塑料管卡注塑模具设计【含CAD图纸、说明书】
毕业设计说明书 塑料管卡注塑模具设计 系 、 部: 机械工程系 学生姓名:指导教师:专 业:班 级:学 号:完成时间:目录1 前言31.1 设计背景及目的3图1 产品图31.2 课题研究方法及设计构成32 设计题目及具体要求42.1 具体技术要求42.2 塑件可用材料43 塑件分析64 所选塑料材料的成型特性及工艺参数74.1 聚酰胺简介74.2 聚酰胺(尼龙)的成型特性74.3 增强尼龙684.3.1 热塑性增强塑料的工艺特性84.3.2 注意事项84.4 常用增强尼龙的成型条件94.5 模具设计时应注意的事项95 注射机的选择105.1 注射量的计算105.2 注射机型号的确定105.3 注射机有关参数的校核106 模具的整体设计126.1 型腔布置126.2 分型面的确定126.3 排气槽的设计126.4 浇注系统147 模架的选择2071各模板尺寸的确定2072模架的校核208 成型零部件的设计与计算218.1 确定成型部件的计算218.2 塑件精度与模具制造精度的关系228.3 凹模镶块及凸台的尺寸238.4 凸模尺寸259 脱模机构的设计289.1 脱模力的计算289.2 推杆直径的确定299.3 推杆的位置及固定方法3010 合模导向机构的设计3111 温度调节系统的设计与计算3311.1 计算每次需要注射量3311.2 确定生产周期3311.3 求热流量3311.4 次数3311.5 求每小时的注射量3311.6 求热流量3311.7 求体积流量3311.8 求冷却管道的直径d(mm)3411.9 求冷却水的平均流速(m/min)3411.10 求冷却管道与水交界面的传热膜系数(J/m2h)3411.11 计算冷却管道的总传热面积(m2)3411.12 计算模具上应开设水管的孔数n3412 模具零部件材料选择3512.1 模具的选材及热处理要求3512.2 塑料模选用钢材的原则3613型的成型零件的制造工艺3614模具的工作原理37设计小结401. 培养了分析问题和解决问题的能力402. 锻炼了实际动手能力403. 绘图水平得到了提高40参考文献41致 谢421 前言1.1 设计背景及目的管卡是在塑料管管件的紧固,且需要大的紧固力紧固的场所。系列产品如右图示。图1 产品图1.2 课题研究方法及设计构成 首先,分析塑件的结构形式,依所选用材料的成型特性和工艺参数,确定模具分型面、型腔布置及浇注系统,确定整体布局,选用标准模架及具体材料。然后,计算成型部位的尺寸、其它零部件的尺寸及脱模力的大小,并对推出机构进行校核,看是否合乎要求并确定其固定方法。最后,计算是否需设置冷却系统,若需要,则计算出需要几根并确定设置的具体部位。2 设计题目及具体要求2.1 具体技术要求(1) 颜色为黑色。(2) 外表面为火花纹,孔腔为光面。(3) “广缘科技”字体为隶书,大小和间距成比例。(4) “21”字体为Arial字体,大小和间距成比例。(5) R10.5圆弧表面为火花纹。2.2 塑件可用材料FRN6;GFPA1212;阻燃尼龙66。设计模具依据材料:FRN6。塑件产品如下图(图2):图2 塑件图 图3 造型图3 塑件分析该塑料管卡用于管路的装夹定位,用两件组合在一起使用,故高度方面有尺寸精度要求。其外观尺寸为:503017.6(单位:mm),外表面为火花纹,孔腔为光面。卡体两端为对称分布的沉孔与通孔组合,其中间断面处有五根平均厚度为3.2mm加强肋,卡体边围壁厚为3.0mm。卡体的关键部位是半圆弧卡线部位凹陷的R10.5圆弧(圆心在卡体上方0.4mm处),且圆弧表面为火花纹(目的是增加摩擦力)。此外,高度为7mm的12mm的沉孔与同心位置的6.5mm的通孔也有尺寸精度要求,以便于装配使用。塑件表面的底部标有“广缘科技”(隶书)和“21”(Arial)的字迹,其大小与间距大小成比例。从使模具生产费用降低及缩短生产周期方面考虑,应采用边框凹陷,文字、符号凸起,且凸起的高度控制在0.20.5mm,线条宽度控制在0.50.8mm左右。两条线间距离不小于0.4mm,边框可比字体高出0.3mm以上,字体或符号的脱模斜度大于10。4 所选塑料材料的成型特性及工艺参数4.1 聚酰胺简介 本塑件塑料管卡采用增强尼龙6(FRN6)塑料成型。由文献1可知,尼龙又称聚酰胺,它具有良好的电气性能、热性能及力学综合性能,其力学强度随温度而异。聚酰胺熔化状态时有很高的流动性,所以常用这种塑料注射薄壁零件。并且它是一种自润滑性材料,做成轴承和齿轮,可以在无润滑状态下使用。对化学药物无论是弱碱、醇、脂、碳氢化合物、油脂均不受影响。缺点是吸水性大,成型收缩率不稳定,因此对塑件尺寸控制困难。4.2 聚酰胺(尼龙)的成型特性(1) 结晶材料,熔点较高、熔融温度范围较窄,熔融状态热稳定性差,料温超过300,滞留时间超过30min即易分解1。(2) 较易吸湿,成型前应预热干燥,并应防止再吸时湿,含水量不得超过0.3%,吸湿后流动性下降,易出现气泡、银丝等弊病,高精度塑件应经调湿处理,处理后发生尺寸涨大。(3) 流动性好,溢边值一般为0.02mm,易溢料,要发生“留涎现象”,用螺杆式注射机注射时喷嘴宜用自锁式机构,并应加热,螺杆应带止回环。(4) 成型收缩率范围大,收缩率大,方向性明显,易发生缩孔、凹痕、变形等弊病,成型条件应稳定。(5) 融料冷却速度对结晶度影响较大,对塑件结构及性能有明显影响,故应正确控制模温,一般为2090按壁厚选择,模温低易产生缩孔、结晶度底等现象,对要求伸长率高、透明度高、柔软性较好的薄壁塑件宜取低,对要求硬度高、耐磨性好,以及在使用时变形小的壁厚件宜取高。(6) 成型条件对塑件成型收缩、塑孔、凹痕影响较大,料筒温度按塑件品种、塑件形状及注射机类型而选,柱塞式注射机宜取高,但一般料温不宜超过300。受热时间不宜超过30min,料温高则收缩大,易出飞边。注射压力按注射机类型、料温、方向性强,注射压力底易发生凹痕、波纹。成型周期按塑件壁厚而选,厚则取长,薄则取短,注射时间及高压时间对塑件收速率、凹痕、塑孔,一般宜取模温低、料温低、树脂粘度小,注射高压及冷却时间长,注射压力高的成型条件,以及采用白油作脱模剂。(7) 模具浇注系统形式及尺寸与加工聚苯乙烯时相似,但增大流道及进料口截面尺寸可改善缩孔及凹痕现象。收缩率一般按壁厚而取,壁厚取大值,壁薄取小值,模温分布应均匀,应注意防止出飞边,设置排气措施。(8) 塑料壁厚不宜取大,并应均匀,脱模斜度不宜取小,尤其对壁厚及深高塑件更应取大。4.3 增强尼龙6本塑件所用材料为FRN6,虽然该增强材料能改善一系列机电性能,但也存在一系列缺点:冲击强度与冲击疲劳强度低(但缺口冲击强度增高);透明性、焊接点强度也降低,收缩、强度、热膨胀率、热传导率的异向性增大。故目前该塑料主要用于塑制小型,高强度、耐热,工作环境差及高精度要求的塑件。4.3.1 热塑性增强塑料的工艺特性1、 流动性差增强塑料熔融指数比普通料低30%70%,故流动性不良,易发生填充不良,熔接不良,玻纤分布不均等缺陷。尤其对长纤维料更易发生上述缺陷,并还易损伤纤维而影响机电性能。2、 成型收缩率小成型收缩比普通料小,但异向性增大沿,料流方向收缩小,垂直方向大,进料口处小,远处大,塑件易发生翘曲、变形。3、 脱模不良、磨损大该料不易脱模,并对模具磨损大,在注射时料流对浇注系统、型心等磨损也大。4、 易发生气体成型时由于纤维表面处理剂易挥发成气体,必须予以排出,不然易发生焊接不良、缺料及烧伤等弊病。4.3.2 注意事项为解决增强塑料上述工艺弊病在成型时应注意下列事项:1、 宜用高温、高压、高速注射。2、 模温宜取高(对结晶性料应按要求调节),同时应防止树脂玻纤分头聚积,玻纤裸露及局部烧伤。3、 保压补缩应充分。4、 塑件冷却应充分。5、 料温、模温变化对塑件收缩影响较大,温度高收缩大,保压及注射压力增大,可使收缩变小,但影响较小。6、 由于热刚性好,热变形温度高,可在较高温度时脱模,要注意脱模后均匀冷却。7、 应选用适当的脱模剂。8、 宜用螺杆式注射机成型。尤其对长纤维料必须用螺杆式注射机加工。如果没有螺杆式注射机,则应在造粒后象短纤维一样才可在柱塞式注射机上加工1。