基于顺序注塑的大型薄壁件的熔接线研究

刘惠芬 黄瑶

(江苏大学材料科学与工程学院，江苏 镇江，212013)

机械与模具

基于顺序注塑的大型薄壁件的熔接线研究

刘惠芬 黄瑶

(江苏大学材料科学与工程学院，江苏 镇江，212013)

以汽车后背门下护板顺序注塑为例，应用正交试验和Moldflow软件分析阀浇口的开启时间、流道和浇口尺寸对熔接线分布及充填过程的影响。最终找出合理的参数组合，并将其应用到实际生产中，获得了符合设计要求的合格产品。

大型薄壁件 熔接线 汽车后背门下护板 正交试验 阀浇口

对于大型复杂的注塑制品，由于需要多浇口注塑以及存在多个嵌件的情况，熔接线是常见的缺陷。由于熔接线的存在，喷漆后的产品会有色差，影响注塑制品的外观质量，同时产品的力学性能也会有所降低。因此，国内外研究学者都致力于寻找提高熔接线强度甚至消除熔接线的技术和方法[1-3]。目前的研究主要集中在顺序阀的开启时间和熔接强度，没有考虑浇口和流道尺寸对充填过程及熔接线分布的影响。本研究以汽车后背门下护板为例，采用正交试验和Moldflow软件分析阀浇口的开启时间、流道和浇口尺寸对其熔接线分布及充填过程的影响，寻找最优的参数组合。

1 塑件分析及成型方案设计

1.1 塑件分析

图1为塑件的三维图，其材料为改性聚丙烯(普利特，PP+EPDM-T20)，尺寸为1453 mm×454 mm×62 mm，平均厚度为2.5 mm，由于产品属于大型长薄件，充填比较困难。采用热流道顺序阀可以有效改善充填过程，并控制熔接线的分布。

1.2 热流道浇注系统及冷却系统的建立

根据后背门下护板的产品结构特点，运用Moldflow确定最佳浇口位置并结合企业经验，设计4浇口热流道浇注系统和冷却系统，如图2所示。

2 正交试验设计

2.1 试验因素与水平的确定

第1个浇口设为常开，根据流动前沿初步确定其他浇口开启的时间，以阀浇口2、阀浇口3、阀浇口4的开启时间、浇口的宽度和高度以及主流道和分流道直径作为影响因素，并假设各因素之间不存在交互作用，根据企业经验和初始分析结果，大概确定各水平的范围，每个因素选取3个水平，如表1所示。

对上述7个因素进行模拟试验，选用L18(37)正交表，并按照表1设置的参数利用计算机辅助工程(CAE)软件Moldflow进行模拟试验。

2.2 试验结果的处理与分析

熔接线对产品最终是否有影响取决于其融合时的温度和角度，若融合时温度高或者融合角度大则对产品几乎没有影响，将熔接线和流动前沿温度图叠加，可以看出熔接线融合时的温度。由于熔接线为非数量指标，不能直接分析各因素对其影响程度，根据观察到的熔接线数量以及其融合时的温度和角度，对其进行综合评价给分，试验分析结果如表2(分数，满分为10)。

*塑件右下角充满时间。

由表2的数据可知，第8组试验结果最好，熔接线的分布如图3所示，图3(a)为熔接线的融合角度图，图3(b)为熔接线与流动前沿温度的叠加图，从图3(b)中可以看出熔接线的融合温度在200 ℃左右。

充填时间如图4所示，当塑件右下角充满的时间和第2个阀浇口开启的时间差越小，对充填越有利，这样就不会出现回流的现象，最终可以得到较好质量的产品。第8组的时间差是最小的，其时间差为0.782 s。

对正交表里面的结果进行极差分析，找出对熔接线影响较大的因素，获取最佳的因素水平组合，详细见表3，熔接线的水平变化如图5所示。

对熔接线来说，由表3极差分析R值的大少可以判断各因子对熔接线的影响顺序大小，分别是RA>RB>RC>RG>RE>RD>RF，即对熔接线影响最大的是各阀浇口的开启时间，而浇口宽度对其影响最小。通过图5可知，熔接线的最佳参数组合为A3B3C3D2E2F1G1。

