上次介紹了注塑成型中的堆積密度，今天我們將討論對注塑成型商同樣重要的另外兩個密度：固體密度（有時簡稱為密度）和熔體密度。

 

       一、為什么計算零件重量與密度很重要

 

       需要確定模制部件的重量主要有兩個原因。首先，確定模制一定數量部件所需的原材料量；其次，找到合適的機器來模制部件。當設計師首次設計部件時，它只是一個 CAD 模型——沒有物理組件。要確定部件的重量，設計師需要將部件的體積乘以模制部件的材料密度。CAD 模型將提供部件的體積。

 

       如果材料發生變化，密度也會發生變化，因此零件重量也會發生變化。生產模具可以有多個型腔和多個冷流道。在這種情況下，流道的重量也需要使用相同的公式估算，然后添加到零件重量中。零件和流道的總重量稱為注射重量。要計算生產所需的材料量，需要將注射重量乘以所需的循環次數。然后根據所需材料的數量計算材料成本。

 

       要建立穩健的工藝，擁有正確尺寸的料筒非常重要。機器制造商通常會以重量形式公布機器料筒的最大容量。注射的射料重量與料筒容量的比率不應太小或太大，因為這會導致產品質量和工藝控制不一致。射料重量與最大料筒容量的優選比率在 20 % 到 80 % 之間。例如，如果最大料筒容量為 100 克，則射料重量不應少于 20 克或超過 80 克。（這些百分比可能有一些例外，但該討論超出了本文的范圍）。

 

       如果公布的料筒容量以重量表示，則該重量始終以聚苯乙烯（PS）的重量表示。例如，如果公布的重量為 100 克，則意味著料筒可容納的最大 PS 量為 100 克，或者換句話說，可成型的最大注射量為 100 克 PS。這意味著料筒（圓柱體形式）的最大容積是固定的，可容納 100 克 PS。

 

 

這些桶的容量相同，但由于密度不同，重量也不同。來源：Suhas Kulkarni

 

       PS 的密度為 1.06 g/cm³。如果我們用密度更高的材料替換 PS，那么總注射重量將會增加。例如，如果我們用密度為 1.53 的玻璃填充聚酯（PBT）替換PS，那么料筒現在將容納 144 克 PBT。料筒的體積保持不變，但由于材料的密度較高，總重量也較高。圖 1 使用裝有不同材料的桶說明了這一概念。圖 2 顯示了注塑料筒的概念以及不同材料的計算值。要將料筒容量從 PS 轉換為成型材料，請使用以下公式：

 

 

 

       料筒的使用百分比應基于料筒容量并考慮正在成型的材料。因此，了解密度值對于此類計算至關重要。

 

 

由于密度不同，不同材料在同一槍管中的最大射擊容量會有所不同。

 

       用于成型產品的材料必須更換的情況并不少見。這可能是由于首選材料在現場表現不佳，迫使用符合客戶要求的材料進行替換。例如，損壞的部件可能需要玻璃增強樹脂。在我最近從事的一個項目中，必須更換一種材料，因為原始樹脂在模腔中留下殘留物并導致外觀缺陷。如果材料供應商提高了樹脂成本，必須找到更便宜的替代品，材料更換也可能是出于財務考慮。

 

       在尋找替代樹脂時，制造商不能只關注樹脂的每磅價格，這一點至關重要。較便宜的樹脂可能密度較高，這需要更多的樹脂來完成工作，從而提高每個部件的成本。根據所考慮材料的密度計算注射重量，然后計算對成本的影響。在做出任何決定之前，應比較新舊成本。

 

       二、計算固體密度

 

       固體密度是設計師和加工商最常用的數字。它被定義為給定材料的單位體積重量。例如，如果您使用通用未填充聚丙烯（PP）模制出一個 1 厘米立方體，那么立方體的重量就是 PP 的密度。立方體的體積為 1 立方厘米（cm³），如果重量為 0.91 克，那么單位體積重量（或密度）將為 0.91 g/cm³。0.91 這個數字實際上是 PP 廣泛使用的密度。 

