注塑工藝過(guò)程

高分子材料流變學(xué)第八章高分子材料流變學(xué)第八章185第八章 注塑成型過(guò)程及注塑模具計(jì)算機(jī)關(guān)心設(shè)計(jì)中的流變學(xué)問(wèn)題注塑成型過(guò)程的流變分析注塑成型過(guò)程簡(jiǎn)介于生產(chǎn)外形構(gòu)造簡(jiǎn)單，尺寸準(zhǔn)確，用途不同的制品，產(chǎn)量約占塑料制品30%。近年來(lái)，熱固性塑料，越來(lái)越多的橡膠制品，帶有金屬嵌件的塑料制品也承受注射成型法生產(chǎn)。周密注射成型，氣輔注射成型，多臺(tái)注射機(jī)共注射及注射成型過(guò)程的全自動(dòng)掌握等為注射成型工藝進(jìn)展的領(lǐng)域。求設(shè)計(jì)的注射模具。塑化好的熔體靠螺桿或柱塞的推力注入閉合的模腔內(nèi)，經(jīng)冷卻固化定型，開(kāi)模得到所需的制品〔見(jiàn)圖8-。圖8-1 典型注射成型設(shè)備示意圖8-2。圖8-2 注塑過(guò)程循環(huán)示意圖8-3所示。圖中各段時(shí)間的總和為一個(gè)注塑成型周期。圖8-3 典型注塑周期的程序圖1－柱塞前進(jìn)時(shí)間；2－合模時(shí)間；3－開(kāi)模時(shí)間；4－剩余壓力；a－靜置時(shí)間；b－充模時(shí)間；c－保壓時(shí)間；d－倒流時(shí)間；e－封口時(shí)間；f－封口后冷卻時(shí)間流變學(xué)理論，把握模腔內(nèi)的物料填充狀況，即把握流道和模腔內(nèi)的壓力變化程序和溫度變化程序。目前已經(jīng)能夠運(yùn)用流變學(xué)和傳熱學(xué)理論，承受計(jì)算機(jī)關(guān)心設(shè)計(jì)方法，數(shù)值計(jì)算模具設(shè)計(jì)中遇到的一些與流道設(shè)計(jì)、傳熱管路設(shè)計(jì)有關(guān)的問(wèn)題，數(shù)字模擬流道和模腔內(nèi)的物料填充圖和壓力、溫度場(chǎng)分布圖，為模具設(shè)計(jì)供給有價(jià)值的資料。高，非牛頓流淌性突出，流淌過(guò)程間歇，所以對(duì)這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的注射過(guò)程要求得其準(zhǔn)確解幾乎是不行能的。腔內(nèi)壓力的變化進(jìn)展分析，說(shuō)明一些有意義的現(xiàn)象；然后介紹注射模具計(jì)算機(jī)關(guān)心設(shè)計(jì)中的流變學(xué)方法。射段，充模段。同在毛細(xì)管流變儀中的流淌。穩(wěn)定傳熱、相變、固化等過(guò)程，流淌狀況格外簡(jiǎn)單。爭(zhēng)論。簡(jiǎn)化假定和根本方程圓盤形模具和管式流道入口示意圖見(jiàn)圖8-4。設(shè)盤形模具的模腔半徑為R*，厚度為Z，壁溫保持為T ，澆口在圓盤中心，半徑為R 0 0度為T 的熔體從澆口注入模腔，并以輻射狀從中心向四周流淌。1圖中取柱坐標(biāo)系〔、 、，在圓盤中物料沿半徑r方向流淌，故r方向?yàn)橹髁魈史较虿煌瑉高度流層的流速不同故z方向?yàn)樗俣忍荻确较颍?方向?yàn)橹行苑较?。圖8-4 承受柱坐標(biāo)系繪出的圓盤形模具和管式流道入口1－溫度為T1的熔體；2－＂凍結(jié)＂的聚合物皮層；3－流前；4－噴嘴；5－澆口；6－模腔；7－初始速度分布為爭(zhēng)論便利，作如下假定：注射時(shí)物料流速很高，澆口處的剪切速率 約達(dá)103～104s-1，承受冪律方程描述其構(gòu)造粘性較適宜。物料以蠕動(dòng)方式布滿模腔。設(shè)流速只有vr

