热塑性塑料注塑模具浇口的计算设计外文翻译资料

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热塑性塑料注塑模具浇口的计算设计

Muralidhar Lakkannan , G.C. Mohan Kumar, Ravikiran Kadoli

摘要

对于注塑模具聚合物，设计模具是一项关键的任务，涉及到几个关键的决定，对产量质量、生产力和节俭有直接影响。其中一个突出的决定是指定浇口导管的扩展，因为它对整个注塑成型有重大影响；其设计标准中的深奥的苦恼欺骗了直接的决定。设计师们凭直觉决定它，然后通过优化或操纵加工参数来解决问题。为了克服这种反常现象，本研究旨在为所有聚合物材料全面提出一个理想的设计标准，同时也倾向于作为一个功能评估指标，以达到完美的目的，即在模具开发前指定浇口导管的尺寸标准。因此，先验的分析标准从无处不在的经验关系中定量地推导出膨胀率，具体地说就是必须为注射剂的特性考虑的专属膨胀角。它的计算智能优势被用来增强完美注射到压痕缝隙中的功能，同时使注射器能力和所需的成型特征同步。为全面起见，它作为一个明确的因素，在不确定的范围内持续敏感，取决于原地的时空注射剂状态的困惑，并对每种聚合物特性有不连续的斜率和高度。其中，表观粘度和剪切稀化指数的聚集范围被认为是大多数热塑性塑料的特征。研究结果表明，粘性结壳的导管扩张速度快，而剪切变薄的结壳则非常快；其中，表观粘度具有相对优势。这个重要的理由肯定会形成先验的设计基础，以及诊断造成一些缺陷的填塞问题。像这样建议的通用设计标准，除了作为一个廉价的预防陈词滥调给模具设计者带来巨大的好处外，它的简单性也会给模具设计者带来极大的好处。它在实践中的适应性很强，体现了注塑成型的希望，是一种极其诱人的聚合物。因此，我们得出的结论是，在设计专用浇口套时，重视注射剂的聚合物特性具有先验性的优势。。

关键词：注塑成型；浇注套；表观粘度；剪切变薄指数

1引言

当代人类学家断言，人类进化和制造知识改革之间有150万年的绝对相关性；因此，几乎所有的材料都能够在广泛的应用领域，激发恒星功能，如更方便、压实、可移植性等。这种严谨的进展从根本上提高了人们对所追求的技术、方法、能力、工具、方法、方法、策略等的潜在科学现象的认识。从安全的角度来看，塑料是人类适应性进化的核心，因为它们仅来自4%的地球提取（自然石油和天然气），而42%取暖，45%是运输。同时期生命周期评估(LCA)2称赞塑料是生态学最高尚的贡献者，因为它绝对减少了人类对化石燃料的依赖，比如减少150%的能源需求[91]。自从亚历山大·帕克斯（英国）在1855年发明了帕克肯（塑料），[97]来代替大象和鲸鱼、龟壳和角的象牙需求；比起其他材料[78]，它们更受欢迎。由于在模糊的应用程序中实现的突出性，它们最终成为进程迁移的目的地。按时间顺序前十年合成聚合物的惊人发展，具有诱人的美学、功能、人体工程学、化妆品等程度。除了交织的价值，大多数耸人听闻的吸引力来自于惊人的性质聚合物的应用。同样，从功能的角度来看，它们可以广泛应用到广泛的应用，需要抗静电、阻燃、电磁屏蔽、绝缘范围的极端传导程度等。房地产它们非常高的结合程度进一步培育了一套全新的材料，如复合材料、混合材料、智能材料、功能分级材料等，在当代应用。

