第18卷 第6期
2004年6月
中 国 塑 料
CHINA PLASTICS
Vol. 18,No. 6J un , 2004
燃气用聚乙烯管件注塑模具浇注系统的研究
卢培丰1, 邹丽君2, 路占奎3
(1. 四川亚大塑料制品有限公司, 四川都江堰611830; 2. 亚大塑料制品有限公司, 河北涿州072761;
3. 北京理工大学机械与车辆工程学院, 北京100081)
摘 要:依据聚乙烯管件壁厚超常规的特点, 提出了聚乙烯管件浇注系统的设计原则; 尤其建立了浇口大端尺寸
(D ) 的经验公式, 实践证明该式对聚乙烯管件模具浇道系统的设计具有较好的指导作用, 据其所制得的浇道系统非
常有利于生产效率的提高和外观质量的改善。关 键 词:聚乙烯管件; 浇注系统; 浇口套
中图分类号:TQ320. 5+2 文献标识码:B 文章编号:1001O 9278(2004) 06O 0087O 03
R esearch of G ating Systems of Injection Moulds for Polyethylene Fittings
Used in G aseous Fuels and W ater Supply
L U Pei 2feng 1, ZOU Li 2jun 2, L U Zhan 2kui 3
(1. Sichuan Chinaust Plastics Corp. ,Ltd. ,Dujiangyan 611830,China ; 2. China Chinaust Plastics Cor p. ,Ltd.
Zhuozhou 072761,China ; 3. De partment of Mechanical and Vehicle Engineering ,Beijing Institute of
Technology ,Beijing 100081,China )
Abstract :Some general principles were proposed in the design of thick 2wall polyethylene fittings. An empirical equation was developed to calculate the gate dimension ,which was proved useful and helpful in effective production and obtaining products with good appearance. K ey w ords :polyethylene fitting ; gating system ; gate bush
聚乙烯管道系统由管材和管件组合构成, 但聚乙
烯管件加工的技术含量相对于管材来讲要高得多, 这不仅体现在模具设计、模具制造上, 同时也体现在管件的加工工艺上。
目前国内聚乙烯管件的生产加工工艺尚还处于摸索积累阶段, 管件加工技术不很成熟; 其原因是多方面的, 但其主要原因是由于聚乙烯管件的壁厚超出常规, 聚乙烯管件模具的设计思想也就不同于传统管件, 与通用注塑产品的模具设计相比存在很大差异。下面以常用聚乙烯管件电热熔套筒的毛坯模具设计中应考虑的因素为例加以分析说明。
聚乙烯电熔管件的壁厚要求为:当管件和相应管材由相同压力等级的聚乙烯材料制造时, 距离管件的任何一个端面超过2/3倍插入深度的任一部分的壁厚应大于或等于相应管材的最小壁厚。可见, 当SDR [2,4]值(标准尺寸比, 即聚乙烯管材或管件的公称外径和公称壁厚的比值) 一定时, 管件的壁厚与其外径成正比。而国内最常用的是SDR11系列, 就
1 聚乙烯管件的特点
根据国际标准[1]和欧洲标准[2～5]的相关要求(国
家标准正在依据前述标准进行修定) , 对于燃气输送用
收稿日期:2004O 02O 13
统塑料制品的壁厚设计原则, 聚乙烯注塑产品最大壁
厚是6. 35mm [2], 而现在绝大多数聚乙烯管件的壁厚已远远超出了该范围, 致使其模具的设计、加工工艺也与普通的塑料制品有很大差别。因此, 依据常规塑料制品模具的设计原则所制得的管件模具, 无法生产出满足相关标准要求的产品; 另外, 作为管道系统组件的聚乙烯管件, 为了与管材匹配使用, 其性能必须与相应的管材相适应, 而目前还没有注塑级管件专用原料, 均采用流动性较差的挤出管材料生产管件, 因而又加大
了管件注塑模具设计的难度。
某些厂家在模具设计方面存在着误区, 主要体现在浇注系统、排气系统、冷却系统三个方面。笔者根据多年来在聚乙烯管件模具设计与注塑成型中的经验与体会对这几个问题逐个加以讨论, 本文将就聚乙烯管件注塑模具浇道系统的设计予以说明。
