注塑成型是一個(gè)復(fù)雜的加工工藝，其中會(huì)涉及到機(jī)械原理、流體動(dòng)力學(xué)及熱傳導(dǎo)系統(tǒng)等知識(shí)。而這還只是冰山一角。如果作個(gè)簡(jiǎn)化說(shuō)明，我們可以把模具功能簡(jiǎn)化為兩部分，即熱交換和壓力控制，然后可以觀察這兩個(gè)因素是如何整體地影響零件質(zhì)量和尺寸的。

注塑過(guò)程中的熱交換

首先，讓我們回顧一下塑料是如何在注塑裝置中從顆粒狀轉(zhuǎn)變?yōu)槿廴诨蛞汗袒旌衔锏?#xff08;既非真正液體也非真正固體）。如果有人不熟悉英制熱量單位BTU，我們可以做一個(gè)簡(jiǎn)單的說(shuō)明，它代表將一磅純水的溫度提高一華氏度所需的熱量。要熔化塑料，必須要吸收一定BTU的熱量，在半結(jié)晶材料中如PP(聚丙烯)，打破其晶格結(jié)構(gòu)并使其轉(zhuǎn)化為真正的液態(tài)所需的能力與非結(jié)晶材料（如ABS、PC等）相比需要更多的能量。像PC(聚碳酸酯)這樣的材料嚴(yán)格來(lái)講永遠(yuǎn)無(wú)法使其熔化，它們只會(huì)變得更軟。我們大多數(shù)人都不會(huì)考慮用多少BTU來(lái)加工塑料，而是更傾向于考慮熔融和HDT（熱變形溫度）。HDT是聚合物或塑料樣品在規(guī)定載荷條件下發(fā)生變形的溫度。從熱動(dòng)力學(xué)角度看，脫模前我們只需要帶走約40%熔化或軟化塑料所需的BTU就可以了。剩余60%的BTU熱量在脫模后的冷卻過(guò)程中散失在環(huán)境中。對(duì)熔化塑料所需能量的方程式我們將不做討論，但在下圖1中我們可以看到僅僅基于材料選擇所帶來(lái)的最終冷卻差異。

圖1：半結(jié)晶與非結(jié)晶材料冷卻時(shí)間比較

如果比較塑料熔化時(shí)的溫度與脫時(shí)的模溫度，會(huì)發(fā)現(xiàn)溫度平均下降了 62%（顯示在表1中）。在工藝過(guò)程中測(cè)量熔化溫度與零件脫模溫度要容易得多。

表1：半結(jié)晶與非結(jié)晶材料的溫度比較

如何有效去除40%熱量，最終取決于冷卻水路的位置、模具使用的金屬類(lèi)型以及塑料零件的散熱能力。在這種情況下，塑料是熱絕緣體，它是實(shí)現(xiàn)高效率的首要因素。我們作為工程師在模具設(shè)計(jì)方面做得更好（見(jiàn)下圖2），周期就越短。在理想狀態(tài)下，整個(gè)零件在脫模時(shí)沒(méi)有任何溫度不均。

圖2：冷卻通道設(shè)計(jì)起點(diǎn)

然而，我們知道在大多數(shù)情況下這是不可行的。相反，低于20°F的合理溫差將獲得可接受的結(jié)果。在多數(shù)情況下，脫模后將立刻能夠檢測(cè)到收縮、氣泡和光澤度變化。如果脫模后零件溫度差異超過(guò)20°F，則最終很有可能出現(xiàn)翹曲。如果使用聚甲醛這樣的材料，則必須明白脫模后收縮有時(shí)需要幾天或幾周才能穩(wěn)定下來(lái)。以下（圖3）中，截面較厚的零件顯示了脫模時(shí)相當(dāng)大的溫差。

