亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        塑料碗注射模冷卻系統(tǒng)設(shè)計與分析*

        2021-08-12 08:42:52張小珍
        模具制造 2021年5期
        關(guān)鍵詞:水路字形熱量

        張小珍

        (廈門大學(xué)嘉庚學(xué)院,福建漳州 363105)

        1 引言

        塑料已成為工業(yè)中離不開的基礎(chǔ)材料,在2018年塑料制品高達6,042萬噸[1]。因塑料制品比傳統(tǒng)金屬制品價格低、塑性好、質(zhì)量輕和耐腐蝕等優(yōu)點,使得塑料制品在生活中應(yīng)用的越來越廣泛[2~4]。近年來,塑料成型加工技術(shù)也是不斷提高,向中高端的塑料成型加工技術(shù)發(fā)展,更好的滿足國內(nèi)塑料制品經(jīng)濟的發(fā)展需求[5~7]。塑料碗是生活中的必需品,在制備過程中主要采用注射成型加工工藝,利用注塑機將塑料原料熔體在一定的壓力和速度下注入模具內(nèi)部并冷卻,從而固化成塑料碗[8~10]。塑料碗注射過程受冷卻影響非常大,冷卻速度和均勻布置會提高制備的效率。針對塑料碗注射成型,提出多種冷卻方案,對比表面粗糙度、流速和布置方案,借助Comsol軟件,分析冷卻工藝,確定最佳方案。同時,為塑料制品的注射模設(shè)計提供參考。

        2 注射模分析

        塑料碗為圓形結(jié)構(gòu),其外形尺寸D×h為160×60mm,壁厚2.4mm。結(jié)構(gòu)較簡單,所以精度上要求較低,主要要求表面光亮。注射成型時采用PP聚丙烯材料,因PP的材料質(zhì)量輕、密度比水小,最終耐熱性、韌性強,有利于提高塑料碗的性能。但在碗口部分要求較高,不能出現(xiàn)有澆注口的痕跡[11]。另外,碗的壁厚較薄,如果采用簡單傳統(tǒng)注射,很難以成功,容易生產(chǎn)成缺料塑料碗。為了提高注射成型,必須加大注射壓力,但會造成內(nèi)應(yīng)力較大,難以脫模。在注射過程要求塑件不能有常見的注射表面缺陷,不允許發(fā)生變形。但發(fā)現(xiàn)在注射過程中由于冷卻速度過快,造成模具溫度低于50℃,導(dǎo)致塑件表面不光滑,而且留痕90℃以上易使塑料發(fā)生翹曲變形[12]。因此采用熱流道和冷卻結(jié)構(gòu)提高塑料碗模具注射、充滿和冷卻問題。

        注射膜結(jié)構(gòu)如圖1所示。采用頂出方式進行脫模,注射中通過澆口套1將塑料熔料注入到模架3的型腔6中,保壓,通過冷卻水道5進行冷卻。當(dāng)模具完全打開時,確保制件留在型芯4中,通過頂桿把頂桿板7向上推,從而推出模型。為了實現(xiàn)復(fù)位,頂桿8向下運動,在復(fù)位桿彈簧9作用下頂桿板7復(fù)位。

        圖1 注射模結(jié)構(gòu)

        3 冷卻系統(tǒng)設(shè)計

        冷卻是塑料碗注射成型中的一個重要過程,首先,冷卻時間可能會占用生產(chǎn)周期時間的一半,甚至更多[13];其次,通過均勻冷卻來避免制造塑料碗時出現(xiàn)缺陷。因為模具注射過程中塑料材料均勻、緩慢地冷卻下來,可以避免產(chǎn)生殘余應(yīng)力,其導(dǎo)致最終塑件發(fā)生扭曲和裂縫等的風(fēng)險[14]。因此,冷卻對于塑料碗成型至關(guān)重要,而冷卻通過的定位和屬性成為模具設(shè)計的一個重要因素,冷卻水路布置形式直接影響了冷卻的效率,塑料碗的溫度分布,最重要是能夠保證塑料碗的冷卻比較均勻,減少了收縮變形等[15]。采用兩種方案的冷卻水路,如圖2所示,田字水路采用傳統(tǒng)的冷卻水路,在模具鋼上鉆孔加上管頭,內(nèi)部形成田字的水路,圍繞塑料碗周圍冷卻一圈,內(nèi)部采用對角連接管道,所有管道采用直線型設(shè)計。S形水路通過快速成型制造,均布在模具的上下面。水路管道均采用圓管,內(nèi)徑為φ10mm。

