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流道指的是液壓系統中流體在元件內流動的通路。隨著技術的發展,流道的應用愈加廣泛。

 

1 流道 -基本概念

流道是指液壓系統中流體在元件內流動的通路。

流道流道

 


 

2 流道 -模具流道系統

普通的流道系統(RunnerSystem)也稱作澆道系統或是澆注系統,是熔融塑料自射出機射嘴(Nozzle)到模穴的必經通道。流道系統包括主流道(PrimaryRunner)、分流道(Sub-Runner)以及澆口(Gate)。下圖顯示了典型的流道系統組成。
●主流道:也稱作主澆道、注道(Sprue)或豎澆道,是指自射出機射嘴與模具主流道襯套接觸的部分起算,至分流道為止的流道。此部分是熔融塑料進入模具后最先流經的部分。
●分流道:也稱作分澆道或次澆道,隨模具設計可再區分為第一分流道(FirstRunner)以及第二分流道(SecondaryRunner)。分流道是主流道及澆口間的過渡區域,能使熔融塑料的流向獲得平緩轉換;對於多模穴模具同時具有均勻分配塑料到各模穴的功能。
●澆口:也稱為進料口。是分流道和模穴間的狹小通口,也是最為短小肉薄的部分。作用在於利用緊縮流動面而使塑料達到加速的效果,高剪切率可使塑料流動性良好(由於塑料的切變致稀特性);粘滯加熱的升溫效果也有提升料溫降低粘度的作用。在成型完畢后澆口最先固化封口,有防止塑料迴流以及避免模穴壓力下降過快使成型品產生收縮凹陷的功能。成型后則方便剪除以分離流道系統及塑件。
●冷料井:也稱作冷料穴。目的在於儲存補集充填初始階段較冷的塑料波前,防止冷料直接進入模穴影響充填品質或堵塞澆口,冷料井通常設置在主流道末端,當分流道長度較長時,在末端也應開設冷料井。

3 流道 -模具流道設計基本原則

模穴布置(CavityLayout)的考慮
●模穴布置與澆口開設力求對稱,以防止模具受力不均產生偏載而發生撐模溢料的問題。如圖2的設計就以對稱者較佳。
●模穴布置儘可能緊湊以縮小模具尺寸。如圖3(b)的設計就模具尺寸考量而言優於圖3(b)的設計。流動導引的考慮
●能順利地引導熔融塑料填滿模穴,不產生渦流,且能順利排氣。
●盡量避免塑料熔膠正面衝擊直徑較小的型芯和金屬嵌件,以防止型芯位移(CoreShift)或變形。
熱量散失及壓力降的考慮
●熱量損耗及壓力降越小越好。
●流程要短。
●流道截面積要夠大。
●盡量避免流道彎折及突然改變流向(以圓弧角改變方向)。
●流道加工時表面粗糙度要低。
●多點進澆可以降低壓力降及所需射壓,但會有縫合線問題。
流動平衡的考慮
●一模多穴(Multi-Cavity)充填時,流道要平衡,盡量使塑料同時填滿每一個模穴,以保證各模穴成型品的品質一致性。
●分流道盡量採用自然平衡式的布置方式(Naturally-BalancedLayout)。
●無法自然平衡時採用人工平衡法平衡流道。
廢料的考慮
●在可順利充填同時不影響流動及壓力損耗的前提下,減小流道體積(長度或截面積大小)以減少流道廢料產生及回收費用。
冷料的考慮
●在流道系統上設計適當的冷料井(ColdSlugWell)、溢料槽以補集充填初始階段較冷的塑料波前,防止冷料直接進入模穴影響充填品質。
排氣的考慮
●應順利導引塑料填滿模穴,並使模穴內空氣得以順利逃逸,以避免包封燒焦的問題。成形品品質的考慮
●避免發生短射、毛邊、包封、縫合線、流痕、噴流、殘餘應力、翹曲變形、模仁偏移等問題。
●流道系統流程較長或是多點進澆(MultipleGating)時,由於流動不平衡、保壓不足或是不均勻收縮所導致的成品翹曲變形問題應加以防止。
●產品外觀性質良好,去除修整澆口方便,澆口痕(GateMark)無損於塑件外觀以及應用。
生產效率的考慮
●儘可能減少所需的后加工,使成形周期縮短,提高生產效率。
頂出點的考慮
●需考慮適當的頂出位置以避免成形品脫模變形。
使用塑料的考慮
●粘度較高或L/t比較短的塑料避免使用過長或過小尺寸的流道。 

