培訓(xùn)-用戶手冊(cè)hscae3d7.5指南

計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）技術(shù)在的塑料工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。工程師們選擇合適的注射機(jī)，指導(dǎo)模塑工程師設(shè)置合理的工藝條件。CAE軟件在優(yōu)化設(shè)計(jì)方案CAE分析可以對(duì)不同的成形方案進(jìn)行反復(fù)的評(píng)測(cè)對(duì)比，尋求最優(yōu)設(shè)計(jì)。同時(shí)，CAE軟件又是一種，通過對(duì)注射成形過程各階段的定性與定量描述，CAE能夠幫助設(shè)計(jì)者熟悉熔體在型腔內(nèi)的流動(dòng)行為，把握熔體流動(dòng)、保壓、凝固的基CAE技術(shù)具有節(jié)省時(shí)間和原材料、降低廢品率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、縮短產(chǎn)品開發(fā)用的大小取決于使用者的經(jīng)驗(yàn)水平和熟練程度。確切地講，CAE分析結(jié)果的精度在很CAECAE軟件實(shí)踐應(yīng)用本指南是由HSCAE軟件研究人員在提煉練總結(jié)注塑成形理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ) 第一 塑料的基本特征及其流動(dòng)分 塑料結(jié) 第二 模具型腔充 第三 注塑制品中的取 實(shí)驗(yàn)技 第四 注塑制品中的殘余應(yīng) 熱殘余應(yīng) 第五 注塑制品中的密度分布與收 密度分 收 第六 模具中的熱交換和冷卻系統(tǒng)設(shè) 第七 注塑模與基本結(jié) 注塑模分 第八 華塑注塑成形仿真系 HSCAE簡(jiǎn) 使用HSCAE進(jìn)行方案設(shè) 第九 流道的設(shè)計(jì)與平 HSCAE的應(yīng) 第十 澆口設(shè) HSCAE的應(yīng) 第十一 注射壓力與分級(jí)注 公 HSCAE的應(yīng) 第十二 冷卻系統(tǒng)設(shè) 公 HSCAE應(yīng) 第十三 殘余應(yīng) HSCAE的應(yīng) 第十四 收縮與翹 HSCAE應(yīng) 第十五 注塑中的常見問題以及解決辦 困 魚 毛 流 波 短 糊 第十六 注塑系統(tǒng)與操作指 由于塑料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)比金屬的結(jié)構(gòu)迥然不同，故掌其性能特點(diǎn)也就比較?！?－1料結(jié)開，并和鄰近的乙烯單體鍵合，形成CH2基長(zhǎng)鏈。 （a）單體（b）聚乙烯分子即為聚乙烯分子，如圖1—1所示。 圖1－1 熱塑性塑料1-2所示。當(dāng)熔體的溫度降低，無(wú)定形聚合物開始變(半)結(jié)晶聚合1－2所示。當(dāng)溫?zé)峁绦运芰咸蓟⒎纸?，故為不可逆過程。這種性質(zhì)與雞蛋煮熟后，再加熱也不會(huì)軟化相類表1-1列出了一些熱塑性塑料和熱固性塑料的相關(guān)結(jié)構(gòu)和屬性。 CH2基上，鏈角是確定的。若將一個(gè)碳原子個(gè)圓錐。同樣，鍵2—3繞本身軸線旋轉(zhuǎn)，則鍵3—4將形成一個(gè)旋轉(zhuǎn)圓錐。如此類推，整圖1—5所示。圖 圖 x射線衍射法對(duì)很多聚合物進(jìn)行研究后得知，在X較大，亦難以從無(wú)序結(jié)構(gòu)中形成有序區(qū)。從另一方面說，具有充分對(duì)稱性的結(jié) 應(yīng)當(dāng)著重的是，不應(yīng)把取向和結(jié)晶。X射線衍射，取向的聚合物不一定存在結(jié)晶區(qū)(見圖1—7)。同樣，光學(xué)檢測(cè)，聚合物可能結(jié)晶，但不一定有明 §1－2常用注塑材料的物理性質(zhì)一、比熱1－2比熱容導(dǎo)熱系數(shù)熱擴(kuò)散系數(shù)98聚cp

式中，cp為定壓比熱容（kJ／kg·℃；為密度（kg/m3表示導(dǎo)（kJ/m·℃熱擴(kuò)散系數(shù)大。V

式中，比容V反映了塑料在注塑過程中，在溫度和壓力的作用下，制品的膨脹與聚合物的玻璃化溫度Tg是指線型非結(jié)晶聚合物由玻璃態(tài)(硬脆狀態(tài))向高彈態(tài)(橡VfVV0(T (1—式中，Vf為聚合物中的自由容積；V為聚合物所占據(jù)的全部容積；V0T為聚合物中大分子鏈本身所占據(jù)的容積。圖1—8所示的是聚合物比容隨溫度的變化規(guī)律。圖 溫度T時(shí)，聚合物中的自由容積Vf可用下式計(jì)VfVg(TTg (1—式中，Vg認(rèn)為聚合物在Tg溫度下的自由容積；T為高于玻璃化溫度Tg100℃以內(nèi)的溫度；為熱膨脹系數(shù)。玻璃化溫度Tg主要與聚合物中大分子鍵的柔性有關(guān)。另外，大分子的交聯(lián)、結(jié)晶取向等都會(huì)使Tg升高。常用聚合物的Tg值如1－3所示。玻璃化溫度Tg熔化溫度Tm聚熔化溫度Tm所需要的溫度。在非晶聚合物中，材料從Tg開始即軟化成高彈態(tài)，但是從高彈態(tài)轉(zhuǎn)變－3機(jī)械性質(zhì)變差，如彈性、強(qiáng)度降。此溫度區(qū)間愈小、溫度愈高，則注塑愈。為了提高聚合物的熱穩(wěn)定性，常在塑料分解溫度如表1－3所示。§1－3塑料的力學(xué)性質(zhì)特點(diǎn)§1－4塑料的流變變學(xué)依然是一門半經(jīng)驗(yàn)的物理科學(xué)。但是學(xué)些有關(guān)流變學(xué)的概念對(duì)塑料材料的選聚合物流體既可以是處于粘流溫度θf(wàn)或θm以上的熔體，也可以是在不高溫圖中，F(xiàn)為外部作用于整個(gè)流體上的恒定剪切力、A為流體液層面積。假定液層F/ 圖 在恒定的作用體的應(yīng)變表現(xiàn)為液層以均速u沿著切應(yīng)力作用方向移動(dòng)。但液dr，相鄰兩液層的移動(dòng)速度分u和（udu）則液層間單位距離的速度差（稱之為速度梯度）為du/dr，記液層移動(dòng)速度為dxdtdud(dx/dt)d(dx/

產(chǎn)生的切應(yīng)變，記為dx/dr。式（1－6）可以改寫為dud

＝(du)

為比例常數(shù)，稱為牛頓粘度。它是流體本身所固有值不同，它Pa?s（N?s）/m2。1－10圖1－10所示。1－111－111－10§1－5聚合物熔體的粘在一定的溫度下，牛頓流體的剪切粘性系數(shù)為常數(shù)，其值為剪應(yīng)力與剪應(yīng)變率的比值，而拉伸粘性系數(shù)則為拉應(yīng)力與拉伸應(yīng)變率的比值。

圖 模擬注塑成形流動(dòng)過程時(shí)，最重要的聚合物性質(zhì)是剪切粘性系數(shù) 聚合物熔體的粘性按冪律模型計(jì)算時(shí)雖然簡(jiǎn)單、方便，但適用范圍有限，僅適合于應(yīng)變率較高的情況。為了找到適用于更寬的應(yīng)變率范圍的數(shù)學(xué)模型，以便完整地表示出粘性和剪應(yīng)變率之間的關(guān)系，很多學(xué)者進(jìn)行了大量的理論研究和實(shí)驗(yàn)工作，提出(ro－Arrenu)粘性模型。 T0Bexp(bT

由上式可以看出，當(dāng)剪應(yīng)變率趨近于零時(shí)，0為零剪應(yīng)變率粘性系數(shù)，說，表示了值由小時(shí)的牛頓型極限0，至大時(shí)的冪律漸近線之間轉(zhuǎn)換時(shí)的零剪切粘性系數(shù)

零剪切粘性系數(shù)0值除與溫度有關(guān)外，還取決于聚合物的分子量、分子量分布情況以及長(zhǎng)短分支情況。對(duì)線型聚合物熔體來(lái)說，可以認(rèn)為0與Mw的3.4次方成正即30C1M3

通常用于Mw足夠大(如工業(yè)用聚合物)的情況，其比例系數(shù)C1和材料溫度有關(guān)，表1－3給出了幾種聚合物的C11－3幾種聚合物的C1溫度C1(nprdo)(ak)/0－0曲線與溫度無(wú)關(guān)。這里應(yīng)該，0本身表示零剪切率時(shí)的粘性系數(shù)，是隨溫度而變化的，在式（1－12)中已表示清楚。冪律指n稱為冪律指數(shù)，對(duì)剪切變稀的熔體來(lái)n1。剪切變稀是聚合物熔體的固冪律指n表示了剪應(yīng)變率對(duì)形體粘性的影n值愈小，說明偏離牛頓流體規(guī)律愈遠(yuǎn)。換句話說n值反映了熔體粘性對(duì)剪應(yīng)變率的敏感性。n隨溫度和剪應(yīng)變率而變化，其數(shù)值可查閱有關(guān)手冊(cè)和資料，亦可通過1nC(MW)0M

