注塑模具充填相的特點(diǎn)
一、“噴泉”流動
在注塑模具充填相中,塑料熔體首先充滿澆注系統(tǒng),然后以“噴泉”流動方式充滿型腔。在密閉的模具中,此時,在流動前沿塑料熔體形成一個小鼓泡。與冷模壁接觸的熔體表面很快就會凝固,而中心的塑料仍處于熔融狀態(tài),上游熔體注入后仍流入此中心區(qū)。流動前沿受到來自中心區(qū)熱塑料熔體的壓力而形成鼓泡,從而引起向前并向外的流動之故,其形狀恰與人們常見的“噴泉”類式。凝固層是由鼓泡膨脹而形成的。鼓泡表面所受的剪應(yīng)力很小,因而大分子鏈不易伸展,造成凝固層內(nèi)分子取向很低。噴泉區(qū)的范圍大約是型腔厚度數(shù)量級。
注塑模具的型腔充填時,流動前沿是一個幾何形狀復(fù)雜的曲面,此曲面的一邊是大氣,加一邊是高壓塑料熔體。曲面的法線方向壓力梯度大,是曲面上熔體質(zhì)點(diǎn)的流動方向,因而形成了向前向外的流動。而在曲面后則形成一個非穩(wěn)定的自由流動區(qū)。
二、溫度變化:在注塑模具充填相中,新的塑料熔體不斷通過澆口注入型腔,并不斷向前流動,將熱量帶入型腔。此外,熔體各層相互磨擦,使溫度進(jìn)一步升高。與此同時,熱量通過凝固層和溫度較低的模具型腔表面散失。
注塑模具塑料開始時凝固層很薄,熱散失快,使得更多的熔體凝固,凝固層厚度不斷增加。由于塑料是熱的不良導(dǎo)體,凝固層達(dá)到一定厚度后,由傳導(dǎo)而損失的熱量將與塑料熔體帶入的和內(nèi)磨擦產(chǎn)生的熱量達(dá)到平衡。達(dá)到熱平衡的時間大約只需要十分之幾秒。由于總的充填時間為幾秒,故在注塑過程中,充填相初期已達(dá)到熱平衡。
若注射速度較慢,則塑料熔體帶入型腔的熱量較少,內(nèi)磨擦產(chǎn)生的熱量亦較少,但與此同時通過模具表面的熱損失率卻不變,從而使凝固層厚度增加。若提高注射速度與上述情況相反。
三、流動剪切應(yīng)力
注塑模具塑料熔體在流動時所承受的剪切應(yīng)力,叫做流動剪切應(yīng)力。在塑料熔體和凝固層接觸的表面上流動剪切應(yīng)力大,向內(nèi)逐漸降低,至模具型腔中心線處為零,其沿型腔厚度方向的分布與剪應(yīng)變率相同。流動剪應(yīng)變率是相鄰兩薄層塑料熔體相對移動的速率,其值在凝固層內(nèi)表面層大,朝型腔中心逐漸降低為零。
由于凝固層內(nèi)側(cè)的塑料熔體所承受的流動剪應(yīng)力大,故取向水平也高。朝中心方向流動剪應(yīng)力下降,取向減少。
四、殘余應(yīng)力:塑料制品的殘余應(yīng)力和取向密切相關(guān),取向的材料較非取向的材料有更大的收縮,在注塑制品流動的截面上,不同部位就有不同的收縮率。更詳盡的說,在初凝固層的內(nèi)表面處,取向高,因而收縮率也大,但是由于受到內(nèi)部取向低,因而收縮率小的抑止,受到拉伸應(yīng)力。與此相反,內(nèi)部材料取向低,冷卻時收縮率小,受到凝固層內(nèi)表面的牽制而承受壓縮應(yīng)力。這樣制品內(nèi)部就形成了不同的應(yīng)力,此即所謂的殘余應(yīng)力,這種殘余應(yīng)力是使注塑制品翹曲變形的主要原因之一。
由于充模時,流動剪切應(yīng)力與制品殘余應(yīng)力之間存在著直接關(guān)系,故可作模具設(shè)計時制品變形的參考。
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