4 流道 -擠出機頭流道設計

  近些年來,隨著異型材製品應用範圍的擴大,相應的異型材擠出機頭的需求量也在增加。擠出機頭是擠出成型的關鍵設備,其主要作用是將塑料熔體分佈於流道中,以使物料以均勻的速度從機頭中擠出,形成所需要的端面形狀和尺寸的製品。流道設計是擠出機頭設計的關鍵,其結構的合理性直接影響到擠出製品的質量和生產效率。為滿足市場需求,進一步提高型材製品的質量,有必要對異型材擠出機頭內流道設計進行全面深入的研究。
  1、典型結構
  異型材擠出機頭流道的典型結構如圖1所示。
  異型材模具一般採用此結構,整個流道採用流線型,無任何死角,避免造成物料的滯留分解。按照物料流動過程可分為4個區域:
  (1)發散段
  將螺桿擠出的熔體由旋轉流動變為穩定的平衡流動,並且通過分流錐,熔體截面形狀由擠出機出口處的圓形向製品形狀逐漸轉變。
  (2)分流段
  此段中的分流支架將流動分為幾個特徵一致的簡單單元流道,使熔體流動行為更加穩定,從而保證製品的均勻性。
  (3)壓縮段
  使物料產生一定的壓縮比,以保證有足夠的擠壓力,消除由於支撐筋而產生的熔接痕,從而使製品塑化均勻,密實度良好,內應力小。壓縮角不能過大,否則容易引起內應力加大,造成擠出不穩定,使製品表面粗糙,降低外觀質量。
  (4)定型段
  口模定型段除了賦予製品規定的形狀外,還提供適當的機頭壓力,使製品具有足夠的密度,並進一步消除由支承筋產生的熔接痕及由於分流變截面等原因一而產生的內應力。
  2、設計
  2.1基本原則
  在進行流道設計時,應遵循以下幾點基本原則:
  (1)型材重心軸線應位於螺桿的軸線上。
  (2)流道應漸變,不應急劇擴大或縮小,不得有「死點」和台階,並遵守物料流動行為。
  (3)應有足夠的壓縮比,消除結合縫。
  (4)保證物料從機頭等速擠出。
  (5)熔體進入機頭直至從模唇擠出時,必須儘可能恆定加速,直至在成型區之前達到所要求的出口速度。
  2.2設計方法
  2.2.1定型段口模流道
  (1)口模間隙:型材壁厚不單單取決於口模間隙,還取決於擠出機對物料的塑化性能、擠出壓力、擠出溫度、物料性能、熔體離模膨脹和牽引收縮等,這些條件任何一個發生變化,都很影響壁厚的變化,很難用理論來計算。對於異型材製品中經常使用的HPVC材料,製品壁厚與口模間隙的關係為:式中:
  hs/hm=1.1~1.2(1)
  hs——製品壁厚;
  hm——口模間隙。
  擠出速度較高時取小值,反之取大值。
  (2)口模流道的外圍尺寸與製品外圍尺寸。對於HPVC材料:
  As/Am=0.80.93sm(2)
  Hs/Hm=0.90.97(3)式中:
  As——製品寬度;
  Hs——口模流道外圍寬度;
  H。——製品高度;
  Hm——口模流道外圍高度。
  (3)型芯尺寸:根據口模型腔外圍尺寸及口模間隙,可得到型芯各部分的尺寸。
  (4)定型段流道長度:異型材擠出口模定型段主要由寬度、高度不同的矩形狹縫流道組成,可以按照所示經驗公式計算:
  主流道:L1=(30-40)δ1,(4)
  內筋流道:L2=L1/(δ1/δ2)n+1(5)式中:
  L1——主間隙定型段長度;
  L2——內筋定型段長度;
  δ1——主間隙;
  δ2——內筋間隙;
  n——非牛頓指數。
  2.2.2壓縮段流道
  壓縮比。及壓縮角夢:壓縮比是支承板和口模板型腔橫截面的面積比,一定的壓縮比能保證足夠的擠壓力,使塑化均勻,減小內應力。
  一般壓縮比ξ取3-7,壓縮角ψ取15~20度
  2.2.3分流段流道