參數(shù)00C(MW

2N式中，C2和C3分別為材料參數(shù)，例如PMMA、PS、PP的C2和C3值分別為1.69、1.041.52、1.511.29參數(shù)Tb參數(shù)Tb表征了零剪切粘性系數(shù)0對(duì)溫度的敏感性，其值本身亦與溫度有關(guān)。圖數(shù)，其中曲線4擬合情況最好。參數(shù)B直接影響0值，在溫度和壓力確定的情況下，0與聚合物重均分子量CM3B

exp(bT圖1－13 PC材料的Tb與熔體溫度 圖1－14 PP材料的Tb與熔體溫度 §1－6塑料沿圓管中的流動(dòng)pr2(pdpdz)r2r 2

剪應(yīng)力可表示為

圖 故dur

2udur1dp r02u1dp(r2r2 4 流速u

u1dpr 4dz r2uu01(r) 剪應(yīng)變率可用下式體積流量Q

du

r2

r4Q0u2rdr 8速度u和流量Q前得負(fù)號(hào)表示其值與 r4式中，L為圓管長(zhǎng)度。

Q

r2

由式（1－26）可以看出，剪應(yīng)力沿徑向?yàn)榫€性分布，在管壁處（rr0）1－16剪應(yīng)力

r0 2r

圖 圓管中流動(dòng)時(shí)u和的分布情

pr2(pdpdz)r2

r2knk(durdpk(du2故du

1dp1)nrn2k

r1dp1ur(2kdz)nrn (1dp

2k

)n )(r0n

rn1dp

u0 )n )r0 2k n rn1uu01 )n

體積流量Q可用Q

n )r03n

0 r0

(n1)u3n

n r

)u(rn00rn0

(3n

r0§1－7粘度系數(shù)的測(cè)定和曲線擬合以常速移動(dòng)，因而流量Q亦保持為常數(shù)。為 ar 01－17毛細(xì)管流變儀原理圖

rw a以求得表現(xiàn)剪切粘性系數(shù)a值。改變流量Q可以求得另一組a和a值，從而圖 PS材料的a、a實(shí)驗(yàn)值和擬合曲 頓流體的aa關(guān)系曲線轉(zhuǎn)換成非牛頓流體的 0根據(jù)式ar30

r3Q 0

w

3nn

即nr3Q 03n1

3n1w

設(shè)采用冪律模型時(shí)，毛細(xì)管壁部的粘性系數(shù)為 ，w 4nw 4n 3n1 3n1

利用表觀剪切粘度a和表觀剪應(yīng)變率aa aa (0 4n

3n

a

)1n3n1

3n1 0a/a

n4nn

n 上式說明，只要將四個(gè)參數(shù)（n，，B，Tb）中的換算成 (a，a)至(，)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，新的參數(shù)為 ，，Tb§1－8常用熱塑性塑料的性質(zhì)與應(yīng)用ASTM（注：ASTM是指材料實(shí)驗(yàn)，下同ASTM聚碳ASTMASTMASTM丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物ASTM符號(hào)：ABS聚苯ASTM聚氯ASTM聚ASTM聚ASTM §2－1注射工藝過vi－螺桿速

圖 pi－型腔壓力A－計(jì)量室流量BC－主流道D－分流道E－澆口F圖 圖中OAp1作用下從料筒計(jì)量室流入型腔始端的時(shí)間。腔末端的最大壓力為pC1。噴嘴壓力也迅速增加并接近注射壓力p1。BC15％的熔體被壓入到型DC時(shí)間段是保壓階段。在這一階段中熔體仍處于螺桿所提供的注射壓力之下，pF，剩余壓力過大可能會(huì)造成制品開裂、損傷和卡模。2－3為一個(gè)注射周期中塑料熔體和模具溫度隨時(shí)間的變化曲線。圖 1－熔體2退火間。一般退火溫度應(yīng)控制在高于制品使用溫度10～20℃或者低于塑料熱變形溫度10～20℃圖 調(diào)濕§2－2塑料熔體在型腔中的流動(dòng)增壓相(或稱壓縮相“噴泉在流動(dòng)前沿形成一個(gè)塑料熔體的小鼓包，如圖2—5所示。圖 圖 噴泉流動(dòng)這個(gè)術(shù)語(yǔ)是羅斯(Rose)1961年提出來(lái)的，意思是在圓管中或在兩平行2形狀演變的特征是噴泉效應(yīng)所促成的。型腔中心線附圖 溫度注塑開始時(shí)，凝固層很薄，熱散得快，使得的熔體凝固，凝固層厚度不斷增流動(dòng)剪應(yīng)力殘余圖 2—9所溫度的變化

圖 §2－3注塑條件對(duì)制品質(zhì)量的影響2—10中的曲線逐漸平緩，圖 圖 2—12給出了實(shí)所謂回流，是指熔體的反向流動(dòng)。在增壓(壓縮)相中，約有15％的額外材料壓入 塑料熔體在復(fù)雜形狀型腔中的流動(dòng)一、 若注塑制品中各部位有不同的收縮水平，則該制品將產(chǎn)生翹曲。前面曾經(jīng)，2—13表示的是中心開澆口的注塑板因取向不同而造成的翹曲情況。2－14給出了厚度不均勻的塑料件因冷卻速率不同而引起不同圖 圖 2—15給出了一個(gè)幾何形狀簡(jiǎn)單但冷卻不均勻的制品的翹曲過程，可以看出，品翹曲。因而，必須設(shè)法從澆口附近排除的熱量。通常是采冷卻回路系統(tǒng)，2－15到型芯和型腔冷卻一致卻很。如圖2—16所示的盒形注塑件，若型芯圓角處較型圖 此區(qū)域密度加大，取向水平提高，這種情況稱為過度充填。過度充填的區(qū)域收縮2—17示為過度充填的一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)例，例中的注塑制品是—個(gè)長(zhǎng)矩形盒，采用充滿0－2的同時(shí)，熔體仍繼續(xù)流入路徑0－1，導(dǎo)致該路徑過度充填。這樣，最后所得圖 2—18所示實(shí)例中的流動(dòng)過程是首先迅速充填底部，熔體前沿到達(dá)距澆圖 2—19所示是一個(gè)簡(jiǎn)單的型腔截面，澆口兩邊厚度不同。若注射速度很低，則圖 轉(zhuǎn)向，如圖2—20所示。圖 2－20可以看出，中間澆口的流動(dòng)由于前進(jìn)阻力大，壓力也大，與兩側(cè)澆口如圖2—21所示。圖 2512－22在使用中發(fā)現(xiàn)，若型腔AB會(huì)被首先充滿，再下一圖 圖 經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，只須將型腔A(或型腔B)溫度提高3℃，則不會(huì)發(fā)生交錯(cuò)首先充滿的現(xiàn)象，也就是說，型腔A(或型腔B)會(huì)始終如一地被首先充滿。當(dāng)兩個(gè)相同型腔溫度相同時(shí)，造成不穩(wěn)定流動(dòng)的原因可簡(jiǎn)述如下，若型腔B后充滿，則因熱量來(lái)不及從型腔B表面散失，故溫度稍高于先被充滿的型腔A，下次注射時(shí)熔體就會(huì)首先充滿型腔B，后充滿型腔A，這樣又會(huì)使得型腔A的溫度稍高于型腔B，再下一次注射時(shí)就首先充滿型腔A，這樣就形成了始終如一的不穩(wěn)定流動(dòng)?！?－5流動(dòng)設(shè)計(jì)原以上分析了模具充填過程中可能發(fā)生的各種物理現(xiàn)象及其對(duì)注塑制品質(zhì)量的影 物分子的取向趨勢(shì)。聚合物分子取向所引起的不僅是使流動(dòng)中的熔體粘性降低，§3－1驗(yàn)技現(xiàn)重復(fù)的系列彩色條紋。即所謂的帶。而每種顏色則代表了分子取向的一個(gè)確定于分子取向的兩個(gè)分量，這兩組光以不同的速度通過取向的制品后，就產(chǎn)生一個(gè)本量的波長(zhǎng)，若在任一點(diǎn)處的速度差(延遲)剛好抵消白色光譜中某一波長(zhǎng)時(shí)，人 n13n n

