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熔體在圓截面流道中流動(dòng)時(shí)，L和qV增加以及截面半徑R 減小都會(huì)使壓力損失增加，即分流道設(shè)計(jì)時(shí)，分流道長度應(yīng)盡可能短，分流道截面不宜太小，要與流量相適應(yīng)。

另外，若用腳標(biāo)R表示分流道，腳標(biāo)G表示澆口，根據(jù)流體的連續(xù)性方程，流過分流道的流量應(yīng)該等于流過澆口的流量，則由公式(4)可得到以下等式：

整理可得：

上式表達(dá)了流道與澆口的壓力降的比值，一般LR > LG，RR > RG，但LR 與LG 的差值遠(yuǎn)大于RR 與RG的差值，故上式中的右邊項(xiàng)大于1 ，即分流道的壓力損失一般大于澆口的壓力損失，這說明分流道在澆注系統(tǒng)人工平衡中的作用是不能忽略的。

2. 5 澆注系統(tǒng)的平衡性分析

多型腔注射成型過程中，澆注系統(tǒng)的不平衡會(huì)帶來許多弊病。首先，塑料熔體不能同時(shí)充滿各型腔，其結(jié)果是先充滿的型腔壓力不高，只有最后一個(gè)型腔填充快要結(jié)束時(shí)才會(huì)使模腔內(nèi)壓力急速上升進(jìn)入保壓階段。其次，影響到各型腔填充結(jié)束時(shí)間的不一致，先填充的型腔可能在壓力較低時(shí)就出現(xiàn)澆口凝結(jié)，而后填充的型腔又可能因分流道的熔體開始固化或冷卻渣被壓入型腔而造成多型腔成型制品出現(xiàn)流動(dòng)紋路、收縮不一致，甚至填不滿等不良現(xiàn)象。

三 幾何參數(shù)人工平衡澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理與方法

3. 1 幾何參數(shù)平衡法的設(shè)計(jì)原理

幾何參數(shù)平衡法就是在澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)通過調(diào)整分流道的截面尺寸或澆口的截面和長度尺寸來實(shí)現(xiàn)澆注系統(tǒng)的平衡。

根據(jù)資料， 判斷一個(gè)澆注系統(tǒng)是否平衡主要采用BGV(Balanced Gate Value) 值來進(jìn)行粗略估算。通過調(diào)整分流道的截面幾何尺寸或各個(gè)澆口的截面幾何尺寸(如澆口截面積和長度) 使各個(gè)澆口的BGV值相等，使?jié)沧⑾到y(tǒng)基本平衡。相同制品的多型腔模BGV值的計(jì)算式為：

式中： AG ——澆口截面積； LR ——分流道長度； LG ——澆口長度。

從公式(5)中可以看出，該式未考慮分流道截面積的影響，因此，仍然可能出現(xiàn)較大的誤差，這一點(diǎn)在計(jì)算機(jī)仿真過程中已得到驗(yàn)證。從公式(3)、(4)可以看出，熔體流動(dòng)時(shí)的壓力損失和體積流量不僅與澆口的尺寸有關(guān)， 還與分流道的幾何尺寸及熔體的性質(zhì)有關(guān)，即與注射成型的工藝參數(shù)——壓力、流量和注射時(shí)間有關(guān)�；�于現(xiàn)有科技發(fā)展水平， 借助于CAE分析技術(shù)是提高非平衡澆注系統(tǒng)人工平衡設(shè)計(jì)質(zhì)量的有效途徑之一。

3. 2 澆注系統(tǒng)幾何尺寸的確定原則

首先討論一下澆注系統(tǒng)尺寸的確定原則，以圖1所示幾何模型為例，其原則有以下幾點(diǎn)：

(1) 主流道的尺寸主要由注塑機(jī)噴嘴出口孔徑和模具結(jié)構(gòu)等確定，其小端尺寸D1 按比噴嘴出口孔徑大0. 5～1. 0mm確定，大端尺寸D2按錐角α取2°～6°，一般略小于第一級(jí)分流道的直徑，同時(shí)，校核主流道的剪切速率在100～100000/s即可。

(2) 分流道的直徑一般按剪切速率=500/s計(jì)算。

(3) 澆口的直徑可先假設(shè)各澆口是平衡的，按=10000～100000/s計(jì)算，初步確定各澆口的直徑。

(4) 利用公式(5)通過調(diào)整各個(gè)澆口的面積和長度值，使各個(gè)澆口的BGV值相等。一般為簡便起見，主要調(diào)整澆口截面積。

(5) 借助于CAE分析結(jié)果， 模擬注射過程及填充時(shí)間， 如果需要?jiǎng)t進(jìn)一步調(diào)整澆口截面積平衡澆注系統(tǒng)。

3. 3 普通澆注系統(tǒng)熔體流動(dòng)剪切速率的計(jì)算方法

普通澆注系統(tǒng)流道內(nèi)的剪切速率可按以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

式中： Rn ——流道截面當(dāng)量半徑； qV ——體積流量，

可按下式計(jì)算

qV = qp/ t (7)