的长度应尽量短, 以利于保证在管件注塑过程中的顺利填充和补缩, 同时在能保证冷却脱模的基础上浇道直径应尽量大。
浇注系统尺寸设计, 根据经验, 聚乙烯管件模具浇注系统的设计比较适合采用主浇道直接进料方式, 主浇道长度的设计要尽量短。图1(a ) 为传统的浇注系统的结构形式, 图1(b ) 所示就是聚乙烯管件模具比较适合的浇注系统的结构形式, 下面将就浇注系统各主要尺寸的确定加以分析
。
2 管件浇注系统的设计原则
浇注系统一般是由主浇道、分浇道、浇口、冷料穴等组成[6], 就聚乙烯管件浇注系统的设计, 原则上流道
(a ) 传统浇注系统 (b ) 适合PE 管件的浇注系统
图1 浇口套的结构形式和各部位尺寸
Fig. 1 Structure of gate bush
2. 1 安装尺寸(H ) 的设计
若采用如图1(b ) 的浇口套安装方式, 还需要了解是6. 35mm ) , 因此传统模具设计的浇口套内孔尺寸往往比较小, 标准浇口套内孔尺寸(D ) 最大一般在12mm 左右, 尺寸设计采用主流道直径的经验公式[7]:
π×K ) ]1/2D =[4×V /(式中 D ———浇道大端直径,mm
V ———流经浇道的熔体体积(包括产品和浇道
在内的体积) ,cm 3 K ———常数(当为聚乙烯原材料时, K 取4)
如果聚乙烯制品模具设计采用公式(1) , 则可简化为公式:
D =0. 564×V
1/2
注塑机喷嘴伸出机板的长度h , 如图2所示。模具设计中的H 值要小于机器的参数h , 该参数在注塑机说明书中一般都明确给出(或能查到) 。如果希望将H 设计得更大, 也可以根据H 值并结合注塑机喷嘴伸出机板的参数值购买适当尺寸的加长喷嘴
。
(1)
(2)
但(2) 式对于聚乙烯管件模具的设计有其不足的
图2 注塑机喷嘴伸出机板示意图
Fig. 2 The sketch of the injection nozzle
stretches out of the machine board
一面, 例如:对于
5600cm 3, 通过公式(2) , 可估算出D 的尺寸为40mm 左右, 这样大尺寸的浇道设计不但会增加冷却时间, 而且在浇道大端部位还极易出现产品的缩孔现象。
笔者根据多年模具设计和使用的经验, 在公式(2) 的基础上引入了一个修正系数, 以使其适合聚乙烯管件模具浇道尺寸的设计, 修正后的公式如下:
ζ×V 1/2D =0. 564×ζ—式中 ——修正系数
对于聚乙烯管件模具, ζ的值可由经验公式ζ=
1/OD 1/8算得, 其中OD 是管件的规格或名义直径(例
(3)
2. 2 浇口套球面半径(R ) 、锥度(a ) 的设计
①球面半径(R ) 的确定与传统的设计方法相同, 由所使用注塑机喷嘴的球头尺寸决定, R 值应大于注塑机喷嘴的球半径。
②对于聚乙烯管件, 鉴于其所用原料流动性差、相对粘度较大, 根据经验, 浇道的锥度a 取3～4°为宜。2. 3 浇口大端尺寸(D ) 经验公式的建立
由于普通产品壁厚薄(聚乙烯注塑产品最大壁厚
如250电熔套筒, OD 即为250) 。
这样聚乙烯管件模具浇道大端尺寸D 的修正公式也可写作:
1/81/2
(4) D =(0. 564/OD ) ×V
以250套筒为例, 按照公式(4) 可以估算出D 为21. 2mm , 通过实际应用证明该尺寸是合理的, 经过笔者近几年实践的多次验证, 公式(4) 的计算结果不但适用于电熔套筒、电熔三通、电熔弯头、电熔变径, 还适用于其它类型电熔管件和法兰、端帽、变径、三通、弯头等插口(spigot ) 系列管件模具的浇道大端尺寸设计, 既省时又合理, 因而具有较好的指导作用。2. 4 浇口小端尺寸(d ) 的尺寸设计
节的一个瓶颈。如果, 按照以上方法设计聚乙烯管件模具的浇注系统, 可使厂家在管件开发过程中少走弯
路, 在很大程度上可以缩短管件的开发周期, 设计制造出非常适合于聚乙烯管件在注塑、保压、冷却等工艺环节的特点的管件模具; 同时也有助于管件外观质量提高和生产设备能力的充分发挥。参考文献:
[1] ISO808523:2001P olyethylene Fittings for Use with P olyethy 2
lene Pipes for the Supply of G aseous Fuels 2Metric Series 2specifications 2Part 3:Electtrofusion Fittings [S].