23 n33

0n 0

n33n

n22) n11n33n22向的分布。薄片可用低速石鋸床、切片刀或其他方法切下，只要切割時(shí)取向狀態(tài)不被而畸變即可。經(jīng)驗(yàn)表明，采用石鋸床時(shí)，使用的切割參數(shù)為轉(zhuǎn)速取135r/min0.25N行拋光。切下的薄片放置于偏振器和分析器之間，分別測(cè)量n、n11n22n22§3－2取向和熔體流動(dòng)的關(guān)系對(duì)—個(gè)一端開澆口、寬度為25.4cm、厚度為1.9mm的矩形板注塑件折射技術(shù)進(jìn)若將此注塑件的縱向(流向)3－1圖 于聚合物的，以使與型腔壁接觸的熔體凝固。熔體所受的壓力在型腔在較大的剪切力之前即已凝固。因?yàn)檫@些熔體在接觸型腔壁之前是無(wú)取向的，并取向的中心區(qū)之間，取向在某一位置達(dá)到最大值，如圖3—3所示。圖 圖 圖 取向分布情況如3—4所示。該圖中虛線表示松弛前厚向取向分布；實(shí)線表示松弛后§3－3影響制品取向的因素圖 3－6n與料溫T0之間的關(guān)系曲線比較未封閉，隨著料溫升高，松弛增加，取向下降，如圖3—7所示。圖 圖 圖 §3－4取向?qū)χ破窓C(jī)械性能性質(zhì)的影響出，無(wú)取向材料表現(xiàn)為脆性，但強(qiáng)度明顯降低。圖3－10表示該材料的拉伸和屈服強(qiáng)圖3－11所示是高密度聚乙烯的彈性模量E隨取向水平的變行于取向的方向上，E值隨雙折射值n的增加而明顯提高，而且，在不同溫度下，取向試件的E值隨n而變化的規(guī)律相同。在垂直于取向的方向上，E值隨n值的增加而有所提高。表示沿流向截面中厚向雙折射平均值；縱坐標(biāo)表示與流向的夾角。沿不同方向切取試件進(jìn)行單向拉伸試驗(yàn)后，可以劃分為四個(gè)機(jī)械性質(zhì)不同的曲域。在區(qū)域A，試件B為脆性區(qū)，試件斷裂前有明顯裂紋。在區(qū)域C，試件產(chǎn)生大范圍裂紋，并有塑性變形。在區(qū)域D，試件產(chǎn)生剪切變形，并出現(xiàn)細(xì)頸。圖 圖 n值的關(guān) §3－5非晶聚合物注塑件中的取向＝0.465m／s3－13可以看出，雙折射nn有非零果都一致。由圖3－13可以看出，在型腔附近的截面上出現(xiàn)了一個(gè)平臺(tái)，平臺(tái)區(qū)故未能獲得n最大值。圖中虛線是用粘彈性理論所得到的雙折射計(jì)算值?？梢钥闯?，理論值和試驗(yàn)值還是比較一致的。此外，由圖3—13還可以看出，在壁部有明顯的帶圖 曲線1、2對(duì)應(yīng)的型腔尺寸為：W2bL＝0.051×0.00254×0.48(m)3；型腔壁溫TW60℃；熔體溫度TW＝210244℃；ucp＝0.560.82m/s3對(duì)應(yīng)的型腔尺W2bL＝0.027×0.00254×0.081(m)3T＝50T＝210u＝0.0159m/s 通常，提高熔體溫度會(huì)將低nmax(比較曲線1和2)，這是因?yàn)樘岣呷垠w溫度會(huì)急劇增加熔體的有效松弛時(shí)間，給型腔充滿后的應(yīng)力松弛創(chuàng)造了有力條件。曲線3 度T0與曲線1相同，只是模溫略低，但平均流速ucp比曲線 圖3－15所示為在不同工藝條件下，最大雙折射位置（y/b）△nmax與型腔距離體溫度分別為210℃和244℃，可以看出，熔體溫度較高時(shí)，取向?qū)雍穸染捅容^薄。在型腔區(qū)，取向?qū)雍穸然旧媳３譃槌?shù)，但至型腔末端則降低至零。與曲線1、2相31/35，其他條件相同。將1、23進(jìn)行比較可知，降低流動(dòng)速度就會(huì)增大取向厚度層。例如，當(dāng)平均流速u0.0159m/s4.4×10－4m件表面至最大雙折射nmax之間的厚3－16加以說明。圖中薄壁型腔的尺寸和相關(guān)W2bL＝0.0051×0.00254×0.48m3T＝40T＝223u 40T0＝224ucp＝0.36m／s。圖3—16顯示出了厚的雙折射值n影響不大，但對(duì)澆口附近截面上的雙折射值n則有明顯影響。增大型特性是雙折射最大值nmax及其所在的厚向位置（y/b）△nmax。圖 距型腔不同距離處的nmax值圖 ×0.1233—17應(yīng)當(dāng)是，在型腔厚度上出現(xiàn)了兩個(gè)雙折射最大值，一個(gè)在表面附近，另一個(gè)在中心區(qū)。表面附近的最大值位置與保壓壓力無(wú)關(guān)，而其高度則隨保壓壓力的增加而明圖 圖 n分布情況的比 上厚向n分布情 §4－1流動(dòng)殘余應(yīng)流動(dòng)應(yīng)要出現(xiàn)于型腔充填階段，保壓對(duì)流動(dòng)應(yīng)力只起到補(bǔ)充作用。注塑時(shí)，拉伸應(yīng)力。拉伸應(yīng)要產(chǎn)生在流動(dòng)前沿區(qū)，是“噴泉區(qū)”熔體外延流動(dòng)所造成的。得了雙折射值就可以間接確定流動(dòng)殘余應(yīng)力水平。折射法測(cè)量注塑制品所得到的圖像是分子取向效應(yīng)和殘余應(yīng)力聯(lián)合作用的結(jié)果。在注塑試件上觀察到條紋后，§4－2殘余應(yīng)圖4—1是試件初始溫度T0和淬火溫度T對(duì)試件厚度方向熱應(yīng)力分布的影響。材PS時(shí)，T0分別為130℃和150℃，自由淬火至T23℃。材料為PMMA時(shí)，T0分別為130170℃，自由淬火至T0℃。淬火完一小時(shí)后切層測(cè)量。PMMA聚合物熱應(yīng)力較PS的熱應(yīng)力明顯要高。4—1還可以看出，初始溫度 對(duì)這兩種材料熱應(yīng)力的影響都很小4－117022℃（1）及厚度為0.26cm的PS板從1503）和130℃（曲線4）淬火至23℃時(shí)厚向熱

圖 厚度為0.3cm的PMMA和4—3PMMA矩形板，厚度分別取0.3cm0.7cm130℃淬火至0℃。由圖可以看出，板厚增加對(duì)壓應(yīng)力影響對(duì)具有粘彈性質(zhì)的聚合應(yīng)力松弛現(xiàn)象必PS和PMMA矩PSPMMA來(lái)說，淬火切層后PSPMMA材料中也觀察到了熱殘余應(yīng)力的松弛。與蠕變類似，試件淬火后4—4PS150－23℃淬火后熱應(yīng)力和測(cè)量前所經(jīng)歷時(shí)間的關(guān)系。1和曲2分別對(duì)應(yīng)于時(shí)間902×104分鐘。由圖可以看出，在23PMMA料所得結(jié)果亦類似。圖 2