4.4 常用增强尼龙的成型条件 见表1 表1 常用增强尼龙的成型条件塑料名称尼龙1010尼龙6尼龙66缩写FRN1010FRN6FRN66玻纤含量(%)35302040密度(g/cm3)1.231.341.301.52计算收缩率(%)0.40.70.31.00.71.0成形压力(MPa)801007017680130成形温度()190250227316230280模具温度()-70110120备注-计算收缩以玻纤含量30%时计4.5 模具设计时应注意的事项1、塑件形状及壁厚特别应考虑有利于料流畅通填充型腔,尽量避免尖角、缺口。2、脱模斜度应取大,含玻璃纤维30%的可取23。当不允许有脱模斜度时,则应避免强行脱模,宜采用横向分型结构。 3、浇注系统截面宜大,流程平直而短,以利于纤维均向分散。4、浇口应考虑防止填充不足,异向性变形,玻璃纤维分布不均,易产生熔接痕等因素。浇口宜取薄膜,扇形,环形及多点浇口以使料流畅流,玻璃纤维分散,以减少异向性,最好不取针状浇口,浇口截面可适当增大,其长度应短。5、型心,型腔应有足够刚性及强度。6、应淬硬,抛光,选用耐磨钢种,易磨损部位应便于修换。7、应均匀有力,便于修换。8、应设有排气溢料槽,并宜设于易发生熔接痕部位。5 注射机的选择注射模是安装在注射机上使用是工艺装备,因此设计注射模时应先详细了解注射机的技术规范,才能设计出符合要求的模具。注射机规格的确定主要是根据塑件的大小及型腔的数目和排列方式,在确定模具结构形式及初步估算外形尺寸的前提下,设计人员应对模具所需的注射量、锁模力、注射压力、拉杆间距、最大和最小模具厚度、推出形式、推出位置、推出行程、开模距离等进行计算。根据这些参数选择一台和模具匹配的注射机,倘若用户已提供了注射机的型号和规格,设计人员必须对其进行校核,若不能满足要求,则必须自己调整或与用户取得商量调整。5.1 注射量的计算通过计算得到单个塑件的体积V1=14.8cm3,取=1.28g/cm3,则每个塑件的质量m1=V1 =14.81.28=18.9g,流道凝料的质量m2按塑件的0.6倍来计算得m2=0.6nm1,故一模两腔的单次注射量为:m= 1.6nm1=1.6218.9=60.48g5.2 注射机型号的确定根据以上的计算初步选定型号为SZ78/450卧式注射机(上海第一塑料机械厂)其主要技术参数见下表2: 表2 SZ60/450卧式注射机的技术参数理论注射容量/cm378锁模力/KN450螺杆直径/mm30拉杆间距/mm280250注射压力/MPa170移模行程/mm220注射速率/(g/s)60最大模厚/mm300塑化能力/(g/s)5.6最小模厚/mm100螺杆转速/(r/min)142000定位孔直径/mm55喷嘴球半径/mm20喷嘴孔直径/mm3.5锁模方式双曲肘5.3 注射机有关参数的校核(1)由注射机料筒塑化速率校核模具的型腔数目。n(KMt/3600-m2)/m1(1)则 n=(0.85.6360045/3600-0.6218.9)/18.9=9.52 合格; 式中 K注射机最大注射量的利用系数,一般取0.8; M注射机的额定塑化量(5.6g/s); t成型周期,取45s。(2)注射压力的校核PeKP0 (2)则 Pe =1.3100=130MPa170 MPa 合格;式中 K注射压力安全系数; P0 取100 MPa(属易流动厚壁件)(3)锁模力的校核FA =(A1+A2)P 型(3)式中 A1每个塑件在分型面上的投影面积A2流道凝料(包括浇口)在分型面上的投影面积,且A2=0.35nA1P 型模具型腔塑料熔体平均压力(MPa)取30故F=1.35n A1 P 型=1.352305030=121.5KN450KN 合格其它安装尺寸校核要待模架选定,结构尺寸确定后方能进行。6 模具的整体设计6.1 型腔布置从经济方面考虑并综合制品精度,可初步确定本模具为一模两腔结构。6.2 分型面的确定 模具上用来取出塑件和(或)浇注系统凝料可分离的接触的表面称为分型面。在模具设计的初始阶段,首先应确定分型面的位置,然后才能确定模具的结构形式。分型面设计得是否合理,对塑件质量、工艺操作难易程度和模具复杂程度具有很大的影响。选择分型面时,应从以下几个方面考虑:1、 使塑件在开模后留在动模上。2、 分型面的痕迹不影响塑件的外观。3、 浇注系统,特别是浇口能合理的安排。4、 使推杆痕迹不露在塑件外观表面上。5、 使塑件易于脱模。6、 尽量减小塑件在合模平面上的投影面积,以减小 所需锁模力。7、 便于嵌件的安装。8、 长型心应置于开模方向。综合以上几点及塑件自身的实际,初步可以把图4 模具分型面示意图分型面定在塑料管卡的上端含有R10.5的圆弧与上表面的组合处,具体分型面如右上图4所示。 6.3 排气槽的设计在注射成型时,如果型腔内的气体不能在充模时排至模外,将会在制品上形成气孔、接缝,表面轮廓不清等缺陷。有时封闭在塑料熔体内的气体因压缩所产生的高温会使制品局部烧焦,而且压缩气体所产生的压力还会降低充模速度,因此在设计模具成型部件时必须考虑排气的问题。由文献3可知排气槽的示意图如图5所示。 图5 排气槽的示意图在许多情况下,可利用模具的分型面之间的空隙自然排气,也许正因如此,排气问题往往被忽视。排气槽的位置及大小主要依靠经验选定、通过试模修改,其基本设计原则归纳如下:1、 排气要迅速、安全,排气槽的排气速度要与充模速度相适应。2、 排气槽应尽量开设在制品较厚的成型部位。3、 排气槽应尽量开设在分型面上,但排气槽溢料产生的毛边应不妨碍制品脱模。4、 排气槽应尽量开设在型腔中最后被充满的部位。5、 为了制造模具和清模的方便,排气槽应尽量开设在凹模的一侧。6、 排气槽排气方向不应朝向工人操作面,以防注射成形时漏料伤人。7、 排气槽深度一般不超过0.05mm(具体数值根据具体材料的溢料值而定),宽度一般不超过3mm,排气槽如图示,增强尼龙(玻纤填充)的排气槽深度为0.01mm0.03mm。8、 可以利用推杆和推杆孔的配合间隙排气,也可利用活动型心孔的配合间隙排气。6.4 浇注系统浇注系统的作用是将塑料熔体顺利地充满到型腔各处,以便获得外形轮廓清晰、内在质量优良的塑件。因此要求充模速度快而有序,压力损失小,热量散失少,排气条件好,浇注系统凝料易于与塑件分离或切除,且在塑件上留下浇口痕迹小。在设计浇注系统时,首先选择浇口的位置,浇口位置的选择恰当与否,将直接关系到塑件的成型质量及注射过程是否能顺利进行。流道及浇口位置的选择应遵循以下原则:1、 设计浇注系统时,流道应尽量少弯折,表面粗糙度为Ra0.8m1.6m。2、 应考虑到模具是一模一腔还是一模多腔,浇注系统应按型腔布局设计,尽量与模具中心线对称。3、 单型腔塑件投影面积较大时,在设计浇注系统时,应避免在模具的单面开设浇口,不然会造成折射时模具受力不均。4、 设计浇注系统时,应考虑去除浇口方便,修正浇口时在塑件上不留痕迹。5、 一模多腔时,应防止将大小悬殊的塑件放在同一副模具内。6、 在设计浇口时,避免塑料熔体直接冲击小直径型心及嵌件,以免产生弯曲、折断或移位。7、 在满足成型排气良好的前提小,要选取最短的流程,这样就可缩短填充时间。8、 能顺利地引导塑料熔体填充各个部位,并在填充过程中不致产生塑料熔体涡流、紊流现象,使型腔内的气体顺利排除出模外。9、 在成批生产塑件时,在保证产品质量的前提下,要缩短冷却时间及成型周期。10、 若是主流道型浇口,因主流道处有收缩现象,若塑件在这个部位要求精度较高时,主流道应留有加工余量或修正余量。11、 浇口的位置应保证塑料熔体顺利流入型腔,即对着型腔中宽畅、壁厚部位。12、 尽量避免使塑件产生熔接痕,或使其熔接痕产生在塑件不重要的部位。本浇注系统由主浇道、分浇道、浇口、冷料穴四部分组成。6.4.1 主浇道设计主流道是指连接注射机喷嘴与分流道的塑料熔体通道,是熔体注入模具最先经过的一段流道。其形状、大小、会直接影响熔体的流动速度和注射时间。由于主浇道要与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触,所以在注射模中主流道部分常设计成可拆卸可更换的主流道衬套。在SZ78/450塑料注射成型机的情况下,考虑到使塑料凝料能从主流道中顺利拔出,需将主流道设计成圆锥形,具有26的锥角,内壁有Ra0.8m以下的表面粗糙度,小端直径常为57mm,注意小端直径应大喷嘴直径12mm,否则主流道中的凝料无法拔出,浇口套凹坑半径R也应比喷嘴头半径大于12mm,以便凝料顺利拔出。