流道翻轉技術

流道翻轉技術的應用及設計

塑膠模具流道翻轉技術是一種通過改變模具內部流道的位置和角度,來調整塑膠熔體流動路徑的技術。這種技術的主要目的是優化塑膠的流動行為,從而改善成型部件的品質和性能。具體而言,流道翻轉可以幫助改善熔體的流動均勻性,減少不均勻的冷卻或熱縮現象,並且有助於提高模具的成型精度。

1. 目的

此案例旨在提供清晰的設計指導,幫助設計師有效解決多腔模具的流動平衡問題,確保流道平衡度滿足生產需求,提高模具生產品質與成型穩定性。

2. 適用範圍

適用於模具工廠生產的多腔模具。

★ 【兩板模及三板模流道翻轉的應用】

3. 翻轉流道設計規範

(3-1) 使用翻轉流道的必要性

因剪切效應引起的流動不平衡問題,無法僅靠調整射出成型條件來完全消除。為實現真正的平衡流動填充,必須在流道中重新設計和優化,使塑料流動過程中形成具有相同壓力、溫度與黏度等性質的均勻塑流。這一過程依賴科學的流道結構設計,通過分配和調整材料的流動特性,有效克服因剪切效應導致的性質差異,確保多腔模具填充過程的穩定性與一致性。

(3-2) 翻轉流道設計要求

  • (a) 在每次分流前L=(1.5~2)D要進行一次翻轉(圖1-a)。
  • (b) 如第一級流道是T型流道,請將其做在母模(圖1-b)。

(3-3) 流道尺寸

(3-3-1) 流道截面形狀

  • (a) 模具澆注系統中常用的流道截面形狀有:圓形、T型、U型。(圖2)
  • (b) 圓形流道直徑範圍為:Ø4、Ø6、Ø8、Ø10、Ø12。T型和U型流道截面尺寸要求:其中B≈1.25D。

(3-3-2) 分流道的尺寸設計

流道尺寸大小應考慮塑膠流動性並適合產品的重量或投影面積。流道過大不僅浪費材料,而且冷卻時間也會增長,造成成本上的浪費;流道過小會造成壓力過大而引起產品的缺陷。下表是根據產品重量和投影面積設計的圓形流道尺寸。

(3-3-3) 二級分流道

分流道尺寸通常從主流道末端到澆口逐漸減小,每當一段分流道再次分叉時,其截面尺寸都會有所改變,數值可參考(圖3-表3),截面尺寸也可以通過(圖3-公式A)近似計算。

★ 【非圓形流道餘料計算】

★ 【流道的切(斷)面積計算】

4. 平衡流道不平衡現象解析

(4-1) 塑膠的流動形式

在射出成型過程中,塑膠以層流和噴泉流的形式填充流道、澆口和模腔(圖4)。由於塑膠材料具有高黏度特性,熔融塑膠在流動過程中呈現穩定的層流狀態,不會出現擾流現象。同時,在流道與澆口內,熔融塑膠也不會擾流和混合的現象發生。

(4-2) 塑膠是非牛頓體

熔融塑膠的流體性質屬非牛頓流體,即其黏度隨流動剪切率的變化而變化。當剪切率升高時,由於摩擦生熱的關係,剪切劇烈的塑膠層的溫度也會升高,造成該區塑膠黏度下降。同時,因為剪切造成高分子排向較完整,剪切劇烈的塑膠層的流動阻力較低,該區黏度亦有較低的特性,即剪切稀薄效應。有關溫度與剪切率對塑膠的影響如(圖5)所示。(圖5)數據來源於Moldflow材料庫。

(4-3) 剪切速率的分佈

剪切速率是指熔體流動時層與層之間相對滑動的速率(圖6)。熔體層與層之間相對運動速度越大,其剪切速率越高。凍結層內的剪切速率為零,熔體層外側的剪切速率最大,到中心剪切速率降為零。

(4-4) 多腔模平衡流道不平衡現象

多數聚合物屬於非牛頓流體,有剪切變稀的性質。最高剪切速率出現在凍結層與熔體流動層交界處,當分流時就會出現不平衡現象(圖7)。

5. 採用翻轉流道前後平衡度對比

(圖8)是使用翻轉流道技術後,膠料種類、射出速度與流動平衡的關係。

☆ 其他參考資料及文章

★ 【流道系統之流道翻轉技術】(按圖超連結)

★ 【流道系統-剪切速率|剪切應力|剪切熱|剪切率】(按圖超連結)

★ 【塑料熔體的黏度】(按圖超連結)

★ 【影響塑料熔體黏度流動的因素】(按圖超連結)

★ 【流道系統的流動平衡】(按圖超連結)

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