圖4－4 厚度為0.26cm的PS板淬火后經(jīng)都必須在工藝過程完結(jié)后，經(jīng)歷相同的時(shí)間間隔進(jìn)量與分析，否則就會(huì)得到錯(cuò)誤§4－3工藝條件對(duì)殘余應(yīng)力的影響4—5所示的是熔體溫度對(duì)殘余應(yīng)力分布的影響。圖中和垂直于熔體流動(dòng)方向的殘余應(yīng)力。試件為PS矩形板，尺寸為W2bL＝0.051×末端附近。曲線1、2分別對(duì)應(yīng)于模腔壁部溫度TW為60℃、熔體溫度T0為244210℃，以及注射速度ucp0.82m/s0.56m/s由圖4—5可以看出，熔體溫度為244℃時(shí)(曲線1)，應(yīng)力分布都是拋物線，型腔末端附近壓力較高。然而，當(dāng)熔體溫度為210℃時(shí)(曲線2)，與曲線1有明顯不同，特別在澆口附近與流動(dòng)平行的方向上(即曲線1和的線2的值明顯不同)。在此部位線2，試件表面為拉應(yīng)力，而在型腔末端附近表面則為壓應(yīng)力，但數(shù)值比曲線1圖 （c4—5中殘余應(yīng)力分布的特點(diǎn)可以用熱應(yīng)力和流動(dòng)應(yīng)力對(duì)總的殘余應(yīng)力的影響4—6所示的是尺寸為W2bL＝0.076×0.00381×0.456m3PS矩形板在澆口附近和遠(yuǎn)離澆口測(cè)得的應(yīng)力分布情況，圖中表示平行于流動(dòng)方垂直于流動(dòng)方向的應(yīng)力。圖中曲線1、2分別對(duì)應(yīng)干TW＝60T0＝215℃和T0＝線2)，為拋物線應(yīng)力場(chǎng)。熔體溫度較低時(shí)(曲線1)，澆口附近流動(dòng)方向的應(yīng)力其他條件也類似。但厚度不同，前者為0.00254m，后者0.00381m，較厚試件的表面4—7所示的是模壁溫度TW變化時(shí)，對(duì)殘余應(yīng)力分布的影響。當(dāng)TW40℃(曲線1)增加至60℃(曲線2)時(shí)，應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力數(shù)值并無(wú)明顯變化，分布特點(diǎn)仍接近于拋物面。因此，在所研究的范圍內(nèi)，模壁溫度TW對(duì)殘余應(yīng)力無(wú)明顯影響。圖7—9所示的是注射速度對(duì)殘余應(yīng)力的影響。試件為PS矩形板，尺寸W2bL＝0.076×0.00381×0.465m3。ucp＝036m／s和ucp＝0.83m/s。由圖可以圖 §4－4注塑件中流動(dòng)應(yīng)力、熱應(yīng)力和殘余應(yīng)力的比較何?要回答這個(gè)問題，首先要確定注塑件中的流動(dòng)應(yīng)力水平。利用應(yīng)力—光學(xué)規(guī)則)得的厚度方向雙折射分布ny4—9所示的是熔體溫度變化時(shí)，澆口附近凍結(jié)了的厚向流動(dòng)應(yīng)力分布情況。材澆口附近熱雙折射值對(duì)總的凍結(jié)了的雙折射n的厚度方向最大值影響很小，所以，至圖4—9所示是在不同熔體溫度下，PS矩形板澆口附近厚度方向流動(dòng)應(yīng)力分布情215℃；ucp＝0.82，0.56，0.70，0.71m／s1、2對(duì)應(yīng)的型腔尺寸為W2bL＝0.051×0.0025×0.48m33、4對(duì)應(yīng)的型腔尺寸為W2bL0.456m34—9可以看出，提高熔體溫度會(huì)明顯降低凍結(jié)的流動(dòng)應(yīng)力，這主要是圖 模壁溫度TW對(duì)殘余應(yīng)力的影圖 圖4－9 圖4－10模壁溫度對(duì)澆口附近厚向流 試件尺寸為W2bL＝0.076×0.0038I×0.456m31、2分別對(duì)應(yīng)于模壁溫度TW＝40℃和TW＝60℃，熔體溫度T0＝224℃，流速ucp＝0.36m／s和ucp＝0.34m／s。從圖中可以看出，提高模壁溫度TW只稍微降低了厚度圖4—11所示即為比較結(jié)果。為W2bL＝0.051×0.00254×0.48m3T＝40T＝223u＝0.47m／s 曲線3是淬火試件熱應(yīng)力沿厚度方向的分布，材料亦為PS，厚度為0.0026m，從170℃30℃淬火。4—113可以看出，淬火試件中的熱應(yīng)力比注塑件中的流動(dòng)應(yīng)力和總殘余圖 §5－1度分在淬火的塑料試件中，密度分布不均勻主要有兩個(gè)原因。一個(gè)原因是塑料試件冷卻通過玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，由于迅速冷卻而使不均勻的密度凍結(jié)。另一個(gè)原因則是殘余應(yīng)力的影響。為了證實(shí)這種觀點(diǎn)，可以測(cè)量經(jīng)回火的無(wú)機(jī)玻璃中與密度有關(guān)的折光系數(shù)。用來(lái)測(cè)量的試件一種是完整的，另一種是碎片。完整試件中測(cè)得的密度是以上兩種原因共同作用的結(jié)果。碎片試件中測(cè)得的則是無(wú)殘余應(yīng)力情況下的密度。從測(cè)量玻璃化溫度Tg時(shí)，大分子的可動(dòng)性較高，所以，與試驗(yàn)過為VfV 限值。自由容積Vf提供了聚合物分子的活動(dòng)空間，也就是說，聚合物分子的可動(dòng)性取自由容積Vf是可自由地重新分配的熱膨脹部分，溫度升高時(shí)，Vf和聚合物所占據(jù)的容積都增大?？偟淖杂扇莘eVf是內(nèi)平衡的自由容積Vfwf兩部分組成，在玻璃化溫度Tg的下限T2，不存在平衡的自由容積。自由容積Vf確定了聚合物分子的可動(dòng)性，分子的可動(dòng)性本身又決定了自由容積的dVf/dt，而此變化速率又決定了自由容積Vf的大小，三者相互關(guān)聯(lián)，說明體積松弛是一個(gè)非線性過程，或者說，聚合物分子的可動(dòng)性通過自由容積Vf對(duì)松弛時(shí)d(VV)V

(Vf,T式中，V為實(shí)際比容；V為平衡比容；為松弛時(shí)間，是自由容積Vf和溫度T－d(VV)VqV 使 式中，R和分別表示在任意參考溫度TR和給定溫度T情況下的松弛時(shí)間；aTTlgaC1(TTRTC2(TTR溫度Tg，則對(duì)很大一類非晶聚合物來(lái)說，在溫度范圍為TgTTg＋100℃時(shí)，C117.44℃，C2＝51.6自由容積所決定，則可以采用修正的WLF方程確定轉(zhuǎn)換因子aT，即lgaC1(TeTR e C2(TTeRTwf(TTT

Twf(TT T2表示玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的下限，亦即試驗(yàn)中觀察到的、無(wú)限長(zhǎng)時(shí)間標(biāo)度的Te定義為有效溫度，即假設(shè)在此溫度下，平衡的玻璃態(tài)自由容積等只要wf不為零，則松弛會(huì)一直進(jìn)行。火后的密度分布情況和PS板注塑后的密度分布情況。5—1給出了厚度為0.381cmPS試件170130℃水中自由淬火23℃件淬火后24小時(shí)測(cè)得的。0.1％。從130℃淬火后的試件密度僅比從170℃淬火后試件的密度稍低，說明試件的初始圖5—20.831cmPS試件在水中自由淬火后的平均密度和厚向密度分布，圖中，曲線1和

表示從170～23℃淬火；曲線2和□表示從170～0℃淬火，數(shù)的試件170～23℃在水中自由5—25—3可以看出，和試件初始溫5—2和圖5—3可以看出一種趨勢(shì)，即降低淬火槽溫度和將試件厚度減薄都會(huì)導(dǎo)致密圖 圖 MA54示，這種分布情況也是在淬火24小時(shí)后測(cè)得的，試件厚度為06cm，水中自由淬火。圖中，曲線1和

是從170～23℃淬火；曲線2和□是從170～0℃淬火；曲線3和△是從130～22℃淬火。由圖5—4可以看出，從170～23℃淬火時(shí)，密度由118968g／c3變化至119268g／c3，改變了約025％，此外，和PS材料類似，PMMA試件表面附近密度變化劇烈，內(nèi)部近似為常數(shù)，從130℃淬火的試件比從170℃淬火的試件密度高。此外，由圖5—4還可以看出．從170℃淬火至23℃與淬火至0℃得到的密度分布幾乎圖 圖 PMMA試件淬火后的密度分5—4中，水平虛線表示的是試件未切割開時(shí)測(cè)得的試件平均密度，其數(shù)值較切薄片不再受鄰近材料的約束，因而松弛得快一些所造成的，但是，PS材料并非如此，PS料中測(cè)得的和計(jì)算出的密度平均值相同。5—5給出了厚度對(duì)淬火PMMA板密度分布的影響。圖1和

對(duì)應(yīng)的板厚為0.60cm；曲線2和□對(duì)應(yīng)的板厚為0.28cm，從370～0℃淬火，淬火后24小PSPMMA材料中，都觀察到了密度分布隨時(shí)間而變化的現(xiàn)象。盡管PS淬火試件的密度較退火試件的密度小，但仍然觀察到了很小的密度松弛。PMMA淬火試件中，密度的松弛更為明顯。5—6給出了試件淬火后經(jīng)歷不同時(shí)間所測(cè)得的密度分布情況，試件為厚0.60cmPMMA平板170～23℃淬火，曲線1和

為淬火小時(shí)測(cè)得的密度分布在靠近表面處變化很快，此表面層約為板厚的10％。從淬火后24小此外17024小時(shí)130℃淬火經(jīng)24小時(shí)后，則試件中密度變化(參閱圖5—4中曲線△)。圖

圖 dV (VVe) d aT,v aT,v式中，Ve和V分別表示溫度為T時(shí)的平衡比容和死機(jī)比容，兩者之差為非平衡的自由容積wf。式(6—7)說明了實(shí)際比容的變化率與非平衡的自由容積成正aT、vfR為松弛時(shí)間，其中R是某一參考溫度TRaT、vf為變換因子，可以用式(5—eeiLi2GV(TT)iLi2G

(TT

T2T2

22式中，L和G分別表示橡膠態(tài)和玻璃態(tài)的體積膨脹系數(shù)；Ti為初始溫度；Vi為 0.8685cm3／g淬火時(shí)，試件中溫度T(y,t)在厚度方向隨時(shí)間的變化可由以下偏微分方程解得 yT(y,0)T(0,t)kT(b,t)hT(b,t)T

情況下計(jì)算，求得的值為1470J／(s．m．K)，方程(5—9)可用有限差分法求解。根據(jù)計(jì)算，PS料的橡膠態(tài)和玻璃態(tài)體積膨脹系數(shù)分別為L(zhǎng)＝0.00019cm3／(g·K)T＝70℃。PMMA的＝0.00047cm3／(g·K)， 0.00012cm3／(g·K)T＝50130℃時(shí)的松弛時(shí)間 0.0021s0.008s5—7PS出，淬火結(jié)束后，試件中所有點(diǎn)的密度最終將達(dá)到相同的數(shù)值(5—74)。材布基本上沒有影響，并且，試件厚度對(duì)密度分布影響也很小。例如，PSPMMA試化，故只有自由容積是密度變化的5—8給出了厚度分別為0.28cm和0.60cm的PMMA的矩形板經(jīng)淬火后密度隨時(shí)間變化的理論預(yù)測(cè)和試驗(yàn)結(jié)果。圖中，曲線1和0.28cm的試件2和□是厚度0.60cm的試件130～23℃淬圖 PS板淬火后不同瞬時(shí)的厚度分