由SZ78/450塑料注射成型机技术参数可知:喷嘴球径R=20mm;孔径d=3.5mm;一次最大注射量为78克。从而可得浇口套的形式与尺寸(mm): 表3 浇口套基本尺寸D基本尺寸25极限偏差j7+0.013-0.008与配合的模板孔的极限偏差H7+0.0210图6 浇口套基本尺寸故主流道各部分具体尺寸如下:d=喷嘴孔径+1=4.5mm;R=喷嘴球径+2=22mm;=2 4,取=4;r=13mm,取r=2mmH=(1/2/5)R,H=8mm;为了拆卸更换方便,模具的定位圈常与浇口套分开设计,如下图7所示:图7 定位圈与浇口套的配合6.4.2 冷料穴设计冷料穴的作用是储存因两次注射间隔而产生的冷料以及熔体流动的前锋冷料,以防止熔体冷料进入型腔。在卧式或立式注射机上使用的模具冷料穴,常设在主流道正对面的动模上,直径稍大于主流道大端直径,以利冷料流入。图8 冷料穴示意图本设计采用了带Z形头的冷料穴。在冷料穴的底部有一根Z形头的拉料杆,这也是最常用的冷料穴形式。如右图所示,拉料杆头部的侧凹能将主流道凝料钩住,开模时滞留在动模一侧。拉料杆是固定在推板上的,故凝料与拉料杆一道被推出机构从模具中推出。开模后稍许将制品作侧向移动,即可将制品连同凝料一道从拉料杆上取下。6.4.3 分浇道设计分流道是指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体的流动通道。它是浇注系统中塑料熔体由主流道流入型腔前,通过截面积的变化及流向变换以获得平稳流态的过度段。因此,分流道设计应满足良好是压力传递和保持理想的充填状态,并在流动过程中压力损失进可能小,能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔。常用的流道截面形状有圆形、梯形、U形和六角形等。在流道设计中要减少流道内的压力损失,则希望流道的截面积大;要减少热传损失,又希望流道的截面积小,因此可用流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率,该比值大则流道的效率高。圆形与正方形的效率最高。但是正方形的截面流道不易于凝料的顶出,故设计成圆形。因为各种塑料的流动性有差异,所以可以根据塑料的品种来粗略的估计分流道的直径,尼龙的分流道的直径范围是1.69.5,根据具体情况分析可以取6mm为分流道的直径。6.4.4 浇口的设计浇口是连接流道与型腔之间的细短流道,它是浇注系统的关键部分。浇口的形状、位置和尺寸对制品的质量影响较大。1、由于本设计的特殊性,采用了潜伏式点浇口的设计形状,潜伏式点浇口具有以下特点:(1) 浇口位置一般选在制品的侧面较隐蔽处,可以不影响制品的外观。(2) 分流道设置在分型面上,而浇口像隧道一样潜入分型面下面的定模板上,使熔体沿斜面注入型腔。(3) 浇口在模具开模时自动切断,不需要进行浇口处理,但会在制品侧面留有浇口痕迹。潜伏浇口与分流道中心线的夹角一般为3055左右,常常采用图形或椭圆形截面,本设计中夹角取45,采用圆形截面。图9 浇口示意图2、点浇口尺寸计算由资料1 P214知点浇口直径d=ncA1/4(4)式中 d-点浇口直径(mm);n -系数,尼龙取0.8;依塑件壁厚而异的系数, 取c=0.27;A型腔表面积(一侧)(mm2)则 A =1850210.520.421=900173.098.4=735.31mm2所以 d=0.80.27A1/4 (mm) =1.1mm3、注意事项浇口开设的位置对制品的影响很大,在确定浇口位置时,应注意如下几点:(1) 浇口应设置在能使型腔各个角落同时充满的位置。(2) 浇口应设置在制品壁厚较厚的部位,使熔体从厚断面流入薄断面,以利于补料。(3) 浇口应设置应选择在有利于排除型腔中气体的部位。(4) 浇口的位置应选择在能避免制品表面产生熔合纹的部位,当无法避免熔合纹的产生时,浇口位置的选择应考虑到熔合纹产生的部位是否合适。(5) 对于带有细长型心的模具,浇口位置不当会使型心受到熔体的冲击而产生变形,此时应采用中心进料方式。(6) 浇口的位置应避免引起熔体断裂的现象。(7) 浇口应设置在不影响制品外观的部位。(8) 不要在制品中承受弯曲载荷或冲击载荷的部位设置浇口,一般来说,制品浇口附近的强度最差。7 模架的选择根据型腔的布局可以看出,型腔嵌件分布尺寸为85.7445.88,考虑到导柱、导套及连接螺钉布置应占的位置和采用推板推出等各方面问题,确定选用GB/12556.1标准模架,序号为3号(160L=160200),模架结构形式为A1型。71各模板尺寸的确定1A板尺寸:A板为定模型腔板,塑件的高度为17.6,取A板厚度为63。2B板尺寸:B板为凸模固定板,塑件凸模的成型部分尺寸为45.88,所以取B板厚度50。3C垫块尺寸:垫块=推出行程+推板厚度+推板固定板厚度+(5-10)=17.6+16+12.5+(5-10)=51.556.5 取C=63。72模架的校核从选定的模架可知,其外形尺寸:长宽高=200160200模具平面尺寸:200160280250(拉杆内间距),合格;模具高度:100216300,合格;模具开模所需行程=10.57(型心高度)+17.6(塑件高度)+(5-10)=33.238.2220(注射机开模行程),合格。其它各参数在前面均已校核,所以本模具所选注射机完全满足使用要求。8 成型零部件的设计与计算模具中确定塑件几何形状和尺寸精度的零件称为成型零件。成型零件包括凹模、型心、镶件、成型杆和成型环等。成型过程中成型零件受到塑料熔体的高压作用,料流的冲刷,脱模时与塑件间发生摩擦。因此,成型零件要求有正确的几何形状、较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度,此外还要求成型零件具有合理的结构和良好的加工工艺性,具有足够是强度、刚度和表面硬度。设计成型零件时,应根据塑料的特性和塑件的结构及精度要求,确定型腔的总体结构,选择分型面和浇口位置,确定脱模方式、排气部位和冷却水道的布置等,然后根据成型零件加工、热处理、装配等要求进行成型零件的结构设计,计算成型零件的工作尺寸,对重要的成型零件进行刚度和强度的校核。尼龙6属于成型收缩率比较大的塑件,而结晶塑料塑件凸凹模尺寸计算要考虑其收缩率的变动率和缩件公差之间的关系8.1 确定成型部件的计算成型零件工作尺寸是指成型零件上直接用来构成塑件的尺寸,主要有型腔和型心的径向尺寸(包括矩形和异性零件的长和宽)、型腔的深度和型心的高度尺寸、型心和型心之间的尺寸等。影响塑件尺寸精度的因素相当复杂,主要因素有如下几个方面:8.1.1 成型收缩率的变动率ss=(SmaxSmin) )100(5)由文献1图5-58可得尼龙6的最大及最小成型收缩率分别为:Smax=1.46%; Smin=1.31%而由文献2 P253 表6-1,可知增强尼龙6成型收缩率约为:Smax=0.7%; Smin=0.5%同时考虑到塑件的表面为火花纹,必须适当增大脱模斜度才能顺利脱模,但塑件不是很大,因此,取脱模斜度为1,而塑件平均成型收缩率可取 S=0.7%;则有: s= 0.208.1.2 单位尺寸下的塑件公差 =(L)100 (6)而塑件公差等级在SJ1372-78中并非是一个公差等级,故求几组求其平均值。0.410.5=0.038; 0.618=0.033;0.212=0.017; 0.330=0.01;0.833=0.024; 0.26.5=0.03;0.20.4=0.05; 0.550=0.01;把最大与最小的两组除去,然后求平均值:=(L)1002.5将s与结果比较显然可知s具此可用资料1中的凸凹模型腔尺寸计算公式,如下所示:凹模: L=L(1S)()2m (7)凸模: L=L(1S)()2m (8)中心距:L=L(1S)m2 (9)式中: L-型腔尺寸(mm);L- 塑件相应部位尺寸(mm);S- 平均收缩率(mm/mm);m-模具制造公差;-模具磨损余量(mm);-塑件公差。