2019-09-25 08:16【

摘要: 介绍塑料注射模热流道系统的喷嘴直径的流变学计算。举例说明喷嘴直径计算过程。还陈述了流变学计算数据获取方法。


      近年来,模具设计师越来越多地应用热流道技术。喷嘴的选用,有种类的选择和喷嘴流道直径确定的两方面。喷嘴流道的较小传输截面积,会使流道中的压力损失增大。在一定的注射压力下,使注射到型腔的熔料因充模压力过低,而达不到所需的充模速率。会影响注塑件质量,甚至使型腔不能充满。较大的截面面积将会增加浇注系统用料和能量损耗,增加熔体塑料在高温流道和喷嘴中的渡过时间。本文介绍用流变学原理和方法,计算确定喷嘴流道直径。


1. 喷嘴直径 

      以合理的剪切速率,又考虑塑料熔体的黏度,计算确定热流道系统的喷嘴流道直径。计算公式源于塑料流变学,依据各种塑料熔体的非牛顿性能,可获得正确的结果。

1.1  喷嘴直径计算式

      热流道系统的喷嘴内径尺寸,由材料的流动指数 n 、剪切速率以及注射的体积流量共同决定。此流量 qi 为喷嘴注入下游型腔的体积流量,可由该喷嘴射出注射量和注射时间计算



式中     qi —— 分流道的体积流量,cm3/s;

             t —— 对下游型腔的充模时间,s;

            Vi —— 单个喷嘴的注射量,cm3

            V —— 注塑模型腔的总体积,cm3

            N —— 流道分叉数。

      在浇注系统的圆管流道中,各截面的熔体充模时间 t是相同的。在已知以上数据的情况下,按剪切速率确定喷嘴内流道直径,可由以下流变学公式计算得

  (3)

式中   n —— 塑料熔体的流动指数;

          —— 塑料熔体的合理剪切速率,1/s。

1.2  应用示例

      图 1 所示贮物箱,箱体面积 540×210mm,高220mm,壁厚 3~4mm 。箱体用 3640cm3 的 ABS 塑料注射成型。本公司设计和制造了此注塑模的热流道系统。有四个 BS32050 型号顶管式的,浇口在模板的喷嘴。喷嘴的总长 102mm,管径 16mm 。图 1 为浇注系统设置为保温的热流道,做的流动分析。6.056s 是塑料熔体总体积充满时的状态。其中热流道中熔体的流动充模时间在 5s 之内。用 Lanxess 公司的 Lustran ABS 1146 物料,熔体温度 260℃ 。

图1  箱体的四喷嘴热流道系统


      每个喷嘴的射出量为 910cm3 。由总注射量 3640cm3,查表 1 得可行的充模时间 t=4.8s 。得流经喷嘴流量 qi=190cm3/s。由分析软件提供的此塑料品种流变曲线,获知塑料熔体的流动指数 n=0.32 。又按表 2,开放式多喷嘴,较大流量下应具有合理的剪切速率 =700s-1。代入式(3)得

      考虑到注射生产时,还充许调节注射充模和剪切速率。且归整到喷嘴直径的系列尺寸。故用流道直径为 16mm 的多喷嘴。

2. 计算式推导

      上式(3)是由非牛顿流体在圆管道中的流量q计算式推导而得。见徐佩弦编著《高聚物流变学及其应用》(北京:化学工业出版社,2003)中的(4-5)式

 (4)

式中,Dp是对于半径 r 圆管,长 L 时的压力降。K 是塑料熔体在某温度和一定剪切速率下的稠度。n 为流动指数,也称非牛顿流动指数。稠度和黏度的单位相同,常用 Pa•s ;为运算方便,也有用 N•s/cm2

其中,管壁的剪切速率为

 (5)

将此式代入(4)式,整理得

 (6)

直径d=2r,此式为

 (7)

可得喷嘴直径的流变学计算式

 (8)

式中 ,可换算成式(3)。


3. 计算参数

3.1  充模时间的确定

      热流道喷嘴是热流道系统的终端,它将熔料输送到模具型腔或附加的冷流道。在喷嘴直径的计算过程中,模具型腔总体积 V 通过以下注射量和时间的关系确定注射时间 t。该注射时间t是根据注射机螺杆的常规推进速率。即注射机具有中等注射速率时,相对应的注射充模时间。表 1 是注塑机常规注塑速率下,对应的充模时间和公称注射量关系。大量工程计算证明,此方法能正确确定浇注系统流道中熔料的充模流量。也能适应注射机操作对充模速率的调节。

      V ——注射量,cm3

      t ——注射时间,s。

      计算机程序运行中,充许对此默认时间值进行修改。


3.2  合理的剪切速率

      大量的注射成型的实验和计算机模拟数据证明,浇注系统各流程,从主流道、各分流道到喷嘴内径,存在合理的剪切速率的范围,见表 2 所示。塑料熔体有较高的黏度,较高温度下黏度较低些。塑料熔体另一个特性是非牛顿性,有“剪切变稀”的现象。在圆管中剪切流动时,剪切速率愈高,熔体的黏度下降明显。而剪切速率主要与流道截面内的体积流量有关。因此,热流道系统上游的主流道喷嘴、中游的各分流道,下游的分喷嘴,有不同的合理的剪切速率范围。有利于降低黏度,减小沿程的压力损失,保证对成型型腔成功充填。


3.3  塑料熔体流变数据稠度 K 和指数 n 获知方法

      这里,用 Lanxess 公司的 Lustran ABS 1146 物料,介绍获知塑料熔体流变参量稠度K和指数 n 方法和步骤。

1) 对于 260℃ 的黏度剪切速率流变曲线

2) 读剪切速率对应的黏度值

对,实际黏度点的线段长(mm)/黏度坐标点间间距(mm)= 

  lg100= 2    指数运算   2+0.974026=2.974026

获             =102.974026=942Pa•s

对,线段长(mm)/坐标长(mm)= 

 lg100= 2     指数运算   2+0.292208=2.292208

反对数获             = 102.292208=196Pa•s


3) 由两点的联立方程求解 K 和 n

代入后得        

解此方程得     n = 0.318= 0.32

代入方程得      Pa•s


4) 校核后取平均值

Pa•s

 取 n = 0.32   K =2.15×104 Pa•s


      在《热流道注射模塑》(见参考文献1)书中表 3-2,“一些国外生产塑料的表观稠度 K' 和流动指数 n”,有 76 种常用塑料的 K' 和 n,是用上述方法计算所得。表观 K' 和真实稠度 K 之间的偏差很小,在工程计算时可以忽略。


4. 结束语

      以上计算方法及相关数据,与注射充模流动分析软件相互配合操作,科学地确定喷嘴流道直径。保证设计和生产的热流道系统的流道板和喷嘴的质量。


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