[2] EN 1555-1:2002.Plastics Piping Systems for the Supply of
G aseous Fuels 2Polyethylene (PE ) 2Part 1:G eneral[S].[3] EN 1555-3:2002.Plastics Piping Systems for the Supply of
G aseous Fuels 2Polyethylene (PE ) 2Part 3:Fittings[S].[4] EN 12201-1:2003.Plastics Piping Systems for Water Sup 2
ply 2Polyethylene (PE ) 2Part 1:G eneral[S].
[5] EN 12201-3:2003.Plastics Piping Systems for Water Sup 2
ply 2Polyethylene (PE ) 2Part 3:Fittings[S].
[6] 周殿明. 注塑成型中的故障与排除[M ].北京:化学工业
首先通过模具的强度计算, 设计出型腔、模板尺
寸, 根据这些尺寸再计算出浇口套长度, 然后结合浇口的锥度和尺寸D 计算出d 的尺寸。
关于聚乙烯管件模具强度的设计与校核和传统模具设计是一样的, 这里不再赘述。
3 结论
随着国内聚乙烯管道系统产品在燃气和给水领域的广泛使用, 目前主要面临的是聚乙烯管件的生产问题; 聚乙烯管件的生产成为管道系统产品推广使用环
出版社,2002年.
[7] 王家庆, 张荫朗, 等. 塑料模具设计手册(第2版) [M ].北
京:机械工业出版社2002. 204～207.
首届《中国塑料》论坛暨塑料薄膜新技术研讨会征文启事
近年来, 包装业、农业、医药业等的发展, 对塑料薄膜的需求呈快速发展之势, 尤其是食品包装、农用塑料薄膜、医用薄膜、特种塑料薄膜等。同时塑料薄膜生产设备的不断创新、塑料薄膜原料和助剂新品的不断推出、塑料薄膜新工艺的出现等都推动了塑料薄膜向着更大的市场方向发展。
为了推动塑料薄膜的进一步健康发展, 我社拟于2004年9月7日～10日在广州举办首届《中国塑料》论坛暨塑料薄膜新技术研讨会。现征集论文, 要求如下:
11内容:塑料工业形势分析、塑料薄膜市场分析、塑料薄膜生产工艺、设备、模具等新技术以及塑料薄膜用原
料、助剂等新材料及其市场分析和应用等。
21本刊将在会议前将所选用的论文汇编成册, 并评出优秀论文。31截稿日期:
论文题目:2004年6月26日前交至本刊。
论文全文:2004年8月16日前用Email 发至:lihy@th. btbu. edu. cn ;wangxid @th. btbu. edu. cn ;plaschina @163. com ; 或传真至:010-68983106。41会议联系人:
李红艳, 电话:010-68988051
王向东, 电话:010-68988065; 68985541; [1**********]
《中国塑料》杂志社2004年6月20日
第18卷 第6期
2004年6月
中 国 塑 料
CHINA PLASTICS
Vol. 18,No. 6J un , 2004
燃气用聚乙烯管件注塑模具浇注系统的研究
卢培丰1, 邹丽君2, 路占奎3
(1. 四川亚大塑料制品有限公司, 四川都江堰611830; 2. 亚大塑料制品有限公司, 河北涿州072761;
3. 北京理工大学机械与车辆工程学院, 北京100081)
摘 要:依据聚乙烯管件壁厚超常规的特点, 提出了聚乙烯管件浇注系统的设计原则; 尤其建立了浇口大端尺寸
(D ) 的经验公式, 实践证明该式对聚乙烯管件模具浇道系统的设计具有较好的指导作用, 据其所制得的浇道系统非
常有利于生产效率的提高和外观质量的改善。关 键 词:聚乙烯管件; 浇注系统; 浇口套
中图分类号:TQ320. 5+2 文献标识码:B 文章编号:1001O 9278(2004) 06O 0087O 03
