注塑速度分级参数设定

充模过程是高温塑料熔体向低温模腔中流动的注射过程.它影响塑料制品成7(U定向结品性能Ill.人们尝试用流变学理论分析熔体充模过程12-41,但它们都较难川于分析复杂模腔二维流场._i熔体注入模腔时,由于熔体的流动速度必须保持恒定速度才能注出高质斌的塑件,它将直接影响塑料成品的分子结品性能及表面特性,所以充模阶段控制熔体流动速度这一过程变坦是相当重要的.但是,在充模过程中熔体流速是不可直接测举的,必须通过其它可测最ue.问接得到.采用最多的是螺杆前进速度和模腔)f.力曰.日前,国际上水平较高的商品化流动模拟软件土要有:美国Ac丁echnology公司的C-MOLD软件澳人利,F. MOLD Flow公司的MF(Flow软I意人利的流动分析软件美国Application公司的Moldfil软件德国IKV研究所的Mould CAD软件它们分别从动力学角度出发运川质最守恒,动星守恒及能星守恒原理对流动过程进行描述,采川枯力或粘弹性应力一应变力关系,得到一组偏微分方程,借助与有限元,有限差分和边界元等数值分析方法进行求解.然而对于一般I程问题,除it做大最的假设和简化,否则很难求出解析解.本文提出一种}_程实验方法,根据充模过程的物理现象,建立充模过程的模,tip.曲线.用数学分析方法分级设定注射压力和注射速度,实现了注塑机注射模1t})的建立和注射速度分级参数的设定.该方法也适合于试模白动设定注射参数.2.理论模型注射充模过程可分为二个阶段:I)充摸阶段(Filling): 2)保压阶段(Holding)和3)冷-277-月,十.一一|却阶段(Coo[[ng)o如!N([)所示为摸r . F+.力随时间变化的曲线.其中:们)充模阶段确定塑料的分子排列取向和结品性[i1空间形成以及收缩率[6](2)保压阶段确定塑件表面特性,部件重斌.这一阶段的特点是在动压模作用卜高压高速的冲模过程,模腔压力迅速增加至最人,是压实熔体的过程.而熔体在高压卜慢速流动,螺杆只有向前微小的补缩位移.(3)冷却阶段影响部件的精密公差,熔接痕及拉伸强度[7I,在这一阶段物料随模具冷却密度增大而制品逐渐形成.射胶过程的基本参数有注射最,注射压力和注射速率.为了明确被研究对象,并且简化问题,本文作如卜假设:薄壁模腔沿一个方向的尺寸远小于其它两个方向的尺寸:在"受模具控制流动"的情况下,施加于聚合物的压力为常数[81..质情力和惯性力忽略不计;在模腔被顺利填充的情况卜,注射速率是一个恒定的被设定值[9].熔体不可压缩,井忽略熔体的粘弹行为.根据上述假设,把螺杆熔体流动注射献,注射压力和注射速率模型简化为:注刻量:rn料制品注射LQ二aA, 9二- aD< s一4([)少红中:Q一塑料制品注射斌(包括浇口,浇道):a一注射斌修止系数(取值范围0.7-0.9) cDS螺杆筒内径;.^.,一螺杆筒横截而积:S一注穷j行程;注射压力:螺杆在注射过程中施加于聚合物的压力.nDa/a尸=—成.=(D`D,)-Pa(2)其中一注射油缸内径;一注射油压:D0P0注射速度:螺杆在注射过程中的前进速度.(3)一合-不FJ其中Y;一第i级的注射速度:-27R-卜注射时间;注射速率:单位时间内塑料经喷嘴射出的理论容最.,二里 n_,~=—口于百=4r4 p' 2V(4)其中9一注射速率.从以上各式可知,注射量,注射速度和注射速率这二者均是描述熔体流动速度的参数.它们之间的关系足密切的.注射速度的快慢,影响制品表而光洁度质晕和生产效率.在实际注a;r过程中,注时速度应根据塑料性能,}_艺条件,制品形状,壁厚和模具等情况来决定. 根据对充模过程的理论分析文献[8N,出在"受机器控制的流动"的情况F,充模流速符合如{'关系式P,xRt+R,t(5)其中:v一熔体平均流动速度;尸,一施加于聚合物的压力:卜任意时刻的充模长度;R一单位长度的流动阻力:RT一聚合物进入模具之前的流动总阻力;r一螺杆向前运动的时间:刀一流变指数.这一方程中,在"受机器控制的流动"的情况卜,尸:随时间而增人,但在"受模具控制的流动"的情况F, Pr则为常数.在假设条件卜,由(5)式可知,熔体的平均流动速度不仅与施加于其上的压力有关,而且还与充模长度,流动阻力,注射时间及流变指数等昨多因索有关.因而在实际1程应用中该式的应用受到很多条件的约束.例如,模腔川可尺寸无规则时,(5)式不成立.很明显,该式中的流动阻力R与模腔儿何形状有关系,随着注射位移的变化,模腔的儿何形状对熔体流动所产生的流动阻力会表现在模腔压力曲线上.根据这一理论模)(J,本文设计出一种}_程实验方法,用于实现注塑机注射过程建模和注射速度分级.3.工程实现方法VA Hv中成1S7的塑料熔体受压力(P).速度(wlIYn,'i1Am的影upl明.在"受模具控制的流动"的情况卜,施加于聚合物的压力尸,为常数.假设温度(乃在塑料容许流变lm度范围内, 即塑料塑化粘流态时,温度对塑料流动速度影响不大.此时,将注塑机试模参数设定为: (I)以50%开环注射压力作)月于射胶油缸;c2)争胜制a引佼速度iih路阀门处于仁J由态(3)调竹模具温度Y1塑料容}l流变X4度范围.