由于与文明有着千丝万缕的联系，全球塑料经济在众多行业中名列前茅[15]；同时，这也是对提高先进性、质量、性能、耐用性基准、严格的交货时间以及经济性的一种永久的强制要求[32]。作为替代，几种聚合物加工技术已经在熟练的商业赞助下出现；其中注塑成型是最重要的[45]，每三分之一[32%的重量[77]]零件中就有一个是注塑成型的[81]。尽管在网状模具制造方面取得了明显的进展；像智能设置或智能控制这样的连贯性加工进展；对产品设计的追求还没有达到足够的同步和协调，因为模具设计仍然大量采用启发式方法[6]。这种影响经常表现为交货期延长、性能下降、产量低下和/或质量受损，因此聚合物加工技术的要求肯定远远超过现有能力。主要来说，注射成型的属性明显取决于现场因素的组合{温度：压力：速度}，固有的树脂特性和配置的模具设计。这些关键因素相互影响着整体的热机械转换，并导致最终成型产品的性能和质量[26,27] 。

尽管在模具设计和材料特性方面取得了独特的进展，但从全球分辨率的角度来看，成熟度仍在不断提高。所涉及的严重的复杂性使分析相对深奥，并抑制了集体的决定性，因此，详尽的模拟、故意的修改和多种跟踪是不可避免的，既是互动的，也是迭代的[85]，显然，由于它们的不确定性会出现[82]。尽管有较高的注射能力的机器，但其注射压力梯度很少能满足通过喷嘴、浇口、流道、浇口和模压间隙的渐进式能量转换。模内压力头从浇口套内的流体动能速度中恢复的商数很大程度上取决于其导管的几何设计是否完美。从模具功能评估的角度来看，这个恢复商数成为一个突出的性能指标，也是设计完善的明显因素。认真的原位浇道（进料系统的一个组成部分）压力恢复标准的缜密性是性能炉灶的关键所在[19]。因此，拥抱基本的管道内原位注射动力力学似乎是实现高效可塑的合理方法。

2.文献

无论是限制性的还是自由扩张的浇口导管，都会使注射犹豫不决，消耗更多的能量或最终剥夺模内压力恢复能力[55]。因此，为了设计一个合适的进料系统，质量和性能都必须作为预期的因素加以判断。导致这些问题的深刻原因是注射剂的特性，

1.沿熔体到管道壁界面的剪切应变[2]

2.流体力学不稳定性（又称注入模式扭曲，形成螺旋或螺旋，由维森伯格数[96]量化）。

然而，深入理解与严重缺陷有关的物理学；现象级的注射剂输送；压力恢复；注射剂相变；以及和浇口导管膨胀的相互作用[39]仍是行动上的问题。这种现象性的特征会极大地制约着导管区域的设计（包括横截面的几何形状和膨胀设计）及其性能，

1.在熔体注入率的充分性和剪切拉伸的巨大性方面有意地确定；同时确保内在的统一性；以及尽量减少剪切加热。也许这个比喻很复杂，因为当注射剂穿过导管长度时，运输粘度会积极地降低（剪切变薄），其巨大的物理损害了树脂性能[12]，即AQL和APL在设计支点上摇摆不定。

2.基本上完成理想的注射，即注射剂在导管内的特征变形程度、速度和持续时间[9]。

3.本质上注入高分子注射剂的同时原位行为矾，即导致过早冻结、印迹填充不完整等的非牛顿运动特征，明确约束为理想的浇口导管膨胀设计限制[1]。

4.必须是通用的、简单的、廉价的和预防性的；尽管种类很多，但这些标准仍然适用于所有注射剂。

2.1.可接受的质量等级(AQL)

一般来说，注射成型包括变形、转变、凝固[39]，以使聚合物注射剂通过其水溶液的熔融状态，即高于各自的玻璃转化水平[99]。这种状态总是激发复杂的非牛顿行为，刺激各种反复无常的不稳定机械行为[51]。通常情况下，注射成型工艺使聚合物注射剂受到严重的物理侵害，包括高温、极压和快速剪切率[66]。由于大多数粘弹性剪切稀化的热塑性塑料熔体容易受到侵蚀程度3和持续时间4的影响[7]；原位化学转化分离出最有可能的阶段，并最终使形态相对于末端组别复杂化（见2.3.1节）。

