计算非平衡布置流道尺寸的优化方法

非平衡布置时，流道的总长度较短，但是浇口射出的熔料压力不同，影响成型制品的质量。可以通过各流道甚至浇口尺寸的调节，实现浇注系统各输出点的压力相等。浇注系统的平衡处理，在注射模的设计和注射生产中，具有实用意义。非平衡布置的流道尺寸计算原理和步骤与平衡布置相同。其区别和难度在于流道尺寸的初步拟定。

1.流道平衡计算

如图8-41所示的非平衡布置流道系统，为使熔体在分流道输送中就达到平衡流动，熔体必须以相同压力降，同时到达各分流道末端。

如图8-41a所示，具有公共上游半径R_u的两个任意分支分流道半径R_r和R_s，R_r和R_s又分别为下游各分支的半径。其中R_r流道以下有m级支流道；R_s流道以下又有n级支流道。熔体能同时到达这两条路径末端，两支叉的熔体流动的压力降应相等

图8-41 分流道非平衡布置线图

a）流道系统非平衡布置线图 b）一模六腔非平衡布置流道

式中 m、n——分别为R_r和R_s再分支的流道数；

R_r、Q_r、L_r和R_s、Q_s、L_s——分别为两分支流道的半径、流量和长度；

R_k、Q_k、L_k和R_l、Q_l、L_l——分别为两分支的再分支流道的半径、流量和长度

k=1，2…m；l=1，2…，n。

根据熔体在分流道中剪切速率相同原则，有

代入上式，化简后得两流道间的半径比

同理，在熔体流动前沿更新时，各分支流通道内的剪切速率仍应相等。若令u、d分别表示上游和下游分流道数，则有下面的关系式

式中，i=1，2，…d-1。

若将用下游分支流道半径比表示，有

将此式与式（8-27a）相乘有

将（8-27c）代入（8-26）式，可得到非平衡布置流道几何关系的比例式

此式中j是对于r和s，两支路上的节点编号，含义同k或l。因此d_j是对于第“j”节点下游的分流道数目。即

显然，L_k与L_l应为与R_dj对应的长度。

式（8-26）和式（8-27）在分流道各段长度已知时，可限定分流道的总体积，来计算各分流道半径。也可根据型腔充模需要，先确定某分流道的半径，再计算其他分流道半径和流道体积。但是，此两式与塑料的流变性质无关。计算结果是否可行，还需与注射工艺和注射机技术参数结合，进行充模速率和压降的多次校核修改。

[例]一模六腔的流道布置.如图8-41b所示。主分流道长度L₁=L₄=L₇=2cm。支分流道长L₂=L₃=L₅=L₆=L₈=L₉=1cm。根据型腔充模需要，R₅=R₆=0.25cm。求分流道半径及流道系统总体积。

[解]根据已知条件，在下游无支流时可由式（8-28）得

而

由上下游流道半径关系式，有

R³₇=R³₈+R³₉=2R³₈，得R₇=1.26R₈

R₄³=R³₅+R³₆+R₇³=（1+1+3.26³）R³₅=36.65R³₅，得R₄=3.32R₅

R³₁=R³₂+R³₃+R₄³=（1+1+5.32³）R³₂=152.57R³₂，得R₁=5.34R₂

又由R₅=R₆=0.25cm代入上述半径比，可得

流道号 1 2 3 4 5 6 7 8 9

长度/cm 2 1 1 2 1 1 2 1 1(www.xing528.com)

半径/cm 0.8330.1560.1560.8300.2500.2500.8150.6470.647

流道总体积

图8-42 型腔体积10cm³的六腔非平衡布置线图

a）流道布置 b）布置线图

2.计算示例

现有非平衡布置一模六腔如图8-42所示，图中浇口间距离L₁=6cm，L₂=L₃=L₅=L₆=L₈=L₉=3cm，L₄=2cm，L₂=7cm。六型腔容积均为10cm³。采用圆形流道，矩形侧浇口长L=0.1cm，截面边长W·h=0.15×0.07cm。用PC物料注射，在流道中熔体温度为300℃。

（1）以熔体同时到达各分流道末端，作流道尺寸的初步拟定 由式（8-28），作图8-42b的布置线图，列出如下方程

可确定R₂=0.3cm，由此解出所有流道半径，并将直径圆整到1mm。

流道号 1 2 3 4 5 6 7 8 9

长度/cm 6 3 3 2 3 3 8 3 3

计算半径/cm 0.378 0.30 0.30 0.538 0.136 0.136 0.532 0.422 0.422

圆整半径/cm 0.4 0.3 0.3 0.55 0.15 0.15 0.55 0.4 0.4

（2）以熔体的充模速率和压力损失校核流道尺寸 由于塑料熔体的非牛顿性，对上述结果进行修正校核的最终结果见表8-7。

表8-7 各段流道流过熔体的体积计算

由主流道熔流求充模时间

由浇口熔流求充模时间

充模时间

查表2-5得重庆长风GF20的聚碳酸酯在300℃下的n和K′，计算过程见表8-8。

表8-8 各段流道的压力损失计算

（续）

矩形侧浇口的剪切速率

查得n=0.40，K′=3.07N·s/cm²，得

熔体流过侧浇口的压力降用式（8-17）求得

充模熔体于流道和浇口的压降：

经流道2或3流程：（8.6+4.6+4.3+7.3）MPa=24.8MPa；

经流道5或6流程：（8.6+1.4+7.0+7.3）MPa=24.3MPa；

经流道8或9流程：（8.6+1.4+3.9+2.8+7.3）MPa=24.0MPa。

各注射点的输出压力基本相等。