高压模塑理论与型腔设计新方法.pdfVIP

中国模协技术委员会第七届委员会换届会议论文集 189 高压模塑理论与型腔设计新方法 吴世见 (四川大学高分子科学与工程学院，四川成都610065) 摘要：针对精密模塑需要高压成型的机理进行了理论分析，将型腔弹性变形量与制品精度 关联，并提出了新的型腔尺寸设计方法，在满足型腔强度且变形为弹性条件下，为控制成型制 品的精度，需要严格控制保压压力大小及其波动范围。 关键词：高压模塑；精密成型；型腔设计 塑料制件作为精密零件在不同领域的应用逐渐扩大，除了给塑料新材料开发、模塑成型工艺提出挑 战外，尤其给注塑模具的型腔设计带来了新问题。塑料制件的精密注射成型，多采用高压或超高压成型 【l】。塑料熔体注入模具型腔，型腔侧壁在熔体高压作用下，可能因强度不够或刚度不足而发生破坏或过 大形变。目前采用常规的计算型腔壁厚的方法即通过强度计算和刚度计算确定型腔壁厚【2j，在高压条件 下或制品精度要求较高时会出现型腔壁过厚，造成模具笨重，并且单纯的力学计算，并没有把制品精度 考虑进去。本文考虑充模压力对充模流速及熔体比容的影响，解释了精密模塑使用高压成型的原因，并 且利用制品原材料的P—V-T特性，结合型腔弹性变形与制品尺寸精度的相关性，提出一种新的型腔设计 方法。 1精密模塑高压成型原因 MPa(普通注塑所 对于不同塑料品种、制件形状及尺寸，精密注塑成型所需的压力多为180～250 MPall J。其原因是充模速率 用的充模压力一般为40～200MPa)，某些情况下会更高一些，有的高达450 受制于注射压力，而且保压压力直接影响熔体的比容。注射与保压过程中均有熔体进入模腔，所以这里 将注射与保压都归属充模。 1．1 注射压力对充模速率的影响 在注射充模过程中，塑料熔体会发生所谓的“喷泉流”。发生喷泉流时，先流入模腔的熔体滞留在 模腔壁上而冻结，在这之后流入模腔的熔体通过该冻结层向前流动形成流动前沿【3J，如图1所示。 冻结层 流动前沿 型腔壁 图1注塑过程中，塑料熔体流动示意图 然而，如果充模速率较慢，随着注射时间的增加，冻结层厚度逐渐加大，有可能导致熔体流滞、发 生短射，特别是对于薄壁制品，因此，需要提高充模速率。在充模阶段，模腔内浇1：3处熔体压力值始终 最高，熔体前沿处的压力为零。熔体在模腔狭缝中流动，压力降彳P与熔体流率Q的关系如下： 190 中国模协技术委员会第七届委员会换届会议论文集 D：型岛尸 。12r／l (1) 式中：彳_尸为注射压力；，为狭缝长度；叩为熔体粘度；h为狭缝高度；∞为狭缝宽度：Q为体积流率。 所以为获得较高的充模速率，就需要高的注射压力。对于薄壁制品，所需的注射压力将成指数上 升。 1．2保压压力对熔体比容的影响 模腔刚被充满后，大部分塑料熔体不再流动，塑料熔体的体积会因冷却降温而减小。此时熔体温 度如果允许降低至室温，则因温度降低而导致的体积收缩会导致制品出现外观和功能上的缺陷【3】，所 以，需要在熔体冷却收缩的同时进行实时保压补缩，以改善因收缩对制品质量的影响或提高制品尺寸 精度，并且，由于塑料熔体自由体积的影响，给熔体施加压力也会使其密实，直接体现在熔体比容受 控于熔体压力、温度，因而保压压力的大小或波动会直接影响收缩的波动。 从图2无定型塑料丙烯腈．丁二烯一苯乙烯共聚物(ABS)的P．V-T曲线，以及图3半结晶塑料聚丙 烯(PP)的P—V-T曲线，可确定塑料熔体的温度及其压力的变化，对最终制品的尺寸影响较大。 图2 ABS的P．v-T曲线