8.2 塑件精度与模具制造精度的关系表4 塑件精度与模具制造精度的关系塑件尺寸精度SJ1372-7812345678型腔尺寸精度GB 1800-79IT5IT6IT7IT8IT9IT11IT12IT13型腔制造公差m1010885433取塑件的平均成型收缩率为:S0.7%8.3 凹模镶块及凸台的尺寸以下式中的m及均由文献4和文献5查得1、 H1=H1(1S)()2m(10) 其中,m=3,=0.6;则有:H1=H1(1S)()2m=17.2(10.007)0.4m=16.90.2 mm2、 H2=H2(1S)()2m (11)其中,m=3,=0.6;则有:H2=H2(1S)()2m=18(10.007)0.4m=18.50.2mm图6.1 凹模及镶块尺寸 图10 凹模3、 H3=H3(1S)()2m (12) 其中,m=4,=0.28;则有:H3=H3(1S)()2m=7(10.007)0.175m=7.20.07mm4、 L1=L1(1S)()2m (13) 其中,m=5,=0.3;则有:H1=H1(1S)()2m=30(10.007)0.18m=30.030.06 mm5、 L2=L2(1S)()2m (14) 其中,m=4,=0.5;则有:H1=H1(1S)()2m=50(10.007)0.3m=50.040.125 mm6、 L3=L3(1S)m2(15) 其中,m=3,=0.8;则有:L3=L3(1S)m2=33(10.007)0.86=33.230.14 mm7、 d1=d1(1S)()2m (16) 其中,m=5,=0.20;则有:d1=d1(1S)()2m=6.5(10.007)0.12m=6.670.04 mm8、 d2=d2(1S)()2m(17) 其中,m=5,=0.20;则有:d2=d2(1S)()2m=12(10.007)0.12m=12.080.04 mm9、 d3=d3(1S)()2m (18) 其中,m=3,=0.32;则有:d3=d3(1S)()2m=13(10.007)0.643m=13.30.107mm10、 R=R(1S)()2m (19) 其中,m=4,=0.40;则有:R=R(1S)()2m=10.7(10.007)0.25m=10.520.10 mm11、 R1=R1(1S)()2m(20) 其中,m=4,=0.40;则有:R1=R1(1S)()2m=10.3(10.007)0.25m=10.620.10 mm故取R为10.570.05。8.4 凸模尺寸1、 L1=L1(1S)()2m (21) 其中,m=4,=0.64;则有:L1=L1(1S)()2m6=25.6(10.007)0.31m=25.860.125mm2、 L2=L2(1S)()2m(22) 其中,m=4,=0.50;则有:L2(大头)=L2(1S)()2m =45.24(10.007)0.4m=45.960.13、 L3=L3(1S)()2m(23) 其中,m=4,=0.50;则有:L3=L3(1S)()2m=25(10.007)0.31m=24.90.125 mm4、 L4=L4(1S)m2(24) 其中,m=3,=0.8;则有:L4=L4(1S)m2=33(10.007)0.86=33.230.14 mm图6.2 凸模及镶块尺寸 图11 凸模5、 L5=L5(1S)m2(25) 其中,m=3,=0.48;则有:L5=L5(1S)m2=6.7(10.007)0.486=6.750.08 mm6、 L6=L6(1S)m2(26) 其中,m=3,=0.64;则有:L6=L6(1S)m2=20.1(10.007)0.646=20.240.106 mm7、 L7=L7(1S)()2m(27) 其中,m=3,=0.44;则有:L7=L7(1S)()2m=3.2(10.007)0.30m=3.50.147 mm8、 1=1(1S)()2m(28) 其中,m=4,=0.58;则有:1=1(1S)()2m=18(10.007)0.36m=17.760.145 mm9、 2=2(1S)()2m (29) 其中,m=4,=0.52;则有:2=2(1S)()2m=12(10.007)0.325m=11.760.13 mm10、 R3=R3(1S)()2m(30) 其中,m=4,=0.44;则有:R3=R3(1S)()2m=6(10.007)0.30m=6.30.11 mm11、 H1=H1(1S)()2m(31) 其中,m=4,=0.48;则有:H1=H1(1S)()2m=7.74(10.007)0.3m=7.490.12 mm12、 H2=H2(1S)()2m(32) 其中,m=4,=0.58;则有:H2=H2(1S)()2m=15.21(10.007)0.36m=15.680.145 mm9 脱模机构的设计在注射成型的每一个循环中,都必须使塑件从模具型腔中或型心上脱出,模具中这种脱出塑件的机构称为脱模机构(或称推出、顶出机构)。推出是注射成型过程中的最后一个环节,推出质量的好坏将最后决定塑件的质量,因此,塑件的推出是不可忽视的。脱模机构的选用原则:1、 使塑件脱模时,不发生变形(略有弹性变形在一般情况下是允许的,但不能 形成永久变形)。2、 推力分布依脱模阻力的大小要合理安排。3、 推杆的受力不可过大,以免造成塑件的被推局部产生隙裂。4、 推杆的强度及刚性应足够,在推出动作时不产生弹性变形。5、 推杆位置痕迹须不影响塑件外观。6、 脱模机构的运动应保证灵活、可靠,不发生误动作。9.1 脱模力的计算将制品从包紧的型心上脱出时所需克服的阻力称为脱模力。它是设计脱模机构的重要依据之一。注射模设计时,可用公式对一般形状的制品作脱模力的计算。作为矩形断面可求半径当量:r(ab)(33)亦可知d=2r(ab)(34)然而t/d2.5d0.05(35)所以制品为矩形断面时,所需脱模力(N)为: F8ESLcos(ftg)(1)K0.1A(36)其中: r(ab);为矩环形制品的平均壁厚(mm),取2.76;a与b为矩形型心的断面尺寸(mm),a50,b30;-为塑料平均成型收缩率, S0.7%;-为无因次系数,随和而变, K1.0052;-为塑料的弹性模量(a),E2600;-为制品对型心的包容长度(mm),L150;f-为制品与型心之间的静摩擦系数, f0.26;-为模具型心的脱模斜度(),1;-为塑料的泊松比,0;-为盲孔制品在脱模方向上的投影面积(mm2),A1500。故有: F 8ESLcos(ftg)()K0.1A 82.7626000.7150cos1(0.26tg1)(10)K0.1A1454015014690N又因为该模具为一模两腔,故有:F脱模力2F29380N9.2 推杆直径的确定根据压杆稳定公式,可得推杆直径(mm)的公式:dk(L2FnE)1/4(37)式中: d为推杆的最小直径(mm);k为安全系数,可取k=1.5;L为推杆的长度(mm),L=97;F为脱模力(N),F=29380;n为推杆数目,n=4;E为钢材的弹性模量(MPa),E=2.1105 MPa;则 d1.5(9722938042.1105)1/46.4mm故取d7mm较合适。推杆直径确定后,还会进行强度校核,其公式为:4F(nd2)(38)式中: 为推杆材料的许用应力(N);为推杆所受的应力(N);F为脱模力(N),F=29380;n为推杆数目,n=4;d为推杆的最小直径(mm),考虑到塑件的尺寸和推杆的位置等实际因素,在设计中d取10mm。则 4F(nd2) 429380(4102)9356N/cm2而查得42000 N/cm2 。显然有,符合要求。9.3 推杆的位置及固定方法9.3.1 推杆的位置推杆应设置于有效位置,即:1、 投影面上,受力集中处;2、 有深槽、深孔的部位附近;3、 加强筋部位;4、 局部壁厚部位;5、 有金属嵌件部位附近;6、 结构复杂部位。鉴于以上所列条件,本设计将推杆设置在塑件两边对称分布的两同心圆处。9.3.2 推杆的固定方法推杆以能自由活动的方式从推杆固定板下面穿出,杆与孔在直径上和厚度上留有间隙,以便于同型心上或型腔上的孔保持同心。10 合模导向机构的设计为了保证注射模准确合模和开模,在注射模中必须设有导向机构。导向机构主要起定位、导向以及承受一定侧压力的作用。本设计采用了四个导柱和导套,导柱安装在凸模板上,且设在主型心的四周,起保护型心的作用。由于本模具要求批量生产,必须具有一定的寿命,且精度要求高,故导柱与导套固定孔直径相等,以便于两孔能同时加工,确保同轴度。