圖3 示例產(chǎn)品

壓力和對(duì)零件質(zhì)量與尺寸的影響

模具適當(dāng)?shù)目刂茐毫?#xff0c;對(duì)于零件質(zhì)量的影響是巨大的。我們將把這個(gè)系統(tǒng)分為幾個(gè)部分：熔體輸送系統(tǒng)和型腔。由于塑料與模具的首先關(guān)聯(lián)的是熔體輸送系統(tǒng)，我們就從這里開(kāi)始。我們?cè)诳慈垠w輸送系統(tǒng)時(shí)， 很重要的一點(diǎn)是不要使系統(tǒng)尺寸過(guò)小，以確保盡可能降低從噴嘴機(jī)到澆口的壓力損失。在多數(shù)情況下，半結(jié)晶需要的尺寸最小，然后是非結(jié)晶，接下來(lái)是任何含有玻璃纖維填充的材料。從更高角度看，我們可以開(kāi)始討論這些樹(shù)脂的MFI（熔體流動(dòng)指數(shù)）（見(jiàn)表2）。我們通常可以看到每種特定樹(shù)脂的粘度和MFI（熔體流動(dòng)指數(shù)）范圍。MFI（熔體流動(dòng)指數(shù)）越低，輸送系統(tǒng)尺寸要求越大，以確保性強(qiáng)的有效填充和保壓。

表2：粘度與MFI（熔體流動(dòng)指數(shù)）范圍

在設(shè)計(jì)熔體輸送系統(tǒng)時(shí)，建議從零件向注塑機(jī)方向進(jìn)行設(shè)計(jì)。澆口是起點(diǎn)，尺寸過(guò)小將增加填充壓力并降低補(bǔ)縮的效果。它還會(huì)提高剪切速率，可能會(huì)導(dǎo)致聚合物鏈的降解。如果粘度高且MFI（熔體流動(dòng)指數(shù)）低，零件可能需要一個(gè)以上的澆口，以確保整個(gè)型腔的壓力損失不至過(guò)大。一旦確定了正確的澆口類(lèi)型、尺寸和數(shù)量，連接到機(jī)器噴嘴的通道就可以繼續(xù)。型腔之間的流道、熱嘴或分流板長(zhǎng)度應(yīng)該盡可能短，如前所述，以確保冷卻水路仍有足夠的間距。模腔數(shù)量越高，就越難以管理壓力損失。 最后一點(diǎn)是，建議冷流道的主流道或熱流道入口長(zhǎng)度不要超過(guò)2.000英寸。以下（圖4）是多型腔家族模具的例子，展示了流動(dòng)長(zhǎng)度差別極大的造成模具型腔壓力率和冷卻率的差別。我們知道注塑成型工藝中壓力最大的是機(jī)器噴嘴，而最低處是模具型腔內(nèi)填充末端。為了盡量減小收縮、氣孔、翹曲、短射以及尺寸不穩(wěn)定，我們作為工程師必須管理整個(gè)系統(tǒng)的壓力損失。

圖4 多型腔模具

結(jié)論

通過(guò)這些例子我們可以看出，管理注塑機(jī)噴嘴端到型腔末端的壓力損失和溫度是極其關(guān)鍵的。否則就將造成尺寸的變化和不穩(wěn)定。

作者簡(jiǎn)介：

Jeremy Williams在塑料行業(yè)有19年的經(jīng)驗(yàn)，曾服務(wù)于醫(yī)療、汽車(chē)、家具以及電器行業(yè)。他之前曾擔(dān)任首席工程師，負(fù)責(zé)的項(xiàng)目從設(shè)計(jì)概念到可銷(xiāo)售產(chǎn)品。Jeremy于2011年獲注塑大師II認(rèn)證，于2012年成為一名RJG認(rèn)證培訓(xùn)師，并于2015年開(kāi)始供職于RJG。除了豐富的制造業(yè)背景，他還擁有塑料業(yè)和商業(yè)學(xué)位。目前，Jeremy是一名TZERO?咨詢(xún)顧問(wèn)/培訓(xùn)師。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的三维空间长度温度数量_塑料压力和温度对注塑件质量与尺寸的影响研究的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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