流道(液压系统中流体在元件内流动的通路)

流道是指液压系统中流体在元件内流动的通路。 普通的流道系统(RunnerSystem)也称作浇道系统或是浇注系统,是熔融塑料自射出机射嘴(Nozzle)到模穴的必经信道。流道系统包括主流道(PrimaryRunner)、分流道(Sub-Runner)以及浇口(Gate)。下图显示了典型的流道系统组成。

也称作主浇道、注道(Sprue)或竖浇道,是指自射出机射嘴与模具主流道衬套接触的部分起算,至分流道为止的流道。此部分是熔融塑料进入模具后最先流经的部分。

也称作分浇道或次浇道,随模具设计可再区分为第一分流道(FirstRunner)以及第二分流道(SecondaryRunner)。分流道是主流道及浇口间的过渡区域,能使熔融塑料的流向获得平缓转换;对于多模穴模具同时具有均匀分配塑料到各模穴的功能。

也称为进料口。是分流道和模穴间的狭小通口,也是最为短小肉薄的部分。作用在于利用紧缩流动面而使塑料达到加速的效果,高剪切率可使塑料流动性良好(由于塑料的切变致稀特性);粘滞加热的升温效果也有提升料温降低粘度的作用。在成型完毕后浇口最先固化封口,有防止塑料回流以及避免模穴压力下降过快使成型品产生收缩凹陷的功能。成型后则方便剪除以分离流道系统及塑件。

也称作冷料穴。目的在于储存补集充填初始阶段较冷的塑料波前,防止冷料直接进入模穴影响充填品质或堵塞浇口,冷料井通常设置在主流道末端,当分流道长度较长时,在末端也应开设冷料井。

湿压取向永磁铁氧体磁体因其价格低廉,性能适中,广泛应用于电机电器等领域。模具作为工业化大生产必不可少的工具,在湿压取向永磁铁氧体磁体成型中扮演着重要的角色。本文以瓦形磁体为例,针对国内常使用的永磁铁氧体料腔式自动注料模具(以下简称料腔式自动注料模具,如图1所示)存在的问题,设计了永磁铁氧体流道板式自动注料模具(以下简称流道板式自动注料模具,如图2所示),并简单地比较了两种模具使用情况。

料腔式自动注料模具是一种常用的湿压取向水磁铁氧体磁体成型模具,我国首次从东欧引进便是该类模具结构。经过多年的研究,国内厂家现已普遣采用。1.1模具结构特点及成型过程图1为料腔式自动注料模具结构,该模具较复杂,所有下模浸泡在一个大储料腔7中,型芯6与型腔4的密封状况巾型芯6与荆腔4之间的间隙大小决定,整个料浆通过储料腔7与中柱15之间的密封件进行密封。其成型过程为:启动压机压制后,带有滤布的吸水板3下降与型腔4接触合模,合模压力达到压机设定的压力时,注料泵开始注料,同时压机开始充磁定向,判浆经注料螺塞18流过中柱15到达储料腔7,然后通过型腔4壁上的注料槽分配到每个型腔(以1模多腔、下拉式脱模方式为例)。注料同时压机真空系统开始抽水,注料延时结束后压机快速压制开始,吸水板3随型腔4及储料腔7一起下行,随着下行距离的增加,型芯6逐渐封住型腔壁上的注料梢,多余的料浆回流到储料腔7中,型腔中的料浆成型逐渐形成零件毛坯,达到设定的成型压力后压机保压,保压延时结束后退磁,退磁延时结束后压机下缸下拉,露出零件毛坯,压机上滑块快速退回,取走毛坯,一个压制成型循环便完成了。1上模底板2水嘴3吸水板4型腔5型腔垫板6型芯7.储料腔8,12、16密封圈9型芯垫板10中间连揍板11.过披环13.压匪14固定圈15冲柱17压环18注料螺塞19模架2.2存在的问凰料腔式自动注料模具结构复杂,安装使用不方便;型芯6与型腔4的密封状况山刑芯6与型腔4之间的间隙决定,不但要求模具制造精度高,而且密封效果一般以致压制循环周期长;所有型芯浸泡在储料腔7中必须保证注料结束后压制过程中料浆的体积恒定,否则便会出现喷料或吸料现象,即要求所有型芯横截面积之和必须与中柱横截面积相等,在某种程度上限制的中柱尺寸设计,可能对模具的强度带来一定影响。