导柱最好带有油槽,便于润滑,延长使用寿命。图12 导柱和导套在设计导柱、导套时应注意以下几点:1、导柱应合理分布在模具分型面的四周,且经常采用不对称分布或不等直径但对称布置的方式。2、导柱的长度应比型心端面的高度高出68mm,以免型心进入凹模时与凹模相碰而损坏。3、导柱、导套应有足够的耐磨度和强度。4、为了使导柱能顺利地进入导套,导柱端部应做成锥形或半球形,导套的前端应倒角。5、依需要采用正装或反装。6、一般导柱滑动部分的配合精度按H7/f7,导柱固定部分的精度按H7/s 外文翻译 外文翻译原文:Injection Molding Many different processes are used to transform plastic granules, powders, and liquids into product. The plastic material is in moldable form, and is adaptable to various forming methods. In most cases thermosetting materials require other methods of forming. This is recognized by the fact that thermoplastics are usually heated to a soft state and then reshaped before cooling. Theromosets, on the other hand have not yet been polymerized before processing, and the chemical reaction takes place during the process, usually through heat, a catalyst, or pressure. It is important to remember this concept while studying the plastics manufacturing processes and polymers used. Injection molding is by far the most widely used process of forming thermoplastic materials. It is also one of the oldest. Currently injection molding accounts for 30% of all plastics resin consumption. Since raw material can be converted by a single procedure, injection molding is suitable for mass production of plastics articles and automated one-step production of complex geometries. In most cases, finishing is not necessary. Typical products include toys, automotive parts, household articles, and consumer electronics goods.Since injection molding has a number of interdependent variables, it is a process of considerable complexity. The success of the injection molding operation is dependent not only in the proper setup of the machine hydraulics, barrel temperature variations, and changes in material viscosity. Increasing shot-to-shot repeatability of machine variables helps produce parts with tighter tolerance, lowers the level of rejects, and increases product quality (i.e., appearance and serviceability).The principal objective of any molding operation is the manufacture of products: to a specific quality level, in the shortest time, and using repeatable and fully automatic cycle. Molders strive to reduce or eliminate rejected parts in molding production. For injection molding of high precision optical parts, or parts with a high added value such as appliance cases, the payoff of reduced rejects is high.A typical injection molding cycle or sequence consists of five phases;1. Injection or mold filling2. Packing or compression3. Holding 4. Cooling5. Part ejectionPlastic granules are fed into the hopper and through an in the injection cylinder where they are carried forward by the rotating screw. The rotation of the screw forces the granules under high pressure against the heated walls of the cylinder causing them to melt. As the pressure building up, the rotating screw is forced backward until enough plastic has accumulated to make the shot. The injection ram (or screw) forces molten plastic from the barrel, through the nozzle, sprue and runner system, and finally into the mold cavities. During injection, the mold cavity is filled volumetrically. When the plastic contacts the cold mold surfaces, it solidifies (freezes) rapidly to produce the skin layer. Since the core remains in the molten state, plastic follows through the core to complete mold filling. Typically, the cavity is filled to 95%98% during injection. Then the molding process is switched over to the packing phase.Even as the cavity is