0 (v

v 0)，zv且vzr方向的變化率，即r

v r；r z r法向應(yīng)力重量 rr慣性力無(wú)視不計(jì)；

、

遠(yuǎn)小于剪切應(yīng)力重量

，重力、rz導(dǎo)熱只通過(guò)模具上、下大板進(jìn)展，即只在z方向進(jìn)展，且熔體比熱、密度、導(dǎo)熱系數(shù)等全部為常數(shù)。據(jù)此，得到系統(tǒng)的連續(xù)性方程：1(rvr r

r) 0 〔8-1〕r方向的運(yùn)動(dòng)方程：p r

rz 0

〔8-2〕能量方程

zT T 2T vc(v t

vr

)k z2 rz z

〔8-3〕式中為密度，c為熔體定容比熱，k 為熔體導(dǎo)熱系數(shù)，p 為壓力，vT為溫度。選用冪律方程為物料的本構(gòu)方程：v K(rz

r)nz

〔8-4〕借助于適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件，可以求出從中心澆口管的半徑R0

處到輻射狀流動(dòng)時(shí)的流淌長(zhǎng)度R處〔即圓盤的瞬時(shí)半徑R處〕的壓力降為：p(6Q

1 2K)n( )

(R1nR1n)

〔8-5〕2 1n Z12n 0Q為注射機(jī)的體積流量，Z為圓盤高度。充模壓力分析格外重要的參數(shù)。一般期望該壓力降越小越好，一則由于削減壓力梯度將削減模塑制品內(nèi)的凍結(jié)應(yīng)力，從而提高制品的尺寸穩(wěn)定性；二則可因此降低鎖模壓力，提高安全系數(shù)。因此熔體中最初建立的應(yīng)力大局部將作為凍結(jié)應(yīng)力保存下來(lái)，降低壓力降的問(wèn)題尤為突出。圖8-5p與體Q的關(guān)系。可以看出，在等溫注模過(guò)程中〔熱?！?，p 與lgQ幾乎成正比，與公式〔8-5〕描述的規(guī)律全都。對(duì)于非等溫注模過(guò)程〔冷模，曲線上有一個(gè)最小體積流率Q ，當(dāng)minQQmin

時(shí)，熔體壓力再高，也不能充模；另一方面，當(dāng)QQ

時(shí)，min流率很高，瞬間充入的熔體與模壁來(lái)不及進(jìn)展熱交換，因此p與Q 關(guān)系接近于等溫注模過(guò)程。Q

，與之相對(duì)應(yīng)的模p腔壓力降為微小值p

min

，這是我們感興趣的位置。圖8-5 等溫順?lè)堑葴爻淠r(shí)模腔壓力與流量的實(shí)測(cè)關(guān)系再考慮〔8-5〕式中熔體流道的寬度Z。由于熔體進(jìn)入冷模〔如壁溫為室溫〕Z。8-6度分布和溫度分布?？梢杂X(jué)察，模壁四周Z范圍內(nèi)熔體速度為零，即冷凍皮層的厚度為Z。圖8-6 園盤形模具布滿前熔體流前的速度分布和溫度分布注塑條件：注塑壓力51.7Mpa，壁溫30℃，熔體溫度200℃t、模溫T

、熔體溫度T、熔體凝固溫度Ts

及熔體熱集中系數(shù)

0 1的函數(shù)，有閱歷公式為：ZCt13

12(TsTs1

T0)t13T0

〔8-6〕公式說(shuō)明，熔體溫度T1

越低，模溫T0

越低，熔體熱集中系數(shù)越大，則冷凍皮層〔Z〕越厚。于是熔體充模時(shí)的實(shí)際有效流道寬度為Z Z2Z 〔8-7〕eff在承受〔8-5〕式計(jì)算模腔壓力降時(shí)，應(yīng)當(dāng)用Z 代替Z。efft等于模腔體積除以體積流率QtR*2ZQ 〔8-8〕6R*R。又〔8-5〕(2