  經過分流錐的配料后,在支撐板中又由支撐筋分成許多小腔進一步分割。此段流道為平直區,長度一般在高速擠出時取5060mm,型腔尺寸是根據壓縮比設計的最大型腔和型體外圍決定。在強度允許的條件下,支撐筋最大截面尺寸應盡量小,從而減少其對料流的影響。2.2.4分流錐
  分流錐的作用是將供料區的材料全部按比例分配到各個區域,角度在70度以內,物料流動性越好,角度取值越大,以便形成背壓,使物、料進一步塑化。
  分流錐應盡量短,從而減少對料流分配的影響。
  2.2.5內筋流道
  前面已經介紹了內筋定型段長度的計算公式,下面對內筋的供料形式做簡單介紹。
  通常內筋的壁厚為0.9-1.5mm之間,而外壁一般為1.8-3.0mm之間。對於不同外壁厚的型材,其供料腔的大小也不同,設計中應保證內筋的供料壓力足夠。確定內筋供料腔的大小可參照外壁供料的壓縮比,預設內筋供料壓縮比與外壁相同。根據內筋的成型縫隙和預設的壓縮比得到初步的內筋供料腔大小,再考慮物料的粘彈性對物料流動的影響,適當調整內筋供料腔,保讓內筋供料腔的物料流速接近外壁供料腔,通常要稍慢一點。這樣,就得到了內筋供料腔的大小。
  3、實例
  下面以常用的60平開扇梃為例說明異型材擠出模頭流道的設計思路,並用SolidWorks2003軟體建立其三維立體模型。
  將整個流道分為4段:發散段長為115mm,分流段長60mm,壓縮段長20mm,定型段長60mm。其整體流道尺寸如圖2所示。
  按照前文所述的設計思路,其關鍵尺寸的具體設計如下。
  3.1口模尺寸
  由圖4可見,口模流道的外圍尺寸及口模間隙都較原製品尺寸發生了一定的變化。由於異型材擠出過程中物料流動的複雜性,其口模尺寸的確定並非單純的擴大或縮小,而是要考慮多方面的因素,需要不斷的試模、修模,以便能夠獲得最佳的擠出效果。
  3.2定型段流道的長度確定
  主流道:L1=(30-40)δ1,
  內筋流道:L2=L1/(δ1/δ2)n+1
  此例中,δ1=2mm,取L1=60mm
  n=0.3,占δ2=1mm,取L2=24mm
  3.3壓縮段流道及分流段尺寸的確定
  取壓縮角ψ為15度,壓縮比ε為4,壓縮段長度為20mm;分流段長度取60mm,適用於高速擠出,其型腔尺寸同壓縮段入口處截面相同,只是增加了幾個支撐筋,在滿足強度要求的情況下,支撐筋的尺寸盡量小。其截面尺寸圖如圖5。
  3.4三維立體模型的建立
  本例用SolidWorks2003軟體建立其三維模型,如圖6所示。
  SolidWorks2003軟體是美國SolidWorks公司開發的基於Windows平台的三維機械設計軟體,其最大特點是採用全新的Windows操作界面,草圖繪製靈活,並且有強大的特徵建模能力,從而能大大縮短設計時間。
  通過對流道三維模型的建立,可以將形成的.STEP203文件導入分析軟體,如POLYFLOW軟體,有利於對流道內物料的壓力、速度或剪切應力做模擬分析,從而達到優化設計的目的。
  沿物料的擠出方向,截取A、B、C、D四個流道截面,其截面圖如圖6中a、b、c、b。
  從圖6中可以看出,異型材擠出成型機頭流道是一個由開始的圓形逐步過渡到擠出製品型坯形狀的過程。其具體尺寸的計算可參照前文所述內容,由於異型材擠出過程的複雜性,很難用理論來計算,所以設計中存在很多的經驗數據,例如前後支撐板長度選為60mm,這樣適用於目前應用較為廣泛的高速擠出。
  4、結束語
  由於異型材截面的複雜性及多樣性,其機頭流道設計目前還依賴大量的生產實踐經驗,從而增加了試模、修模,延長了生產周期,增加了生產成本。在本文總結的機頭流道設計方法的基礎上輔以先進的模具流道分析軟體,如FLOW2000、POLYFLOW等進行分析,將會使模具產品質量達到一個全新的技術水平。