filled, the molten plastic begins to cool. Since the cooling plastic contracts or shrinks, it gives rise to defects such as sink marks, voids, and dimensional instabilities. To compensate for shrinkage, addition plastic is forced into the cavity. Once the cavity is packed, pressure applied to the melt prevents molten plastic inside the cavity from back flowing out through the gate. The pressure must be applied until the gate solidifies. The process can be divided into two steps (packing and holding) or may be encompassed in one step(holding or second stage). During packing, melt forced into the cavity by the packing pressure compensates for shrinkage. With holding, the pressure merely prevents back flow of the polymer malt.After the holding stage is completed, the cooling phase starts. During, the part is held in the mold for specified period. The duration of the cooling phase depends primarily on the material properties and the part thickness. Typically, the part temperature must cool below the materials ejection temperature. While cooling the part, the machine plasticates melt for the next cycle.The polymer is subjected to shearing action as well as the condition of the energy from the heater bands. Once the short is made, plastication ceases. This should occur immediately before the end of the cooling phase. Then the mold opens and the part is ejected. When polymers are fabricated into useful articles they are referred to as plastics, rubbers, and fibers. Some polymers, for example, cotton and wool, occur naturally, but the great majority of commercial products are synthetic in origin. A list of the names of the better known materials would include Bakelite, Dacron, Nylon, Celanese, Orlon, and Styron.Previous to 1930 the use of synthetic polymers was not widespread. However, they should not be classified as new materials for many of them were known in the latter half of the nineteenth century. The failure to develop them during this period was due, in part, to a lack of understanding of their properties, in particular, the problem of the structure of polymers was the subject of much fruitless controversy.Two events of the twentieth century catapulted polymers into a position of worldwide importance. The first of these was the successful commercial production of the plastic now known as Bakelite. Its industrial usefulness was demonstrated in1912 and in the next succeeding years. Today Bakelite is high on the list of important synthetic products. Before 1912 materials made from cellulose were available, but their manufacture never provided the incentive for new work in the polymer field such as occurred after the advent of Bakelite. The second event was concerned with fundamental studies of the nature polymers by Staudinger in Europe and by Carohers, who worked with the Du Pont company in Delaware. A greater part of the studies were made during the 1920s. Staudingers work was primarily fundamental. Carothers achievements led to the development of our present huge plastics industry by causing an awakening of interest in polymer chemistry, an interest which is still strongly apparent today. The Nature of ThermodynamicsThermodynamics is one of the most important areas of engineering science used to explain how most things work, why some things do not the way that they were intended, and why others things just cannot possibly work at all. It is a key part of the science engineers use to design automotive engines, heat pumps, rocket motors, power