)n1，假定澆口半徑R0

R，代入〔8-5〕式，得到圓盤模腔內(nèi)熔體壓力降的修正公式為：p

2KQnR1nZ12n(1n)eff 2KQnR1n(1n)Z12n[12C(R2)13]12nQZ

〔8-9〕K前已述及，充模過(guò)程中期望腔內(nèi)壓力降越小越好。將p對(duì)流量Q求p0，得到模腔內(nèi)壓力降微小值為：Qpmin式中

f(n)KC3n(23n1 15n

nR1n) 〔8-10〕Z14n15nf(n) ( )3n( )12n1n 3n 12n

〔8-11〕或記為

min

f(n)

G(n) 〔8-12〕T即模腔內(nèi)壓力降微小值p

min

由三項(xiàng)打算：f(n)為純數(shù)，與物料流淌性T

KC3nG〔n〕主要取決于模腔的幾何參數(shù)。在物料及模腔的幾何參數(shù)確定的狀況下，打算模腔內(nèi)壓力降的主要因素為T

〔8-1〕式中也唯有T

項(xiàng)描述了系統(tǒng)的熱性能。可以看出，欲使p

min

盡可能小，可以實(shí)行的措施有：提高熔體溫度T

和提高模具溫1度T ，兩者均可使C值降低，尤當(dāng)T0

上升后，熔體稠度K值下降，更有1Ts

較低的物料和熱集中系數(shù)較小的物料，均有利于加工。注塑制品中的剩余應(yīng)力及分子取向參看圖8-3，從熔體經(jīng)澆口開(kāi)頭注入模腔時(shí)起，模腔內(nèi)的壓力〔反映在制品內(nèi)的應(yīng)力〕開(kāi)頭建立，而后快速增大，在保壓階段維持高壓。一旦流淌停頓，應(yīng)力開(kāi)頭松弛，松弛速率取決于卸載后的冷卻速率、冷卻時(shí)間及物料松弛時(shí)間的長(zhǎng)短。假設(shè)物料冷卻速率高、冷卻時(shí)間短而松弛時(shí)間較長(zhǎng)，則冷卻后有較多的應(yīng)力被“凍結(jié)”在制品內(nèi)，稱為剩余應(yīng)力或內(nèi)應(yīng)力大，反之則剩余應(yīng)力較小。爭(zhēng)論說(shuō)明，剩余應(yīng)力可分為三類：②由于制品幾何外形所造成的各局部收縮不勻而產(chǎn)生的構(gòu)型體積應(yīng)變。上述兩種剩余應(yīng)力均可通過(guò)熱處理消退。在上述三種剩余應(yīng)力中以凍結(jié)分子取向最重要。凍結(jié)分子取向產(chǎn)生氣理：進(jìn)入模腔的物料一般處于高溫低剪切狀態(tài)，當(dāng)物料接觸冷模壁后，物料冷凝，致使粘度上升，并在模壁上產(chǎn)生一層不流淌冷凍皮層。該皮層有絕熱作用，使貼近皮層的那層物料不馬上凝固，在剪應(yīng)力作用下連續(xù)向前流淌。假設(shè)高分子鏈一端凍結(jié)在皮層內(nèi)，而另一端仍向前流淌，必定造成分子鏈沿流淌方向取向，且保壓時(shí)間越長(zhǎng)，分子鏈取向程度越大。在以后的冷卻階段中，這種取向被凍結(jié)下來(lái)。由此可以理解，分子取向凍結(jié)多發(fā)生在表皮層以下的那層材料中，同8-7發(fā)生在剪切速率較高的澆口四周，而在熔體流淌的前沿較少。圖8-7 沿注塑制品厚度方向的雙折射Δn變化示意圖多數(shù)狀況下，尤其對(duì)厚制品，總以分子取向少些為佳。善制品的尺寸熱穩(wěn)定性，使制品的力學(xué)性能穩(wěn)定。由于凍結(jié)分子取向大局部產(chǎn)生于“保壓”階段，因此縮短向模腔內(nèi)填充物料的時(shí)間〔包括保壓時(shí)間〕可使凍結(jié)取向值大為削減。分子取向?qū)χ破返奈锢?、力學(xué)性能有重要影響，主要表現(xiàn)在平行于取向方向和垂直于取向方向上的各向異性效應(yīng)。一般平行于取向方向上的抗拉性能、抗沖性能優(yōu)于垂直于取向方向上的性能，如圖8-9所示，纖維拉伸、薄膜擴(kuò)張即利用高分子的取向效應(yīng)而獲得在特定方向的優(yōu)異性能。陷。有時(shí)，由于厚制品外表及內(nèi)局部子取向度不全都，也有利用外表分子取向以獲得好的光滑度和提高外表韌性。圖8-9 分子取向?qū)勐纫蚁┳⑺苤破防煨阅艿挠绊懱摼€——伸長(zhǎng)率；實(shí)線——拉伸強(qiáng)度注塑模具計(jì)算機(jī)關(guān)心設(shè)計(jì)的一般要求及步驟引言8-10。