R esearch of G ating Systems of Injection Moulds for Polyethylene Fittings
Used in G aseous Fuels and W ater Supply
L U Pei 2feng 1, ZOU Li 2jun 2, L U Zhan 2kui 3
(1. Sichuan Chinaust Plastics Corp. ,Ltd. ,Dujiangyan 611830,China ; 2. China Chinaust Plastics Cor p. ,Ltd.
Zhuozhou 072761,China ; 3. De partment of Mechanical and Vehicle Engineering ,Beijing Institute of
Technology ,Beijing 100081,China )
Abstract :Some general principles were proposed in the design of thick 2wall polyethylene fittings. An empirical equation was developed to calculate the gate dimension ,which was proved useful and helpful in effective production and obtaining products with good appearance. K ey w ords :polyethylene fitting ; gating system ; gate bush
聚乙烯管道系统由管材和管件组合构成, 但聚乙
烯管件加工的技术含量相对于管材来讲要高得多, 这不仅体现在模具设计、模具制造上, 同时也体现在管件的加工工艺上。
目前国内聚乙烯管件的生产加工工艺尚还处于摸索积累阶段, 管件加工技术不很成熟; 其原因是多方面的, 但其主要原因是由于聚乙烯管件的壁厚超出常规, 聚乙烯管件模具的设计思想也就不同于传统管件, 与通用注塑产品的模具设计相比存在很大差异。下面以常用聚乙烯管件电热熔套筒的毛坯模具设计中应考虑的因素为例加以分析说明。
聚乙烯电熔管件的壁厚要求为:当管件和相应管材由相同压力等级的聚乙烯材料制造时, 距离管件的任何一个端面超过2/3倍插入深度的任一部分的壁厚应大于或等于相应管材的最小壁厚。可见, 当SDR [2,4]值(标准尺寸比, 即聚乙烯管材或管件的公称外径和公称壁厚的比值) 一定时, 管件的壁厚与其外径成正比。而国内最常用的是SDR11系列, 就
1 聚乙烯管件的特点
根据国际标准[1]和欧洲标准[2～5]的相关要求(国
家标准正在依据前述标准进行修定) , 对于燃气输送用
收稿日期:2004O 02O 13
统塑料制品的壁厚设计原则, 聚乙烯注塑产品最大壁
厚是6. 35mm [2], 而现在绝大多数聚乙烯管件的壁厚已远远超出了该范围, 致使其模具的设计、加工工艺也与普通的塑料制品有很大差别。因此, 依据常规塑料制品模具的设计原则所制得的管件模具, 无法生产出满足相关标准要求的产品; 另外, 作为管道系统组件的聚乙烯管件, 为了与管材匹配使用, 其性能必须与相应的管材相适应, 而目前还没有注塑级管件专用原料, 均采用流动性较差的挤出管材料生产管件, 因而又加大
了管件注塑模具设计的难度。
某些厂家在模具设计方面存在着误区, 主要体现在浇注系统、排气系统、冷却系统三个方面。笔者根据多年来在聚乙烯管件模具设计与注塑成型中的经验与体会对这几个问题逐个加以讨论, 本文将就聚乙烯管件注塑模具浇道系统的设计予以说明。
的长度应尽量短, 以利于保证在管件注塑过程中的顺利填充和补缩, 同时在能保证冷却脱模的基础上浇道直径应尽量大。
浇注系统尺寸设计, 根据经验, 聚乙烯管件模具浇注系统的设计比较适合采用主浇道直接进料方式, 主浇道长度的设计要尽量短。图1(a ) 为传统的浇注系统的结构形式, 图1(b ) 所示就是聚乙烯管件模具比较适合的浇注系统的结构形式, 下面将就浇注系统各主要尺寸的确定加以分析