stations, gas turbines, air conditioners, super-conducting transmission lines, solar heating systems, etc. Thermodynamics centers about the notions of energy, the idea that energy is conserved is the first low of thermodynamics. It is starting point for the science of thermodynamics is entropy; entropy provides a means for determining if a process is possible.This idea is the basis for the second low of thermodynamics. It also provides the basis for an engineering analysis in which one calculates the maximum amount of useful that can be obtained from a given energy source, or the minimum amount of power input required to do a certain task.A clear understanding of the ideas of entropy is essential for one who needs to use thermodynamics in engineering analysis. Scientists are interested in using thermodynamics to predict and relate the properties of matter; engineers are interested in using this data, together with the basic ideas of energy conservation and entropy production, to analyze the behavior of complex technological systems.There is an example of the sort of system of interest to engineers, a large central power stations. In this particular plant the energy source is petroleum in one of several forms, or sometimes natural gas, and the plant is to convert as much of this energy as possible to electric energy and to send this energy down the transmission line.Simply expressed, the plant does this by boiling water and using the steam to turn a turbine which turns an electric generator.The simplest such power plants are able to convert only about 25 percent of the fuel energy to electric energy. But this particular plant converts approximately 40 percent; it has been ingeniously designed through careful application of the basic principles of thermodynamics to the hundreds of components in the system.The design engineers who made these calculations used data on the properties of steam developed by physical chemists who in turn used experimental measurements in concert with thermodynamics theory to develop the property data.Plants presently being studied could convert as much as 55 percent of the fuel energy to electric energy, if they indeed perform as predicted by thermodynamics analysis. The rule that the spontaneous flow of heat is always from hotter to cooler objects is a new physical idea. There is noting in the energy conservation principle or in any other law of nature that specifies for us the direction of heat flow. If energy were to flow spontaneously from a block of ice to a surrounding volume of water, this could occur in complete accord with energy conservation. But such a process never happens. This idea is the substance of the second law of thermodynamics.Clear, a refrigerator, which is a physical system used in kitchen refrigerators, freezers, and air-conditioning units must obey not only the first law (energy conservation) but the second law as well.To see why the second law is not violated by a refrigerator, we must be careful in our statement of law. The second law of thermodynamics says, in effect, that heat never flows spontaneously from a cooler to a hotter object.Or, alternatively, heat can flow from a cooler to a hotter object only as a result of work done by an external agency. We now see the distinction between an everyday spontaneous process, such as the flow of heat from the inside to the outside of a refrigerator.In the water-ice system, the exchange of energy takes place spontaneously and the flow of heat always proceeds from the water to the ice. The water gives up energy and becomes cooler while the ice receives energy and melts.In a refrigerator, on the other hand, the exchange of energy is not spontaneous. Work provided by an external agency is necessary to reverse the natural flow of heat and cool the interior at the expense of further heating the warmer surroundings. 