注：K1，K2，K3为各个水平的平均值，R值为各因素熔接线的极差。

3 方案验证及实际生产应用

3.1 方案验证

最优组合不在正交表中，需要运用Moldflow软件对最优组合进行模拟分析，优化后的熔接线如图6所示，图6(a)为熔接线的融合角度，图6(b)为熔接线和流动前沿温度的叠加。从图6(b)中可以看出最低的融合温度为199.4 ℃，融合温度基本在210 ℃，比优化前要高出5 ℃左右，同时熔接线的数量也明显减少了。充填时间如图7所示，由图7可知优化后塑件右下角充满的时间为2.237 s，时间差由原来的0.782 s减少到现在0.037 s，基本实现了真正意义上的顺序充填，不会出现回流、困气等现象，最终得到质量较好的产品。

3.2 实际应用

将得到的最佳参数组合用于实际生产中，图8为产品模具图。图9为产品装配图。

由图9可知，产品能很好地与钣金件配合，表面没有熔接线，产品具有较好的外观质量和使用性能。

4 总结

运用CAE软件结合正交试验得到了影响汽车后背门下护板熔接线分布的关键因素。结果表明，阀浇口的开启时间影响最大，浇口宽度对其影响最小，通过调整阀浇口的开启时间可以有效控制熔接线的分布，同时避免回流和困气从而保证产品的最终质量。另外将熔接线图与流动前沿温度图叠加来判断熔接线融合时的温度，进一步来分析熔接线对产品质量的影响。

[1] 汤少敏，刘斌．基于动态注塑成型的注塑制品熔接痕强度研究[D]．广州：华南理工大学，2012.

[2] 严志云，丁玉梅，谢鹏程，等．注塑成型熔接线缺陷[J]．塑料 2009，38(4)：98-101.

[3] Hashemi S.Influence of temperature on weld line strength of injection molded short glass fiber styrene anhydride polymer composites plastics[J].Rubber and Composites，2002，31(7)：318-324.

KraussMaffei公司开发出新的注塑机产品

据“www. britishplastics .co. uk”报道，KraussMaffei公司在其全部电气化注塑机产品中又增加了新的AX 450 和 AX 550这2种型号新产品，提高了产品的合模力。

KraussMaffei公司已经发布了这2种新的注塑机设备，自称新产品使其公司向更加强大、高效及多功能化方向发展。

KraussMaffei公司的AX 450 和 AX 550这2种新设备属于全部电气化的AX注塑机产品系列，注塑机的合模力可以达到4 500～5 500 kN。另外，公司还开发了3种符合流体力学的GX系列新注塑设备GXH，GXL及GXV，这2个系列中新增的注塑机设备都将会在德国腓特列港(Friedrichshafen)的德国国际塑料加工展览会(Fakuma)上展出。

英国汽车供应商借助新设备每月可节约2万英镑

据“www. britishplastics .co. uk”报道，来自英国的汽车零部件专家宣称，一种新型注射成型设备的出现不仅可以为汽车供应商每月节省2万英镑，而且还解决了生产过程中出现的问题。这种注塑机上装配了专门订做的双喷射机构机组。

DMS Chromium是一家为汽车供应零部件的贸易公司，他们提供一种镀铬的注射成型塑料板材，该公司已经在拍卖会上购买了1套Romi-Sandretto EN 380注塑设备以替代现有的400-tonne注塑机。

DMS Chromium公司经营多种汽车部件，包括需要前面镀铬而背面不镀的前端面板，以前是在热焊接时要将另一面镀的铬刮掉。例如，如果生产15 000个扬声器，就必须将一面镀的铬手工去掉，这样需9个人，超过3个工作日才能完成。

(以上由中国石化扬子石油化工有限公司南京研究院

黄赋云供稿)

Weld Line of Large Thin-Wall Parts Based on Sequential Injection Molding

Liu Huifen Huang Yao

(School of Materials Science and Engineering，Jiangsu University, Zhenjiang, Jiangsu, 212013)

Taking shield under the car back door as example, the effects of valve gate opening time, runners and gate size on the weld line distribution and the filling process were investigated by using orthogonal test and Moldflow software. Finally,reasonable parameter combinations are found. The qualified products are obtained when the reasonable parameter combinations are applied to the practical production.

large thin-wall parts; weld line; car back door shield； orthogonal test； value gate

2014-06-17;修改稿收到日期:2014-09-15。

刘惠芬,女，汉族，硕士研究生，主要研究方向为注射成型及模具技术。E-mail：ljz660819@126.com。