。
2 管件浇注系统的设计原则
浇注系统一般是由主浇道、分浇道、浇口、冷料穴等组成[6], 就聚乙烯管件浇注系统的设计, 原则上流道
(a ) 传统浇注系统 (b ) 适合PE 管件的浇注系统
图1 浇口套的结构形式和各部位尺寸
Fig. 1 Structure of gate bush
2. 1 安装尺寸(H ) 的设计
若采用如图1(b ) 的浇口套安装方式, 还需要了解是6. 35mm ) , 因此传统模具设计的浇口套内孔尺寸往往比较小, 标准浇口套内孔尺寸(D ) 最大一般在12mm 左右, 尺寸设计采用主流道直径的经验公式[7]:
π×K ) ]1/2D =[4×V /(式中 D ———浇道大端直径,mm
V ———流经浇道的熔体体积(包括产品和浇道
在内的体积) ,cm 3 K ———常数(当为聚乙烯原材料时, K 取4)
如果聚乙烯制品模具设计采用公式(1) , 则可简化为公式:
D =0. 564×V
1/2
注塑机喷嘴伸出机板的长度h , 如图2所示。模具设计中的H 值要小于机器的参数h , 该参数在注塑机说明书中一般都明确给出(或能查到) 。如果希望将H 设计得更大, 也可以根据H 值并结合注塑机喷嘴伸出机板的参数值购买适当尺寸的加长喷嘴
。
(1)
(2)
但(2) 式对于聚乙烯管件模具的设计有其不足的
图2 注塑机喷嘴伸出机板示意图
Fig. 2 The sketch of the injection nozzle
stretches out of the machine board
一面, 例如:对于
5600cm 3, 通过公式(2) , 可估算出D 的尺寸为40mm 左右, 这样大尺寸的浇道设计不但会增加冷却时间, 而且在浇道大端部位还极易出现产品的缩孔现象。
笔者根据多年模具设计和使用的经验, 在公式(2) 的基础上引入了一个修正系数, 以使其适合聚乙烯管件模具浇道尺寸的设计, 修正后的公式如下:
ζ×V 1/2D =0. 564×ζ—式中 ——修正系数
对于聚乙烯管件模具, ζ的值可由经验公式ζ=
1/OD 1/8算得, 其中OD 是管件的规格或名义直径(例
(3)
2. 2 浇口套球面半径(R ) 、锥度(a ) 的设计
①球面半径(R ) 的确定与传统的设计方法相同, 由所使用注塑机喷嘴的球头尺寸决定, R 值应大于注塑机喷嘴的球半径。
②对于聚乙烯管件, 鉴于其所用原料流动性差、相对粘度较大, 根据经验, 浇道的锥度a 取3～4°为宜。2. 3 浇口大端尺寸(D ) 经验公式的建立
由于普通产品壁厚薄(聚乙烯注塑产品最大壁厚
如250电熔套筒, OD 即为250) 。
这样聚乙烯管件模具浇道大端尺寸D 的修正公式也可写作:
1/81/2
(4) D =(0. 564/OD ) ×V
以250套筒为例, 按照公式(4) 可以估算出D 为21. 2mm , 通过实际应用证明该尺寸是合理的, 经过笔者近几年实践的多次验证, 公式(4) 的计算结果不但适用于电熔套筒、电熔三通、电熔弯头、电熔变径, 还适用于其它类型电熔管件和法兰、端帽、变径、三通、弯头等插口(spigot ) 系列管件模具的浇道大端尺寸设计, 既省时又合理, 因而具有较好的指导作用。2. 4 浇口小端尺寸(d ) 的尺寸设计
节的一个瓶颈。如果, 按照以上方法设计聚乙烯管件模具的浇注系统, 可使厂家在管件开发过程中少走弯
路, 在很大程度上可以缩短管件的开发周期, 设计制造出非常适合于聚乙烯管件在注塑、保压、冷却等工艺环节的特点的管件模具; 同时也有助于管件外观质量提高和生产设备能力的充分发挥。参考文献:
[1] ISO808523:2001P olyethylene Fittings for Use with P olyethy 2
lene Pipes for the Supply of G aseous Fuels 2Metric Series 2specifications 2Part 3:Electtrofusion Fittings [S].