在玻璃转化温度以上，大多数热塑性材料的特点是以无定形状态存在，并在凝固时结晶。如果发生矾化，无定形状态就会结束5；结晶后，某些类别的悬浮物仍然是球状的，表现为凝胶。注射剂状态的这种无定形性与结晶性的特征商数及其过渡的多样性决定性地制约了分子运动的程度、局部旋转的程度、振动争论和固体状态的长程（段位移）流动性与短程流动性的对比6。目前，我们只是认识到这是未来调查的一个潜在方面；也许，预计聚合物合成商将广泛地描述上述因素[26]，[84]。

虽然注射梯度压力对注射剂分子施加了直接的机械力，但作为回应，它们最初以足够的自由度变形，然后逐渐沿着刺激力的作用方向犹豫地移位[86]。主要来说，它们在充填区间内放松，在包装区间内弹性延伸，在冷却区间内不可逆地拉伸。一旦刺激性注射力消失，注射剂就会因内在的弹性而自发放松[38]。在一个复杂的模式下（见第2.3.1节），相对于特征结构、形态、纠缠、高度局部的粘结松弛变形（脆性或刚性）、重新排列的容易性（延展性或韧性）以及局部粘结变形的大小和持续时间[36]。然而，长时间的注射（刺激力作用）会不可逆地拉伸和输送注射剂，使其永远无法恢复到所需的位置和形状[86]。特征性的松弛-伸展-拉伸序列谱也取决于注射剂的相变行为和机器的冷却力度的联合互动影响；其多样性定量地劝告了应力残留和各向异性的程度，这直接导致了机械性能、收缩和成品部件的变形[1]。由于同样的原因，高分子材料的行为特征应极大地制约着注塑模具的设计[12]。

因此，为了说明浇口-导管膨胀在应变分摊和减少总熔体断裂方面的重要性，对剪切率、压力和温度影响进行了审查。特别是通过专门消除其发生和演变对导管尺寸设计的影响来确定应力场。因此，从质量和生产力的角度来看，它的推断将使各种聚合物熔体的注射成型性。然而，为了确保稳健性，我们建议进行更深入的探索，以揭示与严重缺陷的发生相关的物理学，以及它和浇口扩张的定量关系。我们的假设是，在注射剂的临界剪切率下，粘度及其梯度应作为一个重要的空间因素偏向浇口导管的扩展，而不考虑组件/压印和机器/注射的努力。同样，为了保证注塑的一致性，粘度变化的行为和它在原地剪切率（注射速度）的变化应该明显地限制浇口导管的扩展，作为一个时间因素。因此，要完成AQL的进料导管设计，必须忍受所选择的个别聚合物注射剂的注射成型性。

2.2.可接受的性能水平(APL)

用经验关系抽象出的熔体注射问题看起来简单易行，但考虑到非牛顿注射剂的时空特性，它令人惊讶地达到了激烈的计算。当设计合适的注塑模具时，必须要有可管理性的预期，挑战进一步上升到高复杂性。主要是因为在模具设计模型中全面表现聚合物的特性将是非常复杂的，用数学方法解决它将是非常困难的[27]（见第2.3.2节）。然而，一些以前的研究人员已经尝试从多个角度采用探究性的方法，如施加应力梯度、同时注射性和凝固性7。然而，大多数商业模拟和分析软件包在实践中仍然假定为纯剪切流，并主要采用经典的胡克剪切应力或牛顿粘度来近似一些令人信服的解决方案。虽然这种怀疑的近似值与实验相当相关[33]，但它们大多是针对距离浇口位置极远的印象区，在那里聚合物熔体注入几乎是纯剪切流。当然，原位聚合体涌流不可能是纯剪切流。