圖8-10 注塑模具和注射機(jī)的動(dòng)作匹配圖法〔CAD〕設(shè)計(jì)完成的。這種設(shè)計(jì)包括流變學(xué)設(shè)計(jì)、傳熱學(xué)設(shè)計(jì)和力學(xué)強(qiáng)度設(shè)計(jì)三大塊。三步設(shè)計(jì)的內(nèi)容相互聯(lián)系，互為補(bǔ)充?？梢跃唧w地計(jì)算和描繪充模過(guò)程中物料流淌的速度分布圖，壓力分布圖，完成模具填充狀況的模擬過(guò)程，選擇和確定澆口和熔接痕位置，由此才可進(jìn)一步安排模具的溫度掌握系統(tǒng)和計(jì)算力學(xué)強(qiáng)度，完成全部設(shè)計(jì)任務(wù)。注塑模具的主要功能及一般設(shè)計(jì)要求功能〕是：1〕承受熔體和安排熔體；2〕成型制品；3〕保壓冷卻；4〕頂出注塑成品。傳遞機(jī)械運(yùn)動(dòng)和引導(dǎo)模具內(nèi)各部件的運(yùn)動(dòng)等。另外為完成關(guān)心任務(wù)還應(yīng)有：導(dǎo)引裝置和對(duì)中心裝置；承壓部件；傳遞斜向運(yùn)動(dòng)、側(cè)向運(yùn)動(dòng)的部件等。一個(gè)典型注塑模具的構(gòu)造見(jiàn)圖8-11。圖8-11 典型注塑模具的構(gòu)造圖狀況。設(shè)計(jì)型腔時(shí)要充分爭(zhēng)論熔體的填充過(guò)程；同時(shí)要合理安排熔接痕和排氣孔的位置。注塑模具CAD設(shè)計(jì)的一般步驟通常的設(shè)計(jì)過(guò)程有三大步驟，見(jiàn)圖8-12?？紤]、確定模具的功能、主要構(gòu)件，完成設(shè)計(jì)草圖。定量設(shè)計(jì)和定量綜合。在這一步中要確定模具的三大類參數(shù)：模具的流變學(xué)參數(shù)；模具的熱傳導(dǎo)參數(shù)；模具的力學(xué)參數(shù)。完成模具的定量設(shè)計(jì)和畫圖。完成這一步需要深厚的設(shè)計(jì)功底。第三步：完成設(shè)計(jì)文件，將定量設(shè)計(jì)的結(jié)果系統(tǒng)化，標(biāo)準(zhǔn)化。圖8-12 注塑模具設(shè)計(jì)的一般步驟設(shè)計(jì)主要由流變?cè)O(shè)計(jì)、傳熱設(shè)計(jì)、力學(xué)設(shè)計(jì)三局部組成〔見(jiàn)圖8-1。面的學(xué)問(wèn)，即關(guān)于高分子熔體流淌性能的學(xué)問(wèn)。傳熱學(xué)設(shè)計(jì)：模具調(diào)溫系統(tǒng)的定量設(shè)計(jì)需要傳熱學(xué)方面的學(xué)問(wèn)。定量設(shè)計(jì)則需要力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)方面的學(xué)問(wèn)。流變學(xué)設(shè)計(jì)流變學(xué)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)有：先定性而后定量地確定型腔內(nèi)物料的填充性能；完成熔體安排系統(tǒng)〔流道和管路8-13。時(shí)確定熔接痕和氣體雜質(zhì)〔排氣口〕的位置；確定分路連接點(diǎn)的種類、位置以及型件各局部壁厚和流道寬窄間的關(guān)系。所需要的熔體流量和壓力。計(jì)算的先決條件是了解被加工物料的性能，包括粘彈性函數(shù)和熱學(xué)性能參數(shù)，同時(shí)還與過(guò)程參數(shù)有關(guān)，包括抱負(fù)的是通過(guò)與其次步設(shè)計(jì)等同的模擬計(jì)算來(lái)確定安排管路的直徑，同時(shí)給出安排系統(tǒng)中附加的壓力損失，物料的溫度和剪切應(yīng)力等。因此最終必需核算機(jī)器供給的壓力是否足夠完成全部充模過(guò)程。