        圖2 兩種方案的冷卻水路

        4 實驗分析

        通過comsol分析冷卻過程,查看塑料碗的溫度場的分布,如圖3所示。經(jīng)過注射的塑料材料,塑料模具的平均溫度為473K(199.85℃),以室溫的水作冷卻流體,以10L/min的速度流過管道,模擬10min的冷卻過程。冷卻10min后,最熱部分與最冷部分溫度相差大概100℃;田字形冷卻后塑料碗的平均溫度為421.78K(148.63℃),S形冷卻后塑料碗的平均溫度在410K(136.85℃)左右;發(fā)現(xiàn)田字形冷卻后塑料碗的表面溫度比S形塑料碗的溫度要高,更多集中在450K(176.85℃)溫度左右;從冷卻管道溫度上分析,可知田字管道出口和中間段溫度變化不大,也就意味著水流介質(zhì)帶走的溫度不多,其效率較低;從S形管道可知出口溫度溫度較大,中間段從低到高,實現(xiàn)熱量傳導(dǎo)。對比發(fā)現(xiàn),S形冷卻管道布置更有利于塑料碗的傳熱。

        圖3 冷卻10min后塑料碗的溫度場的分布

        從圖4可知,田字形布置方案中,因塑料碗內(nèi)上下布置的冷卻管道較少,可知塑料碗上下的鋼模具溫度較高,然而在鋼模具的四周,溫度較低,由于田字形冷卻增加了塑料碗周圍的冷卻管道,有利于鋼模具周圍熱量傳遞。在S形布置方案中,可知塑料碗上下面對應(yīng)冷卻管道布置較多,所以對應(yīng)位置冷卻的比較均勻,但在水流進出口兩面模具的受熱較大。但總體上可知,S形冷卻方案的最高溫度460K(186.85℃)低于田字形468K(194.85℃),而且在塑料碗周圍散熱較均勻,效率較高。

        圖4 冷卻10min后模具塊表面溫度場的分布

        從圖5可知,冷卻10min后模具內(nèi)部的溫度場分布情況,發(fā)現(xiàn)田字形冷卻方案在塑料碗中央溫度較高,高于400K(128.85℃),說明塑料碗對應(yīng)上下面冷卻較少;而S形冷卻方案最高溫度為350K(76.85℃),低于田字冷卻,卻較好保證了塑料碗周圍的溫度,比較均勻,溫度低于345K(71.85℃),對于塑料具有較好冷卻效果。

        圖5 冷卻10min后模具塊內(nèi)部溫度場的分布

        5 冷卻系統(tǒng)傳熱分析

        注射過程中產(chǎn)生大量的熱量,主要熱量來源于注射塑料熔體注入到模具后散發(fā)得到,如果這些熱量不能夠及時的散發(fā)出去,直接影響塑料碗的質(zhì)量和其的生產(chǎn)效率。注射模主要通過3個方面進行熱量的傳遞。第一,塑料熔體的熱量跟型芯、型腔接觸,把熱量傳遞給模具;第二,模具通過冷卻系統(tǒng)設(shè)計的冷卻介質(zhì)傳遞;第三,模具的外表面跟外環(huán)境接觸進行熱量對流,把熱量散發(fā)出去。通過這3種方式冷卻模型,其中注射熔體熱量的90%~95%是通過第二種方式把熱量帶走[16]。下面通過管道流和傳熱方程,分析冷卻熱量的影響因素。

        (1)管道流的設(shè)計方程。

        下面的動量和質(zhì)量守恒方程描述了冷卻通道中的流動:

        式中u——管道中心線切線方向的橫截面平均流體速度,mm/s

        A——管道的橫截面積,mm2

        ρ——密度,kg/mm3

        p——壓力,N/mm2

        dh——管道水力直徑,mm

        t——時間,s

        fD——摩擦因子,由以下公式給出:

        由上述方程(2)可見,摩擦因子fD取決于表面粗糙度e除以管道直徑d的值e/d。

        (2)傳熱設(shè)計方程。

        a.冷卻管道。

        管道內(nèi)冷卻水的能量方程為:

        式中Cp——恒壓熱容,J/(kg·K)

        T——冷卻水溫度,K

        k(W/(m·K))——導(dǎo)熱系數(shù)

        右側(cè)的第二項表示由于流體內(nèi)部摩擦引起的耗散熱,對于本模型使用的短通道忽略不計的。Qwall是表示與周圍模具塊熱交換的源項(W/m),通過管道所在位置的線熱源發(fā)揮熱平衡作用。

        b.模具塊和聚氨酯零件。

        鋼模具塊以及模制的PP材料塑料碗中的傳熱都由傳導(dǎo)控制:

        式中T2——鋼塊的溫度,K

        c.熱交換。

        熱交換項Qwall(W/m)將分別由方程(3)和方程(4)得出的兩種能量平衡相耦合,通過管壁進行的傳熱由以下公式表示:

        式中Z——管的周長,m

        h——傳熱系數(shù),W/(m2·K)

        Text——管的外部溫度,K

        Qwall——在管傳熱方程中是源項

        傳熱系數(shù)h取決于水的物理屬性和流動的特性,根據(jù)Nusselt數(shù)計算:

        式中k——材料的導(dǎo)熱系數(shù)

        Nu——Nusselt數(shù)

        dh——管的水力直徑,mm

        通過以上方程的計算可知,冷卻系統(tǒng)設(shè)計中流體速度u、壓力p、在管傳熱方程中是源項Qwall、摩擦因子fD等因素有關(guān),其中,摩擦因子越大,徑向傳熱量越大。

        6 優(yōu)化模型并驗證

        根據(jù)田字形和S形冷卻方案,提出兩者混合冷卻方式,如圖6所示。并對優(yōu)化后模型進行溫度場分析。由圖6可知,冷卻后的塑料碗的溫度與S形相差不大,但作用在鋼模具的表面和內(nèi)部溫度有著進一步的降低,可發(fā)現(xiàn)在鋼模具最高溫度380K(106.15℃)集中在模具邊角,而在鋼模具內(nèi)部對應(yīng)塑料碗底部位置溫度明顯比較均勻且溫度較低大概在345K(71.85℃)左右。優(yōu)化模型冷卻效果上得到一定的提高。

        圖6 優(yōu)化模型的溫度場分布

        7 結(jié)論

        (1)在冷卻系統(tǒng)設(shè)計中,提出田字形和S形水路方案。把田字形和S形水路均布在模具的上下面。對比田字形和S形冷卻,分析了冷卻10min后溫度場的分布,可知S形冷卻方案冷卻更加均勻,冷卻效率較好,但模具在水路進出口面的溫度要比田字形高,綜合田字方案和S形的方案提出優(yōu)化方案,提高冷卻效果。

        (2)冷卻系統(tǒng)傳熱分析中,通過管道流和傳熱方程,分析冷卻熱量的影響因素,得到冷卻系統(tǒng)設(shè)計中流體速度、壓力、在管傳熱方程中是源項、摩擦因子等因素有關(guān),其中,摩擦因子越大,徑向傳熱量越大。

        (3)優(yōu)化模型并驗證中,提出田字形和S形的方案的混合,在進一步的驗證后,發(fā)現(xiàn)混合方案更有利塑料碗的注射冷卻成型。

        猜你喜歡
        水路字形熱量
        《水路盤門》
        對比學(xué)習(xí)溫度、內(nèi)能和熱量
        用皮膚熱量發(fā)電
        軍事文摘(2021年16期)2021-11-05 08:49:04
        劇烈運動的熱量
        水路
        選擇
        熱量計算知多少
        甲骨文“黍”字形義考
        甲骨文中的字形直立化二則
        復(fù)習(xí)生字字形的方法
        无码片久久久天堂中文字幕| 国产美女精品视频线免费播放软件| 国产尤物av尤物在线观看 | 精品蜜桃av一区二区三区| 亚洲视频免费在线观看| 宅男666在线永久免费观看| 免费人成再在线观看网站| 久久久久久久久高潮无码| 国产麻豆一区二区三区在| √天堂中文官网在线| 无尽动漫性视频╳╳╳3d| 亚洲中字幕永久在线观看| 国产一级内射一片视频免费| 精品九九人人做人人爱| 亚洲a∨无码一区二区| 免费人人av看| 人妻少妇艳情视频中文字幕| 亚洲成a∨人片在线观看不卡| 国产天堂网站麻豆| 久久综合给合久久97色| 亚洲女优中文字幕在线观看| 亚洲综合国产一区二区三区| 欧美在线资源| 国产麻豆成人精品av| 无码少妇丰满熟妇一区二区| 免费a级毛片无码a∨免费软件| 国产成年无码久久久免费| 国产福利不卡视频在线| 欧美人与禽2o2o性论交| 国产精品一区二区暴白浆| 亚洲第一页综合av免费在线观看| 超级乱淫片国语对白免费视频 | 国产亚洲欧洲aⅴ综合一区| 久久无码av三级| 亚洲AV专区一专区二专区三| 中文字幕av长濑麻美| 国产免费人成视频在线观看| 欧美综合区| 免费观看日本一区二区三区| 国产综合久久久久久鬼色| 日韩爱爱网站|