当粘弹性热塑性塑料熔体通过浇口导管注入时，其弹性能量的积累和耗散会减少流入和流出的压力梯度，从而改变注入物的运输状态[13]。因此，一般来说，导管设计恢复模内压力的能力取决于注射剂的弹性和流变行为，因此它们之间必须存在某种关系[56]。然而，热塑性塑料熔体的特异性剪切应变恢复能力对于浇口导管尺寸的影响是微不足道的，通常被忽视[56]。因为尽管热塑性塑料的粘度随着各向同性的压力呈指数增长[58]，但其缩放强度相当温和；所以在低原位强度下，模具设计者显然忽略了其影响[53]。然而，这种推理在少数特殊情况下是站不住脚的[21]，比如涉及0.5到1GPa注射压力的非常长的窄间隙注射。相反，过高的注入压力会导致高拉伸率，由于注入物倾向于与周边表面速度粘连，其流向会发生断裂。任性的管道内粘性粘附迅速加速断裂的熔体成为离散的注入流[60]，然而由于临界剪切应力区域的惊人的壁滑，它们最终出现鲨鱼皮[74]。对于机器的最大注射压力和印模的可回收模内压力的特定组合，分歧浇道区域内的导管内梯度分散是能量交易一致性的特征[64]。因此，浇道的膨胀的几何设计因素连同压力梯度和注射剂的原位流变逻辑行为（粘性耗散和剪切应变能量主导[61]），也就是浇道的膨胀和模内压力恢复商有一定的关系，这种相对性随着毛细管比率的缩小而变得更加明显[55]。

热塑性溶剂树脂中添加剂的作用范围及其组成组分构成了注射剂的固有性质。因此，为了完成适当的注入，给料管应同步到相关的全包流变学8[28]。为了实现快速注射，增填充剂、抗氧化剂、抗燃剂、阻燃剂、着色剂、吹气剂、交联剂、紫外线稳定剂等，相反，它应该收缩为特有的流变促进剂，如润滑剂、软化剂、增塑剂等。[5].

同样，注入结晶聚合物，同时欣赏行为迁移率和内在相变特性仍然是一个挑战[26]，特别是逐渐结晶聚合物，因为几个以前的同行观察到复杂的结晶应力分布。也许这就是为什么只有晶体动力学的二维注入努力模型经常被采用从头开始的[27]，后者的少数研究者提出了欣赏梯度模型[27]中的特殊晶体聚合物行为。近年来，通过在非线性控制方程中采用幂律模型，将该方法推广到三维数学公式，其解相对准确和可靠，并收敛于实验观测[84]。因此，为设计合适的潜力提供巨大的模具系统，甚至为复杂的工程应用。广义牛顿流体(GNF)本构关系，如幂律模型，将是更好的[93]。因为它甚至可以考虑残余相变应力[69]（特别是在非晶态聚合物中）。

因此，为了实现APL，所有符合模具进料管道的设计除了具有注入器的热机械相变行为外，还应全面了解其固有的非牛顿应力分布模式。

2.3.功能评价

真正的进料系统设计旨在同步注入剂的特殊聚合物流变、粘弹性和热机械相变系统行为；局限于设计印模特征；并利用可用注入器的注入力和热提取能力同时变形、运输和凝固。

2.3.1.分子量视角

分子量是一个突出的形态学因素，它的事实范围全面涵盖了所有的聚合物注射剂，包括它们的混合物或共聚物，除了表征原位行为特征和流变学分散9 [22]。因此，在一个特定的剪切率下，上层和下层的粘性极点的出现完全取决于聚合物类型、浓度、分子量分布等构成因素10 [8]。因此，重分子量注射剂具有较高的结晶度，即使在较高的玻璃化温度下，也需要较宽的浇口扩展，因为其具有较高的抗拉强度、模量、韧性、硬度和耐化学性。此外，它们密集的一级和二级交联会增厚表观粘度，并扼杀剪切稀薄

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