圖8-13 注塑模具流變學(xué)設(shè)計(jì)的任務(wù)和步驟熱力學(xué)設(shè)計(jì)粗設(shè)計(jì)和精巧設(shè)計(jì)；完成模具熱力學(xué)均衡性的調(diào)控。留意在進(jìn)展模具熱力學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)必需兼顧前面流變計(jì)算中提出的一些限制性條件。比方確定的熔體流量，壓力損失，物料溫度、腔壁溫度等。然后依據(jù)物料溫度、腔壁溫度、環(huán)境溫度以及預(yù)先設(shè)定的脫模溫度就可能確定整個(gè)模具的能量恒算，打算是否需要以及如何給模具加熱〔或冷卻，確定調(diào)溫系統(tǒng)的功率。過(guò)大造成注塑制品的翹曲變形。溫管路之間以及到型腔壁的距離，調(diào)溫介質(zhì)的溫度和流量。精巧設(shè)計(jì)時(shí)要將注塑件〔型腔〕分成假設(shè)干單元，每個(gè)單元分別考察，保證每一單元的型腔壁溫〔這是在流變?cè)O(shè)計(jì)中確定的〕在時(shí)間和空間兩方面均保持一個(gè)中值。最終為保證溫度分布的均一性，還需對(duì)調(diào)溫元件的分布狀況統(tǒng)一進(jìn)展均衡性調(diào)控，必要時(shí)需改移調(diào)溫元件的位置。運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)具剛性；計(jì)算脫模力、慣性力及平面壓力等。而受限。運(yùn)動(dòng)形式確定后，再作模具構(gòu)造的力學(xué)計(jì)算。由于注塑模具主要由受擠壓元件所組成，故此強(qiáng)度計(jì)算不太重要。重要的是，模具的變形量不能超過(guò)允許值。在剛度計(jì)算方面，先計(jì)算垂直于鎖模方向的變形芯內(nèi)直徑，是通過(guò)流變學(xué)計(jì)算和熱學(xué)計(jì)算確定的。變學(xué)設(shè)計(jì)為核心的。有了一個(gè)優(yōu)秀的流變學(xué)設(shè)計(jì)，整個(gè)模具〔型腔，澆口，安排系統(tǒng)等〕就根本定型，全部填充過(guò)程得到保證，并且為后面的熱力學(xué)設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)奠定了根底，供給了必要的參數(shù)和邊界條件。注塑模具流變學(xué)參數(shù)的CAD設(shè)計(jì)通常注塑模具流變?cè)O(shè)計(jì)的步驟如圖8-14所示。圖8-14 注塑模具流變?cè)O(shè)計(jì)步驟以求得流道內(nèi)各處詳盡的有物理意義的結(jié)果。所謂二維計(jì)算指只考慮二維的平面流淌，對(duì)表8.1中的根本幾何圖形，要求其中熔體流淌的速度重量方向始終平行于模具器壁，流道橫截面沒(méi)有突然變化，主要物理量只在垂直于流淌方向發(fā)生變化。常用的有限元程序〔FEM〕比方有MOLDFLOW和CADMOULD等。在型件壁厚及工藝條件適中的狀況下，運(yùn)用這些程序的計(jì)算結(jié)果較好。但在一些特別狀況中，如壁厚太薄、或橫截面變化太大，或幾股熔體流合為一股時(shí)，有時(shí)會(huì)消滅失誤。這些程序應(yīng)用于簡(jiǎn)單模具計(jì)算時(shí)，計(jì)算機(jī)耗時(shí)量會(huì)很大。過(guò)程中的壓力損失承受一種一維的非疊代計(jì)算，僅僅計(jì)算熔體流前部位的壓力損失和平均溫度值。注射機(jī)噴嘴處的壓力損失有時(shí)也承受類似方法求解。表8-1 根本流道外形及座標(biāo)系園盤型流道矩型流道園管型流道流淌方向rxz剪切方向zyr拉伸或中性方向φzφ8-15。圖8-15 三種根本流道形式圓盤形流道 b)矩形流道 c〕圓管形流道1 差分法計(jì)算的根本方程的根本方程仍為第五章給出的輸運(yùn)過(guò)程三大方程：連續(xù)性方程、運(yùn)動(dòng)方程和能量方程。8-15中的根本流道形式，首先應(yīng)中選用不同的坐標(biāo)系，并對(duì)流場(chǎng)及其邊界條件提出假設(shè)干簡(jiǎn)化假定，得到其中適合的形式。園盤型流道：帶有拉伸流淌的情形：連續(xù)性方程