5 流道 -流道板式自動注料模具

  1引言
  濕壓取向永磁鐵氧體磁體因其價格低廉,性能適中,廣泛應用於電機電器等領域。模具作為丁業化大生產必不可少的工具,在濕壓取向永磁鐵氧體磁體成型中扮演著重要的角色。本文以瓦形磁體為例,針對國內常使用的永磁鐵氧體料腔式自動注料模具(以下簡稱料腔式自動注料模具,如圖1所示)存在的問題,設計了永磁鐵氧體流道板式自動注料模具(以下簡稱流道板式自動注料模具,如圖2所示),並簡單地比較了兩種模具使用情況。
  2.料腔式自動注料模具
  料腔式自動注料模具是一種常用的濕壓取向水磁鐵氧體磁體成型模具,中國首次從東歐引進便是該類模具結構。經過多年的研究,國內廠家現已普遣採用。
  1.1模具結構特點及成型過程
  圖1為料腔式自動注料模具結構,該模具較複雜,所有下模浸泡在一個大儲料腔7中,型芯6與型腔4的密封狀況巾型芯6與荊腔4之間的間隙大小決定,整個料漿通過儲料腔7與中柱15之間的密封件進行密封。
  其成型過程為:啟動壓機壓制后,帶有濾布的吸水板3下降與型腔4接觸合模,合模壓力達到壓機設定的壓力時,注料泵開始注料,同時壓機開始充磁定向,判漿經注料螺塞18流過中柱15到達儲料腔7,然後通過型腔4壁上的注料槽分配到每個型腔(以1模多腔、下拉式脫模方式為例)。注料同時壓機真空系統開始抽水,注料延時結束后壓機快速壓制開始,吸水板3隨型腔4及儲料腔7一起下行,隨著下行距離的增加,型芯6逐漸封住型腔壁上的注料梢,多餘的料漿迴流到儲料腔7中,型腔中的料漿成型逐漸形成零件毛坯,達到設定的成型最高壓力后壓機保壓,保壓延時結束後退磁,退磁延時結束后壓機下缸下拉,露出零件毛坯,壓機上滑塊快速退回,取走毛坯,一個壓製成型循環便完成了。
  1上模底板2水嘴3吸水板4型腔5型腔墊板6型芯7.儲料腔8,12、16密封圈
  9型芯墊板10中間連揍板11.過披環13.壓匪14固定圈15沖柱17壓環18注料螺塞19模架
  2.2存在的問凰
  料腔式自動注料模具結構複雜,安裝使用不方便;型芯6與型腔4的密封狀況山刑芯6與型腔4之間的間隙決定,不但要求模具製造精度高,而且密封效果一般以致壓制循環周期長;所有型芯浸泡在儲料腔7中必須保證注料結束后壓制過程中料漿的體積恆定,否則便會出現噴料或吸料現象,即要求所有型芯橫截面積之和必須與中柱橫截面積相等,在某種程度上限制的中柱尺寸設計,可能對模具的強度帶來一定影響。
  3流道板式自動注料模具
  針對料腔式自動注料模具存在的上述問題,筆者設計了流道板式自動注料模具,具體結構如圖2所示。因流道板式自動注料模具與料腔式自動注料模具最大的區別為流道系統不同,所以本文僅重點對1模多腔流道板式自動注料模具中流道系統的設計及修正進行闡述,其餘結構參照料腔式自動注料模具設計。
  3.1結構特點及成型過程
  圖2所示流道板式自動注料模具,無儲料腔且中柱結構相對較為簡單,型芯9與型腔4之間密封通過型芯9上的密封圈1O保證,密封效果好,其料漿流程相對較短。
  其成型過程大體與料腔式自動注料模具結構相似,只是判漿經注料螺塞7、流道板6及型腔5壁上的進料孔直接注入到每一個型腔。
  1上模底板2水嘴3吸水板4、10密封圏5型腔6流道板7注料螺塞8堵頭
  9型芯11型芯墊板12中間連接板13模架
  3.2流道系統的設計
  流道板式自動注料模具的流道系統設計包括流道系統布置及相關參數的確定。本文以1模6腔模具為例,介紹流道系統的設計。