圖 現(xiàn)在考慮注塑工藝條件對(duì)密度變化的影響。試驗(yàn)所用模具的型腔尺寸為(□)；200℃(

)；220℃(△)；240℃(×)。流量Q＝36cm3／s，并保持不變。保壓壓力p造成的。流量Q變化時(shí)也觀察到了類似結(jié)果，唯一的差別是流量大時(shí)試件的密度亦大。此外，由圖5－9還可以看出，在最高溫度(240℃)和最低溫度(180℃)時(shí)，澆口附近密圖5－9

圖 圖510所示為保壓壓力對(duì)密度的影響，保壓壓力分別?。?.4MPa 壓壓力迫使熔體流入型腔，使密度增大。當(dāng)采用低保壓壓力時(shí)，對(duì)密度分布的影明顯。從現(xiàn)有資料得知，最低臨界壓力還可能取決于流量Q，Q值大，則最低臨界壓力高，而Q值本身對(duì)注塑件中密度分布則無(wú)明顯影響。因此，在工藝參數(shù)中，保壓壓力§5－2sVN藝條件為T，Qp)＝(240℃，72cm3／s，57.8kg／cm2)PS 中的冷卻速率，模壁溫度TW，充模速度等。熔體溫度T0對(duì)收縮s的影Tsp＝57.8kg／cm2，Q＝7.2cm3／s（

)36 ／s(O)TW＝30收縮率s隨T0升高而降低的原因是：T0高則熔體粘度降低力不變，則傳遞到型腔內(nèi)部的壓力會(huì)增加，而且由于 提高，使?jié)部诜忾]時(shí)間延長(zhǎng)圖5—12給出了PS矩形板在不同流量Q的情況下收s和保壓壓pa的關(guān)系 ＝240℃，Q＝7.2cm3／s，模壁溫度TW30℃。由圖可以看出，流量Q對(duì)收縮澆口形式對(duì)收縮率s的熔體流入型腔，因而密度也較大，從而使收縮率降低，如圖5—13所示。圖中，1、2、3分別表示澆口截面面積為2.58mm2、9.7mm226.5mm2圖 熔體溫度T0對(duì)體積收縮s的影 圖 保壓壓力pa對(duì)收縮s的影圖 圖 模具溫度TW對(duì)收縮率s的影定后的尺寸之間的差，以mm／mm表示。表5— 圖 圖5—15(a)PP；()ABS1.9m3.8mBSPP時(shí)所5—15()0.0210.0120.33mm8—15(b)ABS0.0052到0.0701mmPP圖 圖 為了消除圖5—15(a)中上、下兩部分尺寸之差，也可以采用加大較厚部分型腔寬5—16ABS5－16（b）制品水平底部厚度為4.6mm3.6mmABS收縮率小，底部和伸出部分厚度雖然不同，但相差不大，故制品并不翹曲，滿足技術(shù)要求。圖5－16（a）制品設(shè)計(jì)時(shí)，水4.6mm8mm，這部分冷卻緩慢，收縮量大，造5—17所示為槽形件底部厚度不同時(shí)造成的翹曲情況，由圖可以看出，底部和 §6－1注塑壓力周圖6—1所示的是模具的一個(gè)壓力周期，也就是在一個(gè)注塑周期中，模具型腔中壓力隨時(shí)間而變化的情況。圖中，垂直坐標(biāo)為壓力p；水平坐標(biāo)為時(shí)間t。一個(gè)壓力周期可以分為若干個(gè)時(shí)間階段，如圖中所示。tA是從注塑時(shí)間，稱為停滯時(shí)間。tB是熔體流入并充滿型腔所經(jīng)歷的圖 tC是型腔中壓力上升至注射壓力所經(jīng)歷的時(shí)間，或稱壓力建立階段。tD為保壓圖 在模具壓力周期中，螺桿向前推動(dòng)的時(shí)間tf6—2所示為螺桿向前推動(dòng)時(shí)間tf對(duì)模具壓力周期的影響。該圖是在其他條件不變的情況下得到的，自左向右，螺桿推移時(shí)間tf6—2可以看出，tf雖然變化，但型腔充填時(shí)間tB相tC也基本相同(6—1)。然而，保壓時(shí)間tD卻隨螺桿推移而是趨向于一個(gè)極限值。繼續(xù)延長(zhǎng)tf，壓力周期有可能不再隨tf而變化，如圖6—2面和型腔表面之間的摩擦力增大，使開模和頂出制品，容易劃傷制品表面，制品還應(yīng)當(dāng)?shù)氖?，?dāng)tf短而注射量低時(shí)，由于聚合物的冷卻收縮作用，開模前腔中的殘余壓力有可能為零。延長(zhǎng)tf值，就會(huì)加大殘余壓力。推遲開模時(shí)間，此殘余tf對(duì)開模的影響。另外一個(gè)重要方面是tf§6－2注塑過程中的冷卻時(shí)間和封閉時(shí)間TMCT，才能在模具設(shè)計(jì)中使實(shí)際冷卻時(shí)間盡可能接近制品的TMCT。但要做到這一點(diǎn)是很的，因?yàn)檫€必須考慮到TMCT＝f(p,m,2b) 式中，p為塑料的熱擴(kuò)散系數(shù)；m為模具材料的熱擴(kuò)散系數(shù)；2b為注塑制品的厚度。TMCT的影響可以忽略。換句話說，來(lái)自型腔中塑料制品的熱量可以很迅速地經(jīng)模具虛線為ABS材料的凝固溫度。圖 圖 二、澆口封閉時(shí)間ts和冷卻時(shí)間tc的試圖6—7所示。c為6.6d為0.9％。每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)都是五個(gè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值。由圖可以看出，每組試驗(yàn)點(diǎn)都可組成兩段直線，封閉時(shí)間ts為試件重量開始達(dá)到常數(shù)(圖中箭頭所圖 6－51s為—級(jí)法澆口。ts的最大誤差為1s圖 厚度/重量比值隨冷卻時(shí)間tc的變化和冷卻時(shí)間tc的確平均值。冷卻時(shí)間tc值由圖中(↑)常數(shù)后變?yōu)樗?。到達(dá)此常數(shù)值的時(shí)間即被認(rèn)為是所求的冷卻時(shí)間tc。1s1s作為冷卻時(shí)間的開始點(diǎn)，測(cè)量tc之前要先將此點(diǎn)找出。所得結(jié)果的最大誤差為±1s。冷卻時(shí)間tc的測(cè)定方法很多，以上所介紹的方法其優(yōu)點(diǎn)是和注塑工藝密切相關(guān)，因?yàn)槔鋮s時(shí)間tc經(jīng)常是按照可允許的頂出桿痕跡的大小進(jìn)行估計(jì)的?！?－3模具中的熱交制件厚度；制件形狀；dQkA(dT 式中，dQ/dt為瞬時(shí)熱流率，單位是J／skW/m·℃A為垂直于熱流方向的物體截面積，單位是cm2dT/dx為溫度梯度。在穩(wěn)態(tài)情況下，dQ/dt與時(shí)間無(wú)關(guān)，通常用q表示，則方程(6—2)可表示為qkA(

上式，傳導(dǎo)的熱流率與材料的熱傳導(dǎo)系數(shù)k成正比。但在注塑生產(chǎn)中，選用塑料制品的冷卻亦與本身材料的熱擴(kuò)散系數(shù)有關(guān)。或者說，熱擴(kuò)散系數(shù)是制品冷卻時(shí)間的限制因素，愈大，則制品中溫度變化。熱擴(kuò)散系數(shù)可用下式計(jì)算些常用塑料(未加填料)和模具材料的k、cp和值。表6— CpABS鋁圖 如圖6—7所示，若固體表面溫度為T1，遠(yuǎn)離固體表面的流體溫度為T，則按

qhA(T1T h值可計(jì)算求得，但在多數(shù)情況下，h值必須由試驗(yàn)確定?？芍瑹崃髀蕅與冷卻介質(zhì)的溫度T以及對(duì)流傳熱系數(shù)h值有關(guān)。若降低冷卻度會(huì)受季節(jié)影響。提高熱流率的另法是改進(jìn)對(duì)流傳熱系數(shù)h。pp努賽爾(Nusselt)N 雷諾（Reynolds）R 普朗特（Prandtl）P ppkNuF(Re,Pr)或hDF(Re,Pr) N1.86(

)0

1DR3P3() L Lw式中，b冷卻介質(zhì)的平均粘性系數(shù)；w為冷卻介質(zhì)在管壁濕度下的粘性系數(shù)；L和D分別為冷卻管道的受熱長(zhǎng)度相直徑。系數(shù)h比較小。 1 D2Nu0.116(Re3125)Pr31()3(b)0 式(6—7)對(duì)比L/D很敏感，L/D和湍流區(qū)之間的關(guān)系并非乎穩(wěn)。在湍流區(qū)，Re數(shù)大于10000h值所用的經(jīng)驗(yàn)公euN0.023R0eu

高Re數(shù)時(shí)，冷卻管道中雖然是湍流，但在壁部表面有一薄層，此層的湍流受到粘滯h值。介質(zhì)的Pr數(shù)愈大，則溫度梯度也愈大，因此介質(zhì)的傳熱性愈好。4