(rvr)0 〔8-13〕r運(yùn)動(dòng)方程v vrr

p1(rrr

) rz

〔8-14〕能量方程

r r r r r zT

T 2T

v vc vv

k rr

r

rrz rt

r

z2

r r

〔8-15〕沒(méi)有拉伸流淌的情形：(rv)連續(xù)性方程 r 0 〔8-16〕rp 運(yùn)動(dòng)方程0r rz

〔8-17〕zT T 2T v能量方程c

vr r

k z2 rz z

〔8-18〕矩形流道：連續(xù)性方程

vx 0 〔8-19〕xp 運(yùn)動(dòng)方程0 yx

〔8-20〕xx yx能量方程c

T

Tk2T v

〔8-21〕園柱型〔園管型〕流道：v

xx

y2

xy y連續(xù)性方程

z 0 〔8-22〕zp 1(r )運(yùn)動(dòng)方程0zT

rzr rT 2T kT

〔8-23〕v能量方程c v

k

z〔8-24〕vt

z

rr

zr r從根本方程動(dòng)身，結(jié)合物料的本構(gòu)方程和恰當(dāng)?shù)倪吔鐥l件和初始條形變率重量和應(yīng)力重量的分布狀況。熔體為非牛頓型流體，再承受疊代法求解。系。拉伸粘度可用Trouton格外簡(jiǎn)單，但對(duì)于估量拉伸性質(zhì)對(duì)計(jì)算的影響，承受這肯定律已足夠。8-16。圖8-16 高分子材料幾種材料常數(shù)的變化規(guī)律材料本構(gòu)方程的選擇形式如公式8-25。該方程的特點(diǎn)：一方面方程在很寬的剪切速度范圍內(nèi)準(zhǔn)確描寫熱塑性塑料的粘度曲線，比冪率方程適用的范圍廣。另一方面該方程考慮了溫度對(duì)物料粘度的影響，引入位移因子T消退這種影響。

aT

〔8-25〕T1b cTTa，b，c可以通過(guò)與試驗(yàn)曲線的比照加以確定。位移因子隨T溫度的變化關(guān)系，可以承受WLF方程描寫。(T T) (TT)lg(

) r ST 101.6T Tr S

S101.6TTS

〔8-26〕式中Tr

為選定的參考溫度〔與主曲線相關(guān)TS

為標(biāo)準(zhǔn)溫度，T 為試驗(yàn)溫度。標(biāo)準(zhǔn)溫度是一個(gè)材料特征參數(shù)，一般定為比玻璃化溫度高50℃。一批常用高分子材料的a，b，c及Tr、TS值已經(jīng)計(jì)算求得，需要時(shí)可參閱有關(guān)文獻(xiàn)。8-268-25后得到的粘度曲r線為材料在參考溫度T律可以通過(guò)位移因子rT