针对料腔式自动注料模具存在的上述问题,笔者设计了流道板式自动注料模具,具体结构如图2所示。因流道板式自动注料模具与料腔式自动注料模具最大的区别为流道系统不同,所以本文仅重点对1模多腔流道板式自动注料模具中流道系统的设计及修正进行阐述,其余结构参照料腔式自动注料模具设计。3.1结构特点及成型过程图2所示流道板式自动注料模具,无储料腔且中柱结构相对较为简单,型芯9与型腔4之间密封通过型芯9上的密封圈1O保证,密封效果好,其料浆流程相对较短。其成型过程大体与料腔式自动注料模具结构相似,只是判浆经注料螺塞7、流道板6及型腔5壁上的进料孔直接注入到每一个型腔。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堵头9型芯11型芯垫板12中间连接板13模架3.2流道系统的设计流道板式自动注料模具的流道系统设计包括流道系统布置及相关参数的确定。本文以1模6腔模具为例,介绍流道系统的设计。流道系统由主流道、分流道、横浇道及型腔进料口组成,其布置是关键所在。流道系统的布置形式分为平衡式和非平衡式两大类。平衡式是指从主流道上注料螺塞口到各个型肺的分流道、横浇道及型腔进料口的截面尺寸及长度均对应相等,这种设计可止接达到各个型腔均匀进料的目的。非平衡式是指从主流道卜注料螺塞口到各个型腔的分流道、横浇道及型腔进料门的截面尺寸及长度可能不是全部对应相等,为了达到各个型腔均衡进料同时充填的目的,就需要将型腔进料口设计成不同尺寸。流道系统一旦布置好.便需对主流道、分流道,横浇道从型腔进料门的截面尺十及长度等参数进行确定,一般情况下设计时,根据型肺外形尺十及经验,可以确定丰流道、分流道、横浇道参数。根据经验,主流道截面直径取∮20mm,分流道截面直径取∮12mm,横浇道截面直径取∮6mm,其它L1,L2、L3型腔外形确定。图3流道系统布置采用非平衡式布置,需对型腔进料口的截面尺寸加以训整,以达到流道系统的平衡:流道系统的平衡通过型腔进料口BGV值(DalancedGateValue)来设计确定相应型腔进料口截面尺寸,流道系统严衡时,BGV值应符合下述要求:同规格产品多型腔时,各型腔进料口计算的BVG疽必须相等。同规格多型腔成型的BCV值可用下式表示:式中A——型腔注料口截面积,mm2L——从主流道上注料螺塞口到型腔进料口流动通道总长度,mm——型腔进料口长度,mm图3中即为相应型腔进料口截面。图3中截面所对应的流道通道总长度,其它类推。图2中所标识尺寸LG即为该流道系统型腔进料口K度LG,由模具型腔高度尺寸决定。因该流道系统呈对称布置.可只确定截而尺小即可。设计时,为便于加工,截面形状一般为圆形,确定截面尺寸即确定截面直径尺寸。一股情况,先假定型腔进料口截面A1,直径大小已知,参考数值∮10mm,通过先前已确定的流道系统参数及BCV必须相等就不难得出相应的截面直径大小,至此,整个流道系统的设计便结束了。3.3流道系统的修正流道板式自动注料模具虽对流道系统的参数进行了严格的设计计算,但由于加工等原因并不一定能达到理想的效果。因此模具投入使用后应跟踪模具各个型腔成型毛坯的实际重量确定是否对型腔进料门截面直径尺寸进行修正,以实现流道系统均衡进料。以我厂设计使用的1模6腔流道板式自动注料模具成型毛坯重量情况为例,成型毛坯重量统计分析见表1。由表1可得:在压机及注料系统稳定情况下,同一模成型毛坏重量用大偏差值为2%,同一型腔成型毛坯重量最大偏差值为1.5%,即使是不同模次不同型腔,成型毛坯重量最大偏差值为5.4%,根据经验,该流道系统中型腔进料口截面直径尺寸可不修改。