译文:塑料注射成型许多不同的加工过程习惯于把塑料颗粒、粉末和液体转化成最终产品。塑料材料用模具成型,并且适合用多种方式成型。在大多数情况下,热塑性材料可以用许多方法成型,但热固性塑料需要用其他方法成型。对于热塑性材料有这种事实的认识,它常常被加热成为另一种柔软状态,然后在冷却以前成型。对于热固性塑料,换句话说,在它加工以前还没有形成聚合物,在化学反应加工过程中发生变化,如通过加热、催化剂或压力处理。记住这个概念在学习塑料加工过程和聚合物的形成是很重要的。塑料注射成型越来越广泛地运用于热塑性材料的成型工艺。它也是最古老的一种方式。突然间,塑料注射成型材料占所有成型材料消费的30%。塑料注射成型适合于大批量生产,当原材料被成单一的步骤转换成为塑料物品和单步自动化的复杂几何形状制品。在大多数情况下,对于这样的制品,精加工是不需要的。所生产的各种各样的产品包括:玩具、汽车配件、家用物品和电子消费物品。因为塑料注射模具有很多易变的相互影响,那是一种复杂的虚慎重考虑的加工过程。塑料注射模具设备的成功是不依赖于机器变化到恰当的步骤,只有淘汰了需要注射变化的机器,才会导致适应液压变化、料筒温度变化和材料黏度变化的机器的产生。增加机器重复注射的能力的变化可以帮助减少公差,降低次品等级和增加产品质量。对于任何模具注射设备的操作人员目的是制造产品,成为特等品、用最短的时间、用重复精度和全自动化生产作为周期。模塑人员在生产过程中总是想尽办法降低或消除不合格产品。对于塑料注射模具有高要求的光学制品,或者有高附加值的制品如:家用电器制品,它的利润大大降低。一种塑料注射模具的生产周期或顺序由五个阶段组成:注射或填充模具补料或压缩保压冷却局部注射塑料颗粒被投入料斗并且打开塑料注射料筒,在那里颗粒被旋转螺杆带动进入料筒。螺杆的旋转强迫塑料颗粒在高压下挤压料筒筒壁导致它变成熔体。随着压力的增加,旋转螺杆被迫后退直到有足够的塑料被注射成为储料。塑料螺杆强迫熔融的塑料从料筒流到喷嘴、主流道经浇注系统,最终进入模具型腔。当注射模具型腔容积被充满。当塑料接触冷的模具表面,它被固化以减少表层。当模具保持熔融状态,塑料沿着模芯充满整个模具。,利用率特别高,在注射时型腔被充满95%98%。接着成型过程进入补料阶段。当型腔被充满,熔融塑料便开始冷却。冷却塑料的收缩,就增加了诸如凹痕、孔洞和尺寸不稳定等制品缺陷的发生。为了补偿收缩,增加塑料压入型腔。当型腔被封裹,为防止的熔融状态塑料从型腔内流向出口,把压力应用于熔体。这种压力必须应用直到出口为固态。这种加工可分为两步(补料和保压)或可能包含成为一步(保压或第二阶段)。在补料时,熔体被补料压力收缩补偿压入型腔。在保压时,压力仅仅防止聚合物回流。在保压阶段完成以后,冷却阶段开始。在冷却时,是制品在型腔内保持需具体说明的一个阶段。在冷却持久的阶段主要依靠材料的特性和制品的收缩率。典型的,制品温度必须冷却到材料的注射温度。在冷却制品时,这种机器塑料熔体被冷却到下一个周期。聚合物是以剪切作用为主题的,如同加热圈获得能量一样。当注射开始,到塑料注射终止。聚合物会立刻出现在冷却阶段以前,直到模具打开和制品被注射。当聚合物被编制成有用的文章,它们被称为:塑料、橡胶和纤维。许多聚合物,例如棉花和羊毛来自自然,但是绝大多数商业的产品都是人造的,都来源于此。一系列众所周知的材料包括酚醛塑料,涤纶,尼龙,聚硅氧烷,有机玻璃,纤维素,聚丙乙烯和特氟隆。在1930年以前,商业用的聚合物没有广泛应用。然而它们本应该作为新材料在19世纪下半叶出名,却没有成功。在该期间,它们所以未能发展,部分原因是不了解它们的性质,特别是,聚合物结构曾是许多无结果争论的主题。二十世纪的两次事件使聚合物声名雀起,并且在世界范围内占据了很重要的地位。第一次是成功的商业塑料产品叫做酚醛塑料。它有用的工业价值在1912年表现得近乎疯狂,并且在以后许多年发挥着巨大的价值。今天,酚醛塑料仍然在一系列的人造的产品中占有一席之地。在1912年以前,由塑料制造的材料是有用的,但是那种材料的制造从未提供像发明了酚醛塑料以后,形成新聚合物的动力那样有价值。第二次事件与基础学科的自然聚合物有关,被欧洲的史涛丁格和美国的卡罗瑟夫发现,他们在特达华州的杜邦公司工作。一些重要的研究在20世纪20年代被开展,史涛丁格主要从事基础工作。卡罗瑟夫的成功导致了我们目前巨大塑料工业的发展,引起了对化学聚合物的关注,并且在今天仍然引起了强烈而明显的关注。热力学的性质热力学是工程科学最重要的领域之一。这门科学是用来解释大多数东西是如何做功的,有些东西为什么不按所预期的那样做功,另外一些东西又为什么根本不做功。热力学是工程师在设计汽车发动机、热泵、火箭发动机、发电站燃汽轮机、空气调节器、超导电输电线,太阳能加热系统等所用的科学知识的关键部分。热力学以能的各种概念为中心,能量守恒这一概念是热力学的第一定律。这是热力学以及工程分析的起点,热力学的第二个要领是熵;熵提供一种用以确定某一过程是否可行的手段。产生熵的过程是可行的,消灭熵的过程是不可行的,这个要领是热力学第二定律的基础。他还为一种工程分析奠定了基础,在这种工程分析中,人们可以算出从给定的能源中所能获得的有用功率的最大值,或算出做某种工作所能获得的有用功率的最小值。若要在工程分析中应用热力学,就必须对能和熵这些概念有一个清楚的了解。科学家关心的是利用这些数据,结合能量守恒及熵的产生这些基本概念来分析复杂系统性能。举一个工程师感兴趣的例子一个大型中心发电站。在该发电站,能源是某种形式的石油,有时是天然气;该发电站的作用是把燃料能尽可能地转化成电能,并把电能沿输电线输送出去。简单的说,该发电站的发电方式是:使水沸腾,利用蒸汽转动汽轮机,汽轮机再转动发电机。这类发电站中最简单的只能把大约25%的燃料转化成电能。但该发电站却能把大约40%的燃料转化成电能,这是因为该发电站是经过精心设计的结果,把热力学的基本原理仔细的用于该系统内的数百个零部件。进行这些计算的设计工程师,利用了由物理学家研究出来的有关蒸汽特性的数据;而物理学家则是利用实验测得的数据,结合热力学理论,研究出这种特性的数据的。目前在研究中的一些发电站,如果说的确按热力学分析所预测的那样工作,可以将多达55%的燃料能转化成电能。热始终是自发的从较热的物体流向较冷的物体,这一规律是一种新的物理概念。在能量守恒原理中或其他任何一种自然规律中,没有给我们规定热的方向。如果能量能自发的从冰块流向周围的水中,这可能和能量的守恒完全一致,但这一过程决不发生。这一概念是热力学第二定律的实质。很明显,冷冻机是一种物理系统,用于厨房的电冰箱、冷场库和空调装置,它不仅必须遵从第一定律(能量守恒)也必须遵从第二定律。为了弄清冷冻机为什么没有违背第二定律,必须对这一定律加以说明,热力学第二定律实质上是说:热不会自发地从较冷的物体流向较热的物体。换句话说,热之所以能从较冷的物体流向较热的物体,是外界力量做功的结果,现在我们弄清了某一日常的自然过程。如水和冰之间的热流动和冷冻机热从里面向外面流动之间的区别。在水、冰系统中,能量的交换是自发产生的,因而热的流动是水流向冰。水放出了能量从而变冷,而冰吸收热量从而融化。另一方面,在冷冻机中,能量交换不是自发产生的,而需要改变热的流动方向,并通过进一步加热较暖的周围环境而使冷冻机内部变冷,就必须依靠外力做功。
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