8-17。圖8-17 不同溫度下粘度的換算及粘度主曲線方程的求解和程序編寫構(gòu)造一個(gè)解題方案。算是按時(shí)間進(jìn)程計(jì)算的，然后通過(guò)它再由給定的體積流量得到確定的空間步距。計(jì)算過(guò)程中連續(xù)性方程、運(yùn)動(dòng)方程、能量方程要聯(lián)合求解。合下人們提出一些簡(jiǎn)化算法。流前部位的壓力損失和平均溫度值。10段〔實(shí)際計(jì)算的閱歷值，用第一段初始輸入溫度計(jì)算壓力損失Δp，同時(shí)估算第一流淌段終點(diǎn)的平均溫度。該溫度就是下一段計(jì)算的輸入溫度。最終將全部各段的壓力損失求和，即得到所考察注塑型件的總壓力損失。關(guān)于注射機(jī)噴嘴處的壓力損失也可以承受類似方法求解。有些噴嘴流道橫截面是變化的，求算中應(yīng)當(dāng)考慮由于橫截面變化而引起的拉伸流淌效應(yīng)。按前述假定，物料的拉伸粘度可近似地從零切粘度求出：e

0

。最終求算的結(jié)果一般很好。圖解法確定填充圖象〔L/H法〕描繪物料填充模具型腔的圖象格外重要。物料填充的同時(shí)性和均衡性；位置和狀態(tài)；將待計(jì)算的模塑型腔進(jìn)展有效的恰當(dāng)?shù)姆指?，然后逐步?jì)算。L/H法。方程，包括計(jì)算速度分布、平均速度、剪切速率、壓力分布及體積流量的方程等。確定不同填充時(shí)間點(diǎn)的流前位置。流前的壓力損失必需相等于從同一澆口到另一個(gè)流前的壓力損失。i條流線進(jìn)展計(jì)算。M個(gè)單元組成，所需的注射壓力應(yīng)當(dāng)由先后填入的一系列單元所需的壓力之和組成：p p 〔8-27〕M,i j,i對(duì)于園柱體型流道，該壓力損失由下式計(jì)算：

p

Mj1M

Gj,i

j,i

Qj,i

Q

〔8-28〕式中：pM1,iiM+1個(gè)單元的壓力損失；lM1,i為該單元的流淌長(zhǎng)度；系數(shù)Gj,i等于128G

j,i

； 〔8-29〕j,i

D4j,iQj,i

為第j個(gè)單元的體積流量。時(shí)間段，從開(kāi)頭點(diǎn)〔澆口〕到流前的壓力損失都必需與其他相鄰的流線〔屬同一流淌方向的〕一樣。計(jì)算的目標(biāo)量為每根流線上的流淌長(zhǎng)度增量l位置。