通过产品CW274×646×320设计的料腔式自动注料模具与流道板式自动注料模具的使用,我们发现流道板式自动注料模具有如下特点:(1)结构紧凑,使用方便。流道板式自动注料模具结构简单紧凑,压制过程中,不会喷料或吸料现象,使用方便。(2)流程短,易于成型。流遭板式自动注料模具流程短,仅为料腔式自动注料模具的1/3,易于成型,尤其对于一模多腔,意义重大。(3)密封效果好,有利于成型效率及合格率的提高。每台8h产量山料腔式自动注料模具的1260片提高至流道板式模具的1630片,效率提高将近30%,合格率基本持平。

近些年来,随着异型材制品应用范围的扩大,相应的异型材挤出机头的需求量也在增加。挤出机头是挤出成型的关键设备,其主要作用是将塑料熔体分布于流道中,以使物料以均匀的速度从机头中挤出,形成所需要的端面形状和尺寸的制品。流道设计是挤出机头设计的关键,其结构的合理性直接影响到挤出制品的质量和生产效率。为满足市场需求,进一步提高型材制品的质量,有必要对异型材挤出机头内流道设计进行全面深入的研究。

异型材挤出机头流道的典型结构如图1所示。异型材模具一般采用此结构,整个流道采用流线型,无任何死角,避免造成物料的滞留分解。按照物料流动过程可分为4个区域:(1)发散段将螺杆挤出的熔体由旋转流动变为稳定的平衡流动,并且通过分流锥,熔体截面形状由挤出机出口处的圆形向制品形状逐渐转变。(2)分流段此段中的分流支架将流动分为几个特征一致的简单单元流道,使熔体流动行为更加稳定,从而保证制品的均匀性。(3)压缩段使物料产生一定的压缩比,以保证有足够的挤压力,消除由于支撑筋而产生的熔接痕,从而使制品塑化均匀,密实度良好,内应力小。压缩角不能过大,否则容易引起内应力加大,造成挤出不稳定,使制品表面粗糙,降低外观质量。(4)定型段口模定型段除了赋予制品规定的形状外,还提供适当的机头压力,使制品具有足够的密度,并进一步消除由支承筋产生的熔接痕及由于分流变截面等原因一而产生的内应力。

2.1基本原则

在进行流道设计时,应遵循以下几点基本原则:(1)型材重心轴线应位于螺杆的轴线上。(2)流道应渐变,不应急剧扩大或缩小,不得有“死点”和台阶,并遵守物料流动行为。(3)应有足够的压缩比,消除结合缝。(4)保证物料从机头等速挤出。(5)熔体进入机头直至从模唇挤出时,必须尽可能恒定加速,直至在成型区之前达到所要求的出口速度。

2.2设计方法

2.2.1定型段口模流道(1)口模间隙:型材壁厚不单单取决于口模间隙,还取决于挤出机对物料的塑化性能、挤出压力、挤出温度、物料性能、熔体离模膨胀和牵引收缩等,这些条件任何一个发生变化,都很影响壁厚的变化,很难用理论来计算。对于异型材制品中经常使用的HPVC材料,制品壁厚与口模间隙的关系为:式中:hs/hm=1.1~1.2(1)hs——制品壁厚;hm——口模间隙。挤出速度较高时取小值,反之取大值。(2)口模流道的外围尺寸与制品外围尺寸。对于HPVC材料:As/Am=0.80.93sm(2)Hs/Hm=0.90.97(3)式中:As——制品宽度;Hs——口模流道外围宽度;H。——制品高度;Hm——口模流道外围高度。

(3)型芯尺寸:根据口模型腔外围尺寸及口模间隙,可得到型芯各部分的尺寸。

(4)定型段流道长度:异型材挤出口模定型段主要由宽度、高度不同的矩形狭缝流道组成,可以按照所示经验公式计算:主流道:L1=(30-40)δ1,(4)内筋流道:L2=L1/(δ1/δ2)n+1(5)式中:L1——主间隙定型段长度;L2——内筋定型段长度;δ1——主间隙;δ2——内筋间隙;n——非牛顿指数。

2.2.2压缩段流道

压缩比。及压缩角梦:压缩比是支承板和口模板型腔横截面的面积比,一定的压缩比能保证足够的挤压力,使塑化均匀,减小内应力。一般压缩比ξ取3-7,压缩角ψ取15~20度