N0.017R08P04(Pr)025(d2)0 Pd Pd ，式(6—10d2/d11.21.4之間的情況。qAF(T4T4 ／(m2K4)；A為模具表面面積，T和T分別為模具溫度和周圍介質(zhì)(空氣)的溫度，T T2皆用絕對(duì)溫度表示，F(xiàn)1為熱輻射系數(shù)決定何時(shí)開模及取件。若塑料制品的溫度未曾達(dá)到所要求的某一最低值即行Bb/k 1/

T1,T2T3…所示。Bi的關(guān)系H的溫度分布則如圖6—9所示，當(dāng)平板為塑料時(shí)則屬于這種情況。而變化，并忽略壓力和收縮的影響。熔體的初始溫度為282℃，模具的初始溫度為圖

此外，計(jì)算機(jī)軟件還可計(jì)算出塑料制品的理論最小冷卻時(shí)TMCT。模具設(shè)計(jì)過程中，知道了TMCT就可以改進(jìn)模具冷卻系統(tǒng)，使冷卻時(shí)間盡可能接近于TMCT，以提高生產(chǎn)效率。TMCT值取決于熔體溫度和頂出溫度，而頂出溫度在生產(chǎn)過程中很難測(cè)量，所熔體溫度282℃；頂出65℃qH。熔體的另一部分熱量則通過模具各表面散失到周圍環(huán)境，設(shè)此部分熱量為qE。

qM＋qE＋qH qMqEqH分別給以介紹熔體傳遞給模具的熱量 MB(i2i1

模具與周圍環(huán)境的熱交換qE＝qe＋式中，qe表示模具側(cè)面與周圍環(huán)境交換的熱量；qc表示模模具與冷卻介質(zhì)之間的熱交換

qeqE15％qMB(i2i1

c式中tc為冷卻時(shí)間續(xù)傳熱過程。這部分熱量傳遞的速率為qEqH之和。qA＝qs＋qE＋ qHhHAH(TWTH 冷卻時(shí)間tc時(shí)也需要此溫度模具設(shè)計(jì)時(shí)，確定了冷卻管道的近似布置和尺寸后，冷卻管道的面積AH可用AWHLH

H0.8～h k)(DHuHH)08001mH(Pr)04H

H為冷卻介質(zhì)的動(dòng)粘性系數(shù)，mH為冷卻管道轉(zhuǎn)彎(流向折回)數(shù)；H是與比值LH/kh R08P0k

k0667u0808c0

p卻管道和水的流速不當(dāng)溫度從20℃升高37.7℃時(shí)對(duì)流傳熱系hH會(huì)由于K的變化而3.3％，由變化0.47c變化而降0.26％，由于H變p但由于模壁溫度TW和水溫T之差減小，故按式(6－4)求得的熱流率q仍會(huì)降低6－2鍍層(如硬鉻層等)SikiSi為第iki為第i層非晶表面層變薄，同時(shí)制品的松弛時(shí)間增加，取向和殘余應(yīng)力都會(huì)降低，制品的質(zhì)量較好。因此，人們總是希望在注塑過程中有高的接觸溫度TK和低的型腔溫度TW。Al2O3為基的陶瓷0.3～0.4mmPS料的注塑§6－4冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)和參數(shù)優(yōu)化精度及外觀質(zhì)量。一般冷卻管道距型腔表面的距離取15—25mm。澆注系統(tǒng)內(nèi)塑料的時(shí)間，對(duì)模具澆注系統(tǒng)要加強(qiáng)冷卻。另外，在塑件可能出現(xiàn)熔需要可以使用隔板、噴水管裝置或熱管，圖6—12所示的是這三種裝置的示意圖。圖 熔體，并在鑲嵌件底部開出型槽，放入O形密封圈以防漏水。具型腔溫度的特點(diǎn)，任意改變一個(gè)或多個(gè)冷卻管道中介質(zhì)的參數(shù)就可調(diào)整管道的型腔表面溫度。其缺點(diǎn)是，需要多個(gè)冷卻介質(zhì)出口與，增加了冷卻循環(huán)裝置的復(fù)有隔板的直孔(6—14)冷卻。圖 型芯中開設(shè)斜向冷卻

圖 圖 是冷卻管道直徑的1.5倍。fF(Re

DRee為冷卻管道粗糙度的高度平均值。若efD為冷卻管道直徑。關(guān)系式(6—21)只能由試驗(yàn)確定。不同粗糙度時(shí)摩擦系數(shù)和雷諾數(shù)之間的關(guān)系曲線稱為stanton圖。這些曲線，在層流區(qū)，壓降與卻時(shí)間則分別為圖6—16中所示的H1、F1和t1。若采用了這套設(shè)備，則設(shè)計(jì)員按照處的壓力可近似取為1.1p2。圖 §6－5冷卻效果不良對(duì)制品質(zhì)量的影響圖 表面方向彎曲，如圖6—17(b)所示。有些人在解決翹曲問題最常用的方法是，在制品上增加加強(qiáng)肋，然而這種辦而雷諾數(shù)Re也隨之改變。若增大冷卻管道直徑，就需要提高壓力，以保持冷卻介質(zhì)處于圖 6—18所示，較冷的—邊壓應(yīng)力高，而較熱的一邊壓應(yīng)力很低，在嚴(yán)重情 §7－1注塑模分模與臥式注塑模在成形時(shí)，其熔融塑料注入模具的方向與模具的開啟方向一致（圖－2垂直（圖73。圖 12345689101112－1920普通注塑模((圖7—17—)—I(圖 臥式注塑 圖 角式注塑1－定模固定板；2－導(dǎo)套；3－導(dǎo)柱 4－定模型板；5－動(dòng)模型板；6－墊板 7－支承塊；8－頂桿固定板 6－動(dòng)模型板；7－型芯 12－支承釘；13－拉料桿；14－頂板導(dǎo)柱；11－頂桿；12－螺釘；13－頂桿15－頂板導(dǎo)套；16－頂桿；17－型芯 14－頂桿固定板；15－頂管18－定位圈；19－主流道圖 圖7—)5、2191718—I和Ⅱ—2015特種注塑模開模時(shí)，注塑機(jī)頂出桿推動(dòng)模具中頂桿墊板11向前運(yùn)動(dòng)，活動(dòng)型芯3將塑件頂出。側(cè)滑塊等側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)(圖7—6)。開模時(shí)，定模固定板16和斜導(dǎo)柱一起沿模具軸線方向后退，塑件留在動(dòng)模部分型芯4上。與斜導(dǎo)柱2配合(間隙配合)的側(cè)滑塊3向模圖 圖 瓣合式注塑模又稱哈夫式注塑模。它適合于成形外側(cè)有對(duì)稱凹凸形狀的塑件。瓣合模的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，型腔由兩瓣合塊對(duì)合而成，瓣合塊由頂桿、斜導(dǎo)件、側(cè)滑板或斜7—7圖 瓣合式注塑 圖 成形螺紋的注塑 6－鑲件；7－定模型板具。圖7—8所示為角式注塑機(jī)上成形塑件螺紋部分的模具。圖中，螺紋型芯1由注塑8帶動(dòng)脫件7脫出嘴等零件(7—10)，通過對(duì)模具澆注系統(tǒng)采取絕熱和加熱等措施，使流道內(nèi)的塑料始圖 圖 §7－2澆注系統(tǒng)設(shè)圖 （a）完整的澆注系統(tǒng)圖；（b）主流道與分流道剖面圖圖 d1d1d0.5~1)mm(d為注塑機(jī)噴嘴直徑)常主流道錐度取1°～2°。對(duì)于粘性較大的塑料，錐角可適當(dāng)放大。r取1~3mm。為保證主流道內(nèi)塑料最后凝固，主流道出口直徑應(yīng)大于分流同而取值不同，其值列于表71。主流道襯套與模板上孔的配合為H7m6或H7/n6500g500g上、下模板流道的精確對(duì)合發(fā)生。圓形截面比較適合于單型腔或少型腔模具。正 圖7－13 超過25mm。式而定。分流道截面直徑大，則熔融塑料時(shí)間長(zhǎng)，每一個(gè)循環(huán)周期的時(shí)間也相應(yīng)WW

式中，W為塑件質(zhì)量(s)；L為分流道長(zhǎng)度尺寸(mm)；D為分流道直徑(mm)。分流道系統(tǒng)的尺寸也可內(nèi)塑件重量、分流道直徑與長(zhǎng)度的關(guān)系圖確定(7－14)。圖 PVCPMMA7－14查得的數(shù)值或式（7－1）算出的數(shù)值要增加25％。

n塑件流動(dòng)比＝ ni1塑件流動(dòng)比＝L1L2L3L4 流道的布置布置的流道(7—16)和非平衡布置的流道(7—17)。的。理論上型腔是在同一時(shí)間充滿并在同一時(shí)間，因而平衡布置的流道是比較理非平衡布置的流道．熔融塑料進(jìn)入各個(gè)型腔的時(shí)間不一致，各型腔充滿及時(shí)圖 圖 圖 澆口BGV值相等，即可達(dá)到澆口平衡。BGV