  流道系統由主流道、分流道、橫澆道及型腔進料口組成,其布置是關鍵所在。
  流道系統的布置形式分為平衡式和非平衡式兩大類。平衡式是指從主流道上注料螺塞口到各個型肺的分流道、橫澆道及型腔進料口的截面尺寸及長度均對應相等,這種設計可止接達到各個型腔均勻進料的目的。非平衡式是指從主流道卜注料螺塞口到各個型腔的分流道、橫澆道及型腔進料門的截面尺寸及長度可能不是全部對應相等,為了達到各個型腔均衡進料同時充填的目的,就需要將型腔進料口設計成不同尺寸。流道系統一旦布置好.便需對主流道、分流道,橫澆道從型腔進料門的截面尺十及長度等參數進行確定,一般情況下設計時,根據型肺外形尺十及經驗,可以確定豐流道、分流道、橫澆道參數。
  根據經驗,主流道截面直徑取∮20mm,分流道截面直徑取∮12mm,橫澆道截面直徑取∮6mm,其它L1,L2、L3型腔外形確定。圖3流道系統布置採用非平衡式布置,需對型腔進料口的截面尺寸加以訓整,以達到流道系統的平衡:流道系統的平衡通過型腔進料口BGV值(DalancedGateValue)來設計確定相應型腔進料口截面尺寸,流道系統嚴衡時,BGV值應符合下述要求:同規格產品多型腔時,各型腔進料口計算的BVG疽必須相等。
  同規格多型腔成型的BCV值可用下式表示:
  式中A——型腔注料口截面積,mm2
  L——從主流道上注料螺塞口到型腔進料口流動通道總長度,mm
  ——型腔進料口長度,mm
  圖3中即為相應型腔進料口截面。
  圖3中截面所對應的流道通道總長度,其它類推。
  圖2中所標識尺寸LG即為該流道系統型腔進料口K度LG,由模具型腔高度尺寸決定。因該流道系統呈對稱布置.可只確定截而尺小即可。設計時,為便於加工,截面形狀一般為圓形,確定截面尺寸即確定截面直徑尺寸。一股情況,先假定型腔進料口截面A1,直徑大小已知,參考數值∮10mm,通過先前已確定的流道系統參數及BCV必須相等就不難得出相應的截面直徑大小,至此,整個流道系統的設計便結束了。
  3.3流道系統的修正
  流道板式自動注料模具雖對流道系統的參數進行了嚴格的設計計算,但由於加工等原因並不一定能達到理想的效果。因此模具投入使用后應跟蹤模具各個型腔成型毛坯的實際重量確定是否對型腔進料門截面直徑尺寸進行修正,以實現流道系統均衡進料。
  以我廠設計使用的1模6腔流道板式自動注料模具成型毛坯重量情況為例,成型毛坯重量統計分析見表1。由表1可得:在壓機及注料系統穩定情況下,同一模成型毛坏重量用大偏差值為2%,同一型腔成型毛坯重量最大偏差值為1.5%,即使是不同模次不同型腔,成型毛坯重量最大偏差值為5.4%,根據經驗,該流道系統中型腔進料口截面直徑尺寸可不修改。
  4模具特點及使用效果
  通過產品CW274×646×320設計的料腔式自動注料模具與流道板式自動注料模具的使用,我們發現流道板式自動注料模具有如下特點:
  (1)結構緊湊,使用方便。流道板式自動注料模具結構簡單緊湊,壓制過程中,不會噴料或吸料現象,使用方便。
  (2)流程短,易於成型。流遭板式自動注料模具流程短,僅為料腔式自動注料模具的1/3,易於成型,尤其對於一模多腔,意義重大。
  (3)密封效果好,有利於成型效率及合格率的提高。每台8h產量山料腔式自動注料模具的1260片提高至流道板式模具的1630片,效率提高將近30%,合格率基本持平。此篇文章來自中國熱點

 

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