〔M1,i假設(shè)只需近似描寫填充圖象，簡(jiǎn)化。設(shè)被考察的流體為冪律流體Kn1 力公式為： npQ2n1n

22n1

KL 〔8-30〕 2B n H2n1 Q利用平均速度公式vx

，得到BH

2n1n

2n1p v n x n Hn1

KL 〔8-31〕方向的壓力增值p1

都相等〔該壓力增值即是物料向前流淌的緣由以對(duì)于具有不同壁厚〔H，H

〕的兩個(gè)流淌方向有：pp 1 21 2 n2n1n

2n1即 p 1

x1

n

n11

KL=1 n2n1n

2n1p2vx2

n

n12

KL2假定在兩個(gè)流淌方向的溫度一樣〔等溫流淌，物料常數(shù)K也一樣。通過(guò)約簡(jiǎn)，得到：vnLx1 Hn11

x2L2vnHn12vn再代入平均速度v x則得到

Ltt也一樣，LnL LnL 1 1 2 2 1最終得到：L

tnL

2

tn1H 2H1 2

〔8-31〕料種類無(wú)關(guān)。L/H法描繪填充圖象的根本依據(jù)。借助于這一簡(jiǎn)潔公式，描繪填充圖象的圖解法變得格外簡(jiǎn)潔。ΔL的中心流的起點(diǎn)，ΔL過(guò)t時(shí)間段的的流前。留意，這種填充圖一般都是開(kāi)放來(lái)畫的，見(jiàn)圖8-19。圖8-19 矩形塑料箱的填充圖象〔L/H法〕留意L/H法不屬于有限元法，但這一簡(jiǎn)潔的關(guān)系式〔L/H=常數(shù)〕在其他很多注射模型中也同樣有效。方法的限制條件，而且要把每一步描繪都與整個(gè)系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)，包括澆口和機(jī)器噴嘴，以免導(dǎo)致失誤。有限元法繪制填充圖象且把填充圖用計(jì)算機(jī)繪圖系統(tǒng)自動(dòng)地表達(dá)出來(lái)，必需考察模塑型件填充問(wèn)題的二維解，方法為二維有限元法。只要二維就足夠了，由于多數(shù)熱塑性塑料模塑型件的構(gòu)造是薄殼型的。個(gè)別狀況下也需涉及三維問(wèn)題。4． 1 有限元法繪制填充圖的主要步驟1， 建筑有限元網(wǎng)絡(luò)；確定澆口位置；確定初始流前的位置。2， 的流淌視為穩(wěn)態(tài)流淌。3， 計(jì)算在當(dāng)前流前上〔全部各點(diǎn)〕的流速。4， 依據(jù)流前速度確定的流前位置。5， 割的有限網(wǎng)絡(luò)不盡符合，用近似法圓滑的流前。6， 8-20給出了計(jì)算過(guò)程的流程圖。圖8-20 有限元法求解填充圖象的計(jì)算流程圖4． 2 編制有限元程序的根本方程，因此可以將材料參數(shù)視為常數(shù)。也就是說(shuō)，在小時(shí)間段內(nèi)，物料可視為不行壓縮的牛頓型流體，每一個(gè)流體元都有常數(shù)的粘度和密度。對(duì)不行壓縮流體的二維流淌〔設(shè)運(yùn)動(dòng)方向?yàn)?，，有運(yùn)動(dòng)方程為：p2uxp

〔8-32〕2vyu，vx，y方向的速度重量。剪切，即速度梯度主要發(fā)生在厚度〔z〕方向，于是上面的方程簡(jiǎn)化為：p 2ux z2p 2vy z2

〔8-34〕〔8-35〕=〔即流道高度。x方向的速度分布：1pz2 h2u x

2 8

〔8-36〕同時(shí)得到平均速度：u2h/2uzdzp

1h2

〔8-37〕h0y方向有：

x 12v2h/2vzdzp

1h2

〔8-38〕h0 y 12式中消滅負(fù)號(hào)是由于壓力梯度

p為負(fù)值；物料粘度取粘度沿壁厚方向的平均值。由于流量q 和qx

x y與平均速度相關(guān)，yq uh ；qx

vh 〔8-39〕u所以連續(xù)性方程〔

0〕對(duì)于平均速度也有效。綜合上述方程，得到：

x y1 h32p 2p 0 〔8-40〕 12x2

y2h32p 2p簡(jiǎn)寫為：

0 〔8-41〕此方程為編制有限元程序的根本微分方程〔Poisson微分方程。留意方程中h和η不能省略掉，由于對(duì)不同的流道區(qū)域，這些量可能不同。4． 3 有限元程序〔Poisson微分方程的泛函形式動(dòng)身： h3

p2

p2

2

x y

dxdy 〔8-42〕V 這兒相應(yīng)于一個(gè)能量，需要通過(guò)變分使其微小化，求得過(guò)程的一個(gè)可能解。p，可以選擇下述方法來(lái)進(jìn)展求解。設(shè)ipN pii

N pjjjj

N pk

〔8-43〕或 pNpep,pi

,pNNj k i

N....x,y的j k外形函數(shù)。[N]，{p}e相當(dāng)于兩個(gè)矢量。求變分的計(jì)算是通過(guò)對(duì)節(jié)點(diǎn)壓力求導(dǎo)而進(jìn)展的，由于要求微小值，所以有： 0 〔8-44〕pi,j,k對(duì)p 和p 求導(dǎo)分別得到：i j h3 NN NN p

pi

p

idxdy 〔8-45〕i V

x y h3 N

N N N

2

p j

jdxdy 〔8-46〕 p 2 x x y y j V開(kāi)放來(lái)寫，變?yōu)椋焊叻肿硬牧狭髯儗W(xué)第八章高分子材料流變學(xué)第八章205 h3 N N

N

N N

N

i pi

pj

i

i pi

pj

idxdyjjpi V x xjj

x y y

yj h3 N Nj

N

N N

N

pi

pj

i pi

pj

jdxdyjpj V x xj

x y y