[2] EN 1555-1:2002.Plastics Piping Systems for the Supply of
G aseous Fuels 2Polyethylene (PE ) 2Part 1:G eneral[S].[3] EN 1555-3:2002.Plastics Piping Systems for the Supply of
G aseous Fuels 2Polyethylene (PE ) 2Part 3:Fittings[S].[4] EN 12201-1:2003.Plastics Piping Systems for Water Sup 2
ply 2Polyethylene (PE ) 2Part 1:G eneral[S].
[5] EN 12201-3:2003.Plastics Piping Systems for Water Sup 2
ply 2Polyethylene (PE ) 2Part 3:Fittings[S].
[6] 周殿明. 注塑成型中的故障与排除[M ].北京:化学工业
首先通过模具的强度计算, 设计出型腔、模板尺
寸, 根据这些尺寸再计算出浇口套长度, 然后结合浇口的锥度和尺寸D 计算出d 的尺寸。
关于聚乙烯管件模具强度的设计与校核和传统模具设计是一样的, 这里不再赘述。
3 结论
随着国内聚乙烯管道系统产品在燃气和给水领域的广泛使用, 目前主要面临的是聚乙烯管件的生产问题; 聚乙烯管件的生产成为管道系统产品推广使用环
出版社,2002年.
[7] 王家庆, 张荫朗, 等. 塑料模具设计手册(第2版) [M ].北
京:机械工业出版社2002. 204～207.
首届《中国塑料》论坛暨塑料薄膜新技术研讨会征文启事
近年来, 包装业、农业、医药业等的发展, 对塑料薄膜的需求呈快速发展之势, 尤其是食品包装、农用塑料薄膜、医用薄膜、特种塑料薄膜等。同时塑料薄膜生产设备的不断创新、塑料薄膜原料和助剂新品的不断推出、塑料薄膜新工艺的出现等都推动了塑料薄膜向着更大的市场方向发展。
为了推动塑料薄膜的进一步健康发展, 我社拟于2004年9月7日～10日在广州举办首届《中国塑料》论坛暨塑料薄膜新技术研讨会。现征集论文, 要求如下:
11内容:塑料工业形势分析、塑料薄膜市场分析、塑料薄膜生产工艺、设备、模具等新技术以及塑料薄膜用原
料、助剂等新材料及其市场分析和应用等。
21本刊将在会议前将所选用的论文汇编成册, 并评出优秀论文。31截稿日期:
论文题目:2004年6月26日前交至本刊。
论文全文:2004年8月16日前用Email 发至:lihy@th. btbu. edu. cn ;wangxid @th. btbu. edu. cn ;plaschina @163. com ; 或传真至:010-68983106。41会议联系人:
李红艳, 电话:010-68988051
王向东, 电话:010-68988065; 68985541; [1**********]
《中国塑料》杂志社2004年6月20日