（mm2；（mm（mm設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)矩形澆口常取澆口的截面積與流道的截面積之比Wa LRaAGa× LGbLRb式中，Wa、Wb分別a、b型腔充填量（g）AGaAGb分別a、b型腔澆口（2； 、 （mm； 、 mm對(duì)一般矩形澆口，共寬度與深度之比取3：10.07～0.09圖 直接澆直接直接澆口是熔融塑料直接從主流道進(jìn)入模具型腔的一種澆口形式(圖7－1)形式的澆口一般設(shè)置在塑件表面或背面，其優(yōu)點(diǎn)是注塑壓力損失小，缺點(diǎn)為澆口切除后．塑件上留下的痕跡大，影響塑件的美觀。直接澆口適合于大型或深度尺寸較大的圖 側(cè)澆口長(zhǎng)度尺寸一般取l＝0.5～0.75mm，澆口深度尺寸h由下述經(jīng)驗(yàn)公式確定h 7－2mPE、PC、PA、mmw m搭接式澆口均勻地充滿型腔。搭接式澆口的結(jié)構(gòu)如圖7－20所示。同之處在于搭接式澆口長(zhǎng)度分為l1和l2兩段。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)l1＝0.5～0.75mml2由下式定lh

(11— 扇形 圖 搭接式澆 圖 扇形澆的截面面界小于與之相連的流道截面積。扇形澆口長(zhǎng)度尺寸一般取l＝1、3mm，澆口mw mh1h

m為塑料常數(shù)(7－2)t為塑件壁厚(mm)w(mm)；D為與澆口相連的流道直徑(mm)；h1為澆口出口深度尺寸(mm)；h2為澆般都加工成如圖7—22(b)所示的形式。直(7－23)。圖 圖 X0.9tY ZX為調(diào)整片深度尺寸(mm)Y為調(diào)整片寬度尺寸(mm)Z為調(diào)整片長(zhǎng)度尺寸(mm)；D為與澆口相連的流道直徑(mm)t為塑件壁厚(mm)。盤狀型腔(7－24)。盤狀澆口根據(jù)需要可以開設(shè)在型芯上，也可以開設(shè)在型腔板上。 圖7－24 l0.75~hh1

l1環(huán)狀

l0.75~h

式中l(wèi)為澆口長(zhǎng)度尺寸(mm)h為澆口寬度尺寸(mm)m為塑料常數(shù)(見表7－2)t為塑件壁厚(mm)。膜片lh

2)t為塑件壁厚(mm)。圖 環(huán)狀澆 圖 膜片澆3－主流 結(jié)構(gòu)及澆口部位尺寸關(guān)系如圖7－27所示。圖 點(diǎn)澆l0.5~dmCt4

Ap為塑件外表而積(mm2)Ct為塑件壁厚系數(shù)(見表7－3)7－3塑件壁厚系數(shù)壁厚12系數(shù)潛伏式澆口7－28五、冷料常用的冷料穴的形式和尺寸如同7—29所示。圖 （a“ZC，當(dāng)分流道較長(zhǎng)時(shí)，還需在分流道末端設(shè)計(jì)冷料穴，以使流動(dòng)前沿冷料不堵塞澆口(7－30)。圖 §7－3頂出機(jī)構(gòu)設(shè)一、頂出F Cd Fd( d( Cdp(TMTE)d 式中，p為理料熱膨脹系數(shù)(1/K)TM為注入型腔的熔融塑料溫度(℃)TE為塑pEAf(TMTEF d

頂桿圖 頂出頂圖 圖 應(yīng)留有最小0.15mm的距離(圖7—34)。圖 圖 圖 36)l1通常取10～15mm。l2對(duì)小直徑頂桿取直徑的5～6倍。l2板孔配合的一段要淬火處理，硬度要在HRC55以上，以減小磨損。頂管有影響。圖7－37所示為頂管頂出結(jié)構(gòu)。圖7－37頂管頂 圖 頂管種 （b）頂管設(shè)計(jì)時(shí)，頂管壁厚最薄處不能小于1.5mm，頂管一般需淬火，硬度為HRC55以脫件板脫出7—39種結(jié)構(gòu)下，脫件板與型芯的配合部分一般設(shè)計(jì)成帶有料度，斜角3°～5°，以－40所示為定距分型拉桿拉動(dòng)脫件板脫模的結(jié)構(gòu)推塊面采用推塊頂出。7－41所示為一推塊頂出塑件的結(jié)構(gòu)圖。當(dāng)模具開啟到一定程度氣動(dòng)氣動(dòng)頂出利用壓縮空氣通過型芯內(nèi)的通道推動(dòng)氣閥頂出塑件(7－42)。在這種頂圖 圖 （a）閉模狀態(tài)；（b）圖7－41推塊頂出機(jī) 圖7－42啟動(dòng)頂出機(jī)1－動(dòng)模型板；2－型芯；3－推塊；4－復(fù)位桿；1－密封圈；2－螺母；35－墊板；6－型芯固定板；7－推板；8－頂桿4－氣閥；5定模7－43為定模脫件板脫出塑件的結(jié)構(gòu)。開759拉住圓柱圖 二次頂7－44所示為一彈簧二次頂出機(jī)構(gòu)，此機(jī)構(gòu)在開模時(shí)先由彈簧4的彈頂力作用在動(dòng)模型225分開并移動(dòng)一定距離，使塑件從上脫下，緊接著，注塑機(jī)頂出系統(tǒng)使模具頂出機(jī)構(gòu)動(dòng)作，帶動(dòng)頂桿3將塑件從模具型頂桿分流道頂桿1在頂桿墊板的推動(dòng)下向前移動(dòng)，將分流道凝料從流道內(nèi)頂出。圖 圖 拉板圖 7—4834首先分型，與此同時(shí)，主流道凝料被拉料桿1拉出主流道襯套5，而分流道末端的小斜窩卡面分型，流道凝料由定模型板3推動(dòng)，使其從拉料桿1上脫下。四、復(fù)位(圖749)2圖 §7－4模具冷卻方具型腔溫度的特點(diǎn)，任意改變一個(gè)或多個(gè)冷卻管道中介質(zhì)的參數(shù)就可調(diào)整管道的型腔表面溫度。其缺點(diǎn)是，需要多個(gè)冷卻介質(zhì)出口與，增加了冷卻循環(huán)裝置的復(fù)有的模具在型腔板上開設(shè)冷卻管道比較，對(duì)這種模具，可采用在型腔板四周封圖密封，冷卻介質(zhì)和出口均開在冷卻板外側(cè)，如圖7—50所示。圖 7—51結(jié)構(gòu)的冷卻通道來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種結(jié)構(gòu)中，圖 有隔板的直孔(7—53)冷卻。圖7— 型芯中開設(shè)斜向冷卻 圖7— 1－密封堵頭；2－冷卻孔；31－密封堵頭；2－隔板；3－冷卻對(duì)這樣的型芯，常將其內(nèi)部加工成空心，并將一管子置于其中(7—55)。冷卻液進(jìn)入圖 圖 3－密封圈；4－冷卻液3－管子；4－墊圖 圖7-57多型腔模具型芯的冷 3－隔板；4－密封對(duì)于多型腔模具型芯的冷卻，常用圖7－57所示的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)中，冷卻液逐的頂出機(jī)構(gòu)冷卻方式如圖7—58所示。7－48頂出機(jī)構(gòu)能。應(yīng)熱管來(lái)制注塑型表面的溫，可以模腔內(nèi)量圖 §8－1HSCAE如果沒有CAE分析，我們僅依靠以前的經(jīng)驗(yàn)、、原型或是注塑經(jīng)驗(yàn)來(lái)獲得例得到的工藝過程可以幫助初學(xué)的工程師克服經(jīng)驗(yàn)不足帶來(lái)的。同時(shí)，它可以幫助HSCAE是華技大學(xué)塑性成形模擬及模具技術(shù)國(guó)家華塑軟件研究自動(dòng)生成分析報(bào)告，支持打包IE自動(dòng)修復(fù)CAD充模模塊：冷卻模塊：自動(dòng)檢測(cè)與修復(fù)CAD模型的常見錯(cuò)誤；了在工藝設(shè)計(jì)的每一個(gè)步驟中CAE的作用。本篇的全部實(shí)例均是使用HSCAE軟件完§8－2HSCAE行方案設(shè)個(gè)主要制品質(zhì)量是翹曲。設(shè)計(jì)分析是用HSCAE軟件完成的。圖 4.01s8－4所示，這樣就可以大大減少流長(zhǎng)，分析結(jié)果如圖8－5所示。圖 澆口設(shè)計(jì)圖 圖 圖 HSCAE中進(jìn)行分級(jí)注射設(shè)0.89s8－6所示。分級(jí)注射的工藝設(shè)置如圖8－7所示，優(yōu)化的充填時(shí)間是0.9s，進(jìn)行分級(jí)注射的流動(dòng)分析結(jié)果如圖8－8所示。比較圖8－6和圖8－8，可以看出，圖8－8中的熔體前沿速度更接近恒定的，因圖 圖 （8－12所示，在設(shè)計(jì)一的冷卻設(shè)計(jì)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，除去了一些直管和噴流管，其翹曲結(jié)果如圖8－14所示，翹曲最大為2.00mm，比設(shè)計(jì)一的翹曲結(jié)果要小。圖 8－10圖 圖 圖 8－14采用分級(jí)注射、設(shè)計(jì)平衡的冷卻系統(tǒng)，即幾個(gè)設(shè)計(jì)方案中選取合理的三個(gè)綜合起來(lái)。其翹曲結(jié)果如圖8－15所示。圖 §9－1物理過雖然正確的選擇給定零件和模具的流道尺寸是很重要的事，但是很多時(shí)候人們并沒有認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，因而沒有給予足夠的重視。在大的流道中，相對(duì)來(lái)說熔體容易流動(dòng)，但填充所要求的冷卻時(shí)間變長(zhǎng)了，材料的消耗與廢料變多了，也需要更大的鎖模力。設(shè)計(jì)最小的適當(dāng)?shù)牧鞯老到y(tǒng)將最大程度地在成形中提高原材料和能源的利用率。SAE很好的工具，具有良好的人機(jī)交互界面，顯示用戶設(shè)計(jì)的流道形狀和尺寸，通容易零件數(shù)量（L）生長(zhǎng)單個(gè)零件的循環(huán)時(shí)間(tc),廢品指數(shù)(K)(廢品指數(shù)表示為K=1/(1－型腔數(shù)量注塑機(jī)的注射能力也是決定型腔數(shù)目的一個(gè)因素。用注塑機(jī)注射量 作為注射重量(S)，除以零件的重量(W)就是型腔的數(shù)量。關(guān)系型腔數(shù)量型腔數(shù)目=P/(X后面的兩種是自然平衡的（如圖91。自然平衡的系統(tǒng)從進(jìn)料口到各個(gè)型腔的系統(tǒng)不是自然平衡，但是它比自然平衡的系統(tǒng)有的型腔，更小的流道容積和更低圖 圖 形的融合，即U形流道、半圓形流道、矩形流道。圖 Dh4A/式中Dh為水力直徑，A為截面面積，P為截面周長(zhǎng)。圖 D(w1/2L1/4)/其中D=流道直徑（mm）3mm3.8mm處。這是直3.81.297.59－1為一般材料的流道直徑。 mm（英寸 mm（英寸1.6－9.64.8－9.66.4－9.6Impact4.8－9.63.2－9.66.4－9.63.2－9.6PhenylenePVC6.4－16.06.4－8.0圖 PS,ABS,SAN材料的流道直徑圖圖 PE,PP,PA,PC,POM材料的流道直徑圖 塑料一直處于熔融狀態(tài)。第二種是在流道環(huán)繞有加熱器，加熱器中有隔熱裝置使流道的優(yōu)缺點(diǎn)，它們的簡(jiǎn)圖如9－8所示。9－2 圖 HSCAE進(jìn)行人工平衡流道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不僅節(jié)省時(shí)間而且能夠提高充型腔注意非準(zhǔn)的流直徑可會(huì)加模具制和費(fèi)用。間的填充方式產(chǎn)生。（99。圖 §9－2流道設(shè)如果有分流道，那么分流道的直徑要小于主流道的直徑。 表示分流道的d量，那么主流道直徑與分流道直徑之間的關(guān)系為：