2.2.3分流段流道

经过分流锥的配料后,在支撑板中又由支撑筋分成许多小腔进一步分割。此段流道为平直区,长度一般在高速挤出时取5060mm,型腔尺寸是根据压缩比设计的最大型腔和型体外围决定。在强度允许的条件下,支撑筋最大截面尺寸应尽量小,从而减少其对料流的影响。2.2.4分流锥分流锥的作用是将供料区的材料全部按比例分配到各个区域,角度在70度以内,物料流动性越好,角度取值越大,以便形成背压,使物、料进一步塑化。分流锥应尽量短,从而减少对料流分配的影响。

2.2.5内筋流道

前面已经介绍了内筋定型段长度的计算公式,下面对内筋的供料形式做简单介绍。通常内筋的壁厚为0.9-1.5mm之间,而外壁一般为1.8-3.0mm之间。对于不同外壁厚的型材,其供料腔的大小也不同,设计中应保证内筋的供料压力足够。确定内筋供料腔的大小可参照外壁供料的压缩比,预设内筋供料压缩比与外壁相同。根据内筋的成型缝隙和预设的压缩比得到初步的内筋供料腔大小,再考虑物料的粘弹性对物料流动的影响,适当调整内筋供料腔,保让内筋供料腔的物料流速接近外壁供料腔,通常要稍慢一点。这样,就得到了内筋供料腔的大小。

下面以常用的60平开扇梃为例说明异型材挤出模头流道的设计思路,并用SolidWorks2003软件建立其三维立体模型。将整个流道分为4段:发散段长为115mm,分流段长60mm,压缩段长20mm,定型段长60mm。其整体流道尺寸如图2所示。按照前文所述的设计思路,其关键尺寸的具体设计如下。

3.1口模尺寸

由图4可见,口模流道的外围尺寸及口模间隙都较原制品尺寸发生了一定的变化。由于异型材挤出过程中物料流动的复杂性,其口模尺寸的确定并非单纯的扩大或缩小,而是要考虑多方面的因素,需要不断的试模、修模,以便能够获得的挤出效果。

3.2定型段流道的长度确定

主流道:L1=(30-40)δ1,内筋流道:L2=L1/(δ1/δ2)n+1此例中,δ1=2mm,取L1=60mmn=0.3,占δ2=1mm,取L2=24mm

3.3压缩段流道及分流段尺寸的确定

取压缩角ψ为15度,压缩比ε为4,压缩段长度为20mm;分流段长度取60mm,适用于高速挤出,其型腔尺寸同压缩段入口处截面相同,只是增加了几个支撑筋,在满足强度要求的情况下,支撑筋的尺寸尽量小。其截面尺寸图如图5。

3.4三维立体模型的建立

本例用SolidWorks2003软件建立其三维模型,如图6所示。SolidWorks2003软件是美国SolidWorks公司开发的基于Windows平台的三维机械设计软件,其最大特点是采用全新的Windows操作界面,草图绘制灵活,并且有强大的特征建模能力,从而能大大缩短设计时间。通过对流道三维模型的建立,可以将形成的.STEP203文件导入分析软件,如polyflow软件,有利于对流道内物料的压力、速度或剪切应力做模拟分析,从而达到优化设计的目的。沿物料的挤出方向,截取A、B、C、D四个流道截面,其截面图如图6中a、b、c、b。从图6中可以看出,异型材挤出成型机头流道是一个由开始的圆形逐步过渡到挤出制品型坯形状的过程。其具体尺寸的计算可参照前文所述内容,由于异型材挤出过程的复杂性,很难用理论来计算,所以设计中存在很多的经验数据,例如前后支撑板长度选为60mm,这样适用于应用较为广泛的高速挤出。

由于异型材截面的复杂性及多样性,其机头流道设计还依赖大量的生产实践经验,从而增加了试模、修模,延长了生产周期,增加了生产成本。在本文总结的机头流道设计方法的基础上辅以先进的模具流道分析软件,如FLOW2000、POLYFLOW等进行分析,将会使模具产品质量达到一个全新的技术水平。

相关词汇

液压系统
模具设计
挤出机
挤出成型
背压
电脑版