-279-在试模中塑胶熔体射入模K内时,注射力受到喷嘴浇口和模腔模腔冷却r,度和流动阻力的影响,从而产生塑料流动阻力,该阻力抵消射胶压力使注射速度逐渐减漫,直到射满模腔而停比卜来.如果模腔形状不同,实际的模腔压力曲线应反映出模腔形状的变化.现在以so%的注射压力向模腔注射,记录r的模腔压力一时间曲线如图(2)所示.在曲线oB段,即注射时间cf这段时间内,将时间too等分,可在曲线上得到100个点,如图(2)所示之Di, D2, D3,二Di00,确定出每点的压力和时间值.按卜式计算各点的斜率只一0K了.=—,式.二'(,一0P2一P,12一,1_I K,,一K},如果(-竺-一'"'} }7}__IK,一K,}时IflJIAI IA值),则计算K,如果I一二二-一 ..'I }7}IK,一K{使{一卜S<称第.点为"分界点",该点应为注射行程上的分级点.{I 1从物理现象上分析,如果实测出来的模腔压力曲线的斜率没有剧烈的变化,则说明模具形状是比较光滑的:反之则说明模具的儿何形状存在突变形状,尤其是在注射方向上,其横截山{积}'!勺变化不连纯0为判断第n点为分界点后,将第n点作为起点,如前所述计算新的分界点.及_=.{巫止二,K,=二止二达,依次类推,直至找出所有的分界点.ln,l一气1出1-述的方法可知一斜率K,和门槛值b是确定注射分级参数的两个重要参数.动斜率变化率的门槛值,其选择有两个约束:1)0级则有效.在实际生产中,注射压力和注射速度的级数最人设定一般不超过10级,故州直的选取相当重要,应根据制品要求达到的精度和质斌适当设定.4.注射速度分级设定的合理性试模注射是以50%的开环注射压力向摸腔射进塑料,为了说明试模分级结果能用于实际LI射之中.假设:(1)试模注射分级与实际注射分级在注射用总时间内各分级所.!!的比例相同:(2)试摸注射与实际注射向摸腔内注射的熔体n+.u相同.试模注射和实际注射的模腔压力一时间曲线如图(3 )所示.当模腔容积确定后,不论是试模注射或者是实际注肘,.在注射阶段所消耗的能最是相同的,即图(3)中曲线1和曲线2与时问坐标轴所包围的面积是相等的.根据假设(I)可得,f5一级所注射的熔体举也相等,亦即图(3)中,实际YI射时第一级在Tj时间内所注射的熔体e与试模情况卜在时间t.内所注射-280-韵熔体斌相等.同理,当模腔容积确定后,由假设条件可知实际注射时每级的注射时间为: (7)其中实际注射时第i级的注射时fill;i0试模第i级的注射时间;T一实际注射时所用的总时间:To一试模注射时所用的总时间.因而实际注射时每一级的注射速度可由(8)式求出.(8)呵毛其中: S;一螺杆第i级的行程:Vo一试模的注射速度,为已知常斌;v;一实际注射时第i级的注射速率.当每级注射速度确定后,其注射速率可以由式(4)求出,如(9)式所示S=0.785aD; V,(9)其中:9一实际注射时第i级的注射速率.在两种不同的注射条件卜,由(!)式知相应级的注射容娥相等,在两种条件卜相应级所消耗的能量是相等的.即:W=Alit,=N,0 t,0=W'o根据能址守恒原理,则(10)其中W一实际注射第i级所做的功:N;一实际注射第i级的功率;W"一试模注射第1级所做的功:N夕一试模注射第,级的功率.N,=S, P,,N,0二gn r0(11)-291-其中:川一试模注射时之注射压力为己知常数;r.一实际注射时第i级的注射汪力.山(4), (10), (11)式即可求出各级的注射压力为:Sop"(, vopotag, l鱿11实验实验}I1注塑机:华人1_业装备有限公司(香港)(WELLTEC INDUSTIAL EQUIPMENTLTD.)生产的TTI-120C型精密注塑机传感器:KISTLER LTD.生产的压力,温度传感器,4085A. 4090B分别在喷嘴处及螺杆筒上五处加装,如图(7)所示;模具形状:如图(6)所示实验用材料[s:11]S(polystyrene-聚苯乙烯):j要过程参数:如表(!)所示主要机器参数:如表(2)所示.表(0)主要过程参数喻山盲I{n以t"if( (a9PHald (0n') }hutd(,)1aa,J(5)表(2)主要机端梦(:S6-1cn(℃)低rrrcl(℃)si'i, (mn/s)inject (^'0)195/190/185八80I喻)lt1(hur)teal (s)I}1,nck (h.u98su一,.W (rpm)通过实验将注射过程中喷嘴和螺杆中的压力记录IF来,一其对u1间的曲线如图(4)和图(5) 所示.期问设定射胶速度为50mm/s,螺杆筒油缸压力设定50bar,模具为两模腔人约70cc容积.用本文第二,)ti的方法RP可确定出图(5)中A点,B点和C点应为试模注射分级设定参数的选取点.6结束语本文提出了一种通过实验的途径确定注塑机注射速度分级点的方法.该方法可以减少试模次数,达到最佳设定注射压力和注射速度的分级参数.本文论述的方法有以卜特点:-282物理概念清楚,简单易行;I艺操作人员可一次试模设定注射速度参数;降低能耗,}丁约原料,提高机器利用率.。