d分梯形流道的深度大約等于其寬度，斜邊應(yīng)有5°至15°的錐度；對(duì)于大多數(shù)材料來(lái)說，推薦的最小流道直徑的值為9－10HSCAE中系統(tǒng)能自動(dòng)設(shè)計(jì)冷料常用材料的典型流道直徑大小在標(biāo)9－1中描圖 §9－3HSCAE應(yīng)預(yù)測(cè)工藝條件的影響（如注射速度）的人工平衡如圖9－12所示。圖9－13是自然平衡的流動(dòng)效果。圖 圖 圖 §10－1物理過10-1澆口尺寸中的術(shù)語(yǔ)10-1側(cè)澆口的最小寬度為6.4mm澆口的尺寸一般是厚度為0.4-6.4mm，寬度為澆口的尺寸通常是厚度為0.4-0.6mm，寬度為澆口的尺寸一般是厚度為0.25-1.6mm，切除尾料。澆口的直徑一般為0.25到1.6mm。開模時(shí)自動(dòng)切除。通常澆口直徑為0.25到2.0mm?！?0－2設(shè)計(jì)準(zhǔn)一般合適的長(zhǎng)度為1到1.5mm。§10－3HSCAE應(yīng)10-210-310-4如果兩個(gè)方向的體積收縮率不一樣，就會(huì)發(fā)生翹曲，就像圖10-5中所示。 §11－1物理過壓力是克服聚合體的阻力的推動(dòng)力量，它使聚合體能夠填充模腔。如果一11－1所圖 的增加聚合物處的壓力必須增加以保證有適當(dāng)?shù)淖⑸淞鲃?dòng)速度。圖 §11－2公式11－3把注射壓力在下面的公式中P代表注射壓n代表材料常數(shù)。對(duì)于不同的材n的取值范圍從0.15至0.36。圓形流道的流動(dòng)（如熔體從主流道，流道和圓形澆口進(jìn)入熔體速度流道長(zhǎng)度體積流量 截面直徑

扁平流道的流動(dòng)（如熔體在狹小的型腔內(nèi)流動(dòng)熔體速度流道長(zhǎng)度體積流量截面寬度截面高度

圖 §11－3熔體前沿速度與面熔體前沿速度（MFV）是指塑料熔體前沿在型腔中的推進(jìn)速度，熔體（MFA）是指塑料熔體前沿的面積，這個(gè)兩個(gè)參數(shù)都是比較重要的。11－3時(shí)說明了這樣一個(gè)例子，雖然注射速度恒定但用下產(chǎn)生取向性。因?yàn)槿垠w常常是向低溫的模具注射，在零件表面的地方大部分圖 MFVMFA是重要的設(shè)計(jì)參數(shù)，特別是對(duì)于型腔填充過程中的流動(dòng)平衡。舉例11－5繪制了對(duì)應(yīng)平衡和不平衡的澆注模式的MFA圖。)熔體前沿速度(MFV) §11－4分級(jí)注在HSCAE中，支持分級(jí)注射優(yōu)化功能。在圖11－6中，紅色的曲線是保持恒定的度能盡量滿足恒定的MFV，如下圖11－6所示。11-7，系統(tǒng)將運(yùn)用人工智能技術(shù)，以圖 11-7§11－5HSCAE應(yīng)HSCAE作為工具來(lái)檢驗(yàn)如澆口位置和數(shù)量，零件厚度，材料和熔體圖 幫助設(shè)計(jì)者在零件設(shè)計(jì)的過程中選取合適的尺寸，如圖11－8所示。圖 在計(jì)算機(jī)模擬的幫助下設(shè)計(jì)者可以檢驗(yàn)因改變注射時(shí)間而帶來(lái)的的復(fù)雜影圖 11－10表示。圖 圖 (－)(1－)HSCAE來(lái)預(yù)測(cè)不同的材料的注射壓力范PPPMMA樹脂，模腔為200mm×25mm×2mm的矩形。圖 這張圖，模擬軟件使用了16種不同的材料，三種不同的溫度。該圖所對(duì)應(yīng)的零件是112.5mm×60mm×3mm的矩形。圖 力大下降10%。HSCAE能夠提供作為熔體和模壁溫度函數(shù)的更加準(zhǔn)確的注射壓力，如表11－1所示。圖 序熔體溫度模壁溫度注射壓力12345和恒定的填充速度的效果在圖11－15中表現(xiàn)出來(lái)。圖 使用HSCAE改進(jìn)設(shè)計(jì)的例子中，我們的目標(biāo)是使熔體前沿的速度保持恒定。MFV（熔體速度除MFA）提供了一個(gè)比較不同設(shè)計(jì)和工藝的指標(biāo)。如前所述，MFV影響分子和纖維方向MFV在設(shè)計(jì)1中，其工藝設(shè)置如圖11－16所示，采用的是恒定的體積充填速度（即螺桿轉(zhuǎn)速恒定。在這樣的工藝條件下，熔體在注射的開始階段MFA很小，MFV很大，但隨著熔體向前流動(dòng)，MFA迅速增大，MFV迅速減小；在注射的后期，型腔中只剩四個(gè)角落沒有充填，MFA變得很小，此時(shí)MFV又會(huì)增大。設(shè)計(jì)1的流動(dòng)分析結(jié)果如圖11－17所水平不一致，因而這種變化的MFV不是很合適的。圖 圖 設(shè)計(jì)2的流動(dòng)分析結(jié)果如圖11－19所示。對(duì)比圖11－17和圖11－19，圖11－19中的顏色變化較11－17中要柔和很多，這說明設(shè)計(jì)2中，熔體在單位時(shí)間內(nèi)流動(dòng)距離趨近于恒定值，這說明設(shè)計(jì)2中MFV比較接近恒定值。因而設(shè)計(jì)2中流動(dòng)比較平衡，圖 圖 §12－1物理過如圖12-1所示。一個(gè)有效的冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以減少冷卻所需的時(shí)間，也就是說，可以提尺寸精度和穩(wěn)定性，如圖12-2。12-1 如圖12-3和12-4所示，一個(gè)典型的冷卻系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分構(gòu)成：溫度控制單12-3注射系統(tǒng)中的典型冷卻回路12-4冷卻管結(jié)構(gòu)可以是串連的或者是并聯(lián)的，如圖12-5所示。并聯(lián)冷卻管直接從供水 如果冷卻管道從冷卻劑的到出口都是一個(gè)環(huán)，它就稱為串連的冷