式中：qp為塑件體積，通常先按(0.5～0.8)qn 估算，qn為注塑機(jī)公稱注塑量，t為注射時(shí)間，查表獲得t為2.0s。

3. 4 澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定

以圖1所示的幾何模型為例，闡述基于塑料流變學(xué)理論設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)的方法，計(jì)算時(shí)取qp =(0. 5～0. 8) qn，則有：

(1) 主流道參數(shù)。查相關(guān)資料可知，注塑機(jī)噴嘴出口直徑為φ4mm， 則主流道小端直徑為D1=4. 5mm，2α取4°，L= 60mm，D2≈8. 69mm，校核計(jì)算得= 1 281～9 226/s≈1000～10000/s，滿足要求。

(2) 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式(6)，按= 500/s計(jì)算，分流道尺寸計(jì)算結(jié)果為：分流道2的截面當(dāng)量半徑Rn1 = 4.72mm， 分流道3的截面當(dāng)量半徑Rn2 = 2.59mm，分流道的長度主要由模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而定。

(3) 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式(6) ，按 = 10000～100000/s計(jì)算，計(jì)算結(jié)果為：澆口截面當(dāng)量半徑RnG =0.35～0.75mm，故澆口的直徑dG=0.7～1.5mm，澆口長度LG取1mm。

3. 5 基于BGV值平衡澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算

非平衡澆注系統(tǒng)的人工平衡計(jì)算的實(shí)質(zhì)是保證各個(gè)型腔的BGV值相等， 為簡便起見，一般主要通過調(diào)整澆口的面積來平衡澆注系統(tǒng)。對(duì)于圖1所示的幾何模型，以澆口6為基礎(chǔ)，以澆口尺寸dG2 =1mm，各澆口長度均為LG =1mm進(jìn)行計(jì)算， 按公式(5) 計(jì)算可得：

返回公式(5) ， 利用圖1 中的流道長度和BGV2值可求得澆口5、7 的直徑分別為dG1=0.816mm和dG2 =1.107mm。圓整后，澆口5、6、7的直徑取值分別為φ0.8、φ1.0、φ1.1mm。

4 澆注系統(tǒng)的數(shù)值仿真分析

4. 1 數(shù)值仿真分析的特點(diǎn)與步驟

模具制造過程中的試模是不可缺少的環(huán)節(jié)， 試模環(huán)節(jié)正是解決模具設(shè)計(jì)與制造過程中出現(xiàn)的問題的有效方法。CAE技術(shù)的出現(xiàn)使得注射模試模的內(nèi)容和工作都發(fā)生了很大的變化， 過去許多需要試模才能解決的問題， 現(xiàn)在可以借助計(jì)算機(jī)模擬來實(shí)現(xiàn)。

現(xiàn)采用C-Mold 3D QuickFill 99.7 軟件進(jìn)行數(shù)值模擬分析，其分析流程如圖3 所示。首先，按照注射模的通用設(shè)計(jì)規(guī)則，完成注射成型方案的設(shè)計(jì)，包括型腔布置、澆注系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)等。其次，借助于通用的三維CAD軟件完成初步設(shè)計(jì)方案的三維幾何模型設(shè)計(jì)，并將文件格式轉(zhuǎn)化為STL 格式。第三步，啟動(dòng)CAE分析軟件，導(dǎo)入STL 格式的三維模型，設(shè)置相關(guān)分析參數(shù)，如注射點(diǎn)位置的設(shè)定、物料材料的指定、澆口和流道等的配置等，然后開始CAE分析。第四步，借助于CAE軟件的后置處理功能，分析CAE分析的結(jié)果， 如注射過程中的填充時(shí)間、壓力、溫度、冷卻時(shí)間、熔接痕與氣泡的位置等。如果分析的結(jié)果符合要求，則轉(zhuǎn)入后續(xù)的模具設(shè)計(jì)與制造階段，否則，返回第二步，修改相關(guān)參數(shù)，重新進(jìn)行模擬分析，直至結(jié)果滿意為止。

4.2 塑料衣夾數(shù)值仿真結(jié)果分析

經(jīng)過以上分析， 主流道小端尺寸為D1 = 4.5mm，錐角2α= 4°，長度L=60mm。注射成型條件均是按聚丙烯物料的典型成型條件仿真的，具體為：模具溫度230 ℃，熔體溫度50 ℃，注塑機(jī)工作壓力180MPa，填充時(shí)間為“Auto”，機(jī)器工作狀況為正常等。另外，考慮到該幾何模型原點(diǎn)對(duì)稱，故取1/ 4 的部分來觀察。分析時(shí)的填充時(shí)間差分別是以澆口7 與澆口5 對(duì)應(yīng)的型腔(左對(duì)左和右對(duì)右) 相減得到其變化的范圍。填充時(shí)間分別是澆口5 和澆口7 右側(cè)型腔的總填充時(shí)間。

(1) 典型非平衡澆注系統(tǒng)填充分析。圖3 所示是一個(gè)比較典型的非平衡澆注系統(tǒng)的填充時(shí)間云圖，該幾何模型的所有澆口的直徑和長度均為1mm，分流道均為半圓截面，一級(jí)分流道的半徑為R5mm，二級(jí)分流道的半徑為R3mm。

從圖3 中可見，從左到右每2 個(gè)型腔一組，流道參數(shù)基本相同，因此，填充時(shí)間基本相同， 但一般左邊

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