 

       因為比重有時會與密度混淆，所以我們在這里做一個簡短的解釋。水的密度是 1 g/cm³，這意味著如果我們可以鑄造一個尺寸為 1×1×1 厘米的水立方體，它的重量將是 1.00 克。比重定義為所考慮材料的密度與水的密度之比。考慮上面的 PP，它的比重是0.91/1.00，等于 0.91（因為這是一個比率，所以沒有單位）。從數字上講，密度和比重的數字是相同的，這就是為什么這兩個術語容易混淆并且經?；Q使用的原因。然而，每個術語都有自己的用途，必須理解它們的重要性。樹脂制造商提供的材料數據表是固體密度或比重值的來源。

 

       三、計算熔體密度

 

       第三種密度稱為熔體密度，這是加工商需要了解的一個關鍵規格。當塑料為固體形式時，其密度稱為固體密度或簡稱為密度。當加工商將樹脂送入成型機時，塑料熔化，分子相互遠離，從而降低材料的密度。熔融材料的密度稱為熔體密度。壓力-體積-溫度（PVT）圖（如圖 3 所示）通常用于確定材料的熔體密度。

 

 

壓力-體積-溫度（PVT）圖（跟蹤壓力和溫度變化時材料體積的變化）通常用于確定材料的熔體密度。

 

       熔體密度主要用于計算機器的實際最大注射量，而不是依賴于機器制造商的數字。為什么？這并不是因為制造商提供的數字不正確，而是他們提供的數字只是一個近似的估計值。從 PVT 圖可以看出，熔體密度是溫度和壓力的函數?？紤]到料筒中的熔融塑料，溫度是料筒設置和螺桿轉速剪切的乘積，而壓力是螺桿恢復過程中的背壓。 

 

       近年來，除了 PS 的最大注射重量外，機器制造商還開始以體積為單位發布機器的最大容量，因為體積與材料或其密度無關?，F在由加工商根據成型材料計算出最大注射重量。在這種情況下，成型商必須使用熔體密度來準確計算注射容量。使用固體密度會得到一個更高的數字，因此是不正確的。加工商傾向于將固體密度數字乘以 0.70 到 0.80 之間的系數來估計熔體密度。

 

       拋開這些不談，計算熔體密度其實非常簡單！有一種更簡單的方法可以獲得準確的數字。這里唯一的要求是成型商應該之前成型過這種材料。即使是類似等級的材料也足以滿足我們的計算要求。

 

       假設計算重量的公式為—重量=體積×密度—則計算密度的公式為：密度=重量/體積。在已知的成型工藝中，重量等于注射重量，也就是所有部件和流道的重量。體積是螺桿排出的總體積，從注射量到緩沖值（參見圖 4 中的示例）。此處，熔體溫度為 380 °F，背壓為 500 psi，螺桿直徑為 35 毫米。設定的注射量為 104.6 毫米，緩沖值為 6.6 毫米。通過使用確定圓柱體體積的公式 — 0.785×D×D×L —（其中 D 是螺桿直徑，L 是行進的總距離），我們計算出注射的體積為 94.28 cm³（注意將 mm 轉換為 cm）。該體積成型的注射重量為 63.17 克。利用密度公式計算熔體密度為 0.67 g/cm³。

 

 

 

常用的系數0.70 到0.80 是確定熔體密度的良好估計值，但可以得出更精確的數字。

 

       此處的熔體密度為固體密度的 70 %，即 0.95 g/cm³ 值的 0.70 倍。需要記住的是，這是在熔體溫度為 380 °F 且背壓為 500 psi 的情況下得出的。常用的 0.70 到 0.80 倍是一個不錯的估計值，但執行此計算可以得到更準確的值。

 

       記錄成型操作中使用的所有材料的三種密度始終是一種很好的做法。對于熔體密度，成型商甚至可以更進一步，生成一個經驗公式或圖表，以根據熔體溫度和背壓計算該值。

 

       轉自——鏈塑網公眾號

       

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