不同制件组合型腔的浇注系统平衡优化方法探究

刘玲，廉蒙蒙，张勇

（1.安阳工学院机械工程学院，河南安阳 455000；2.北京市汽车工业高级技工学校，北京 100000）

不同制件组合型腔的浇注系统平衡优化方法探究

刘玲1，廉蒙蒙1，张勇2

（1.安阳工学院机械工程学院，河南安阳 455000；2.北京市汽车工业高级技工学校，北京 100000）

通过组合型腔模具设计时浇注系统设计存在的问题，利用理论计算与计算机软件相结合的办法进行浇注系统优化设计，得出最优的浇注系统的尺寸。利用理论公式计算出理论值，然后利用Moldflow MPI软件在理论值的基础上进行逼近模拟分析，最后得出合理的分流道尺寸和浇口尺寸，降低了模具成本，设计出更为合理的模具。

组合型腔，浇注系统，平衡，模拟仿真

引言

塑料制件成型时，若模具中各个型腔能够同时充满，成型后能够获得尺寸稳定、性能良好的塑料件。对于设计时非平衡式的型腔布置，由于分流道长度不相等，或者型腔的体积不等，熔体充满各个型腔的时间存在偏差，不能保证各型腔的压力、熔料量及传递的一致性，影响产品的质量。怎样才能保证设计的浇注系统满足平衡进料，传统的方法是通过BGV值的计算得出浇口尺寸，制造时按照尺寸进行加工，生产时根据所得制件的质量进行修整，直到达到设计要求。而随着CAE技术的发展，利用CAE软件可以对制件进行成型仿真分析，进而确定合理的浇注系统的尺寸，节省了试模修整的时间和成本。

1 研究对象

要分析的塑料制件为塑料插座板，形状如图1所示。制件材料为低密度聚乙烯（LDPE），生产时采用多模腔的组合型腔，根据制件的使用情况采用侧浇口进料，制件成型模具的型腔结构布局如图2所示。

2 浇注系统尺寸的平衡计算

对于一般情况下侧浇口的尺寸计算经验公式如下：

式中b为侧浇口的宽度，mm；A为塑件的外侧表面积，mm；h为侧浇口的深度，mm。

由三维软件（Pro/E）可知插座A的外侧表面积：

同样由三维软件（PRO/E）可知插座B的外侧表面积：

而浇口的长度L都取为1.0mm。

对于圆形截面分流道直径可以用经验公式计算：

式中D为分流道的直径，mm；G为塑件质量，g；L为分流道长度，mm。

由分析软件可知四个制品的总质量约为7.55g；

则由型腔二维布局图和浇口位置及长度可知最长分流道的长度：

对于组合型腔浇注系统的尺寸计算主要是保证各型腔容纳的塑料熔体的质量或体积与其型腔浇口对应的BGV值成正比。即

式中M为型腔的塑料熔体的填充量，g；K为浇口平衡系数，S为浇口横截面积，mm2；L为浇口的长度，mm；a为由主流道到型腔浇口的距离，mm。

由三维软件（PrO/E）可知型腔B的体积约为3767mm2，型腔A的体积约为1236mm2，则可知制品A与制品B的质量比约为1:3。由以上的浇口经验公式计算和实际加工结合取插座A侧浇口尺寸：

代入上式计算得插座B侧浇口尺寸：L= 1.00mm，b=2.46mm，h=0.82mm。

3 仿真分析前的准备

由Pro/E软件绘制的模型转化为stl格式文件导入Moldflow软件中，划分网格，修改网格直到网格单元匹配率大于85%，达到了翘曲分析的要求[2]，如图3所示。

在此基础上分析出最佳浇口位置如图4所示，图中椭圆标记为最佳浇口位置。

4 浇注系统平衡优化分析

4.1 浇口尺寸模拟优化分析

按照组合型腔浇注系统平衡计算公式计算得出的浇口（记为方案1）计算进行模拟分析，分析结果如图5所示。

由图中可以看出由于型腔B比型腔A提前完成填充，则出现过保压现象，使型腔B受到的压力增大。故可知方案1浇口尺寸不能平衡。

根据以上分析结果对浇口尺寸进行优化，为了使四个型腔同时完成填充，要减少型腔B或增加型腔A的浇口尺寸。结合实际情况应减少型腔B的浇口尺寸。经过不断的递减浇口尺寸并进行模拟分析，最后方案的相关尺寸（方案2）：插座A侧浇口尺寸：l=1.00mm，b=1.50mm，h=0.50mm；插座B侧浇口尺寸：l=1.00mm，b=1.80mm，h=0.60mm；

方案2的模拟分析结果如图6所示。

两种方案其他缺陷分析结果如图7所示。

从结果可以看出，两种方案翘曲和熔接痕几乎是相同的，所以方案二满足两种型腔同时填充，是最佳浇口尺寸。

4.2 分流道直径模拟优化分析

分流道直径在平衡分析计算公式中并没有出现，认为对流动分析的结果影响不大，但具体采用什么数值最优，在计算尺寸的基础上，在公差范围内取值进行模拟分析比较，确定最优的分流道直径[3]。由前文中计算结果可知分流道的基本尺寸为2.33mm，模具加工时采用IT7级，公差值为± 0.32mm，故有下面3种分析方案如表1所示。

以上3种方案模拟分析的结果如图8,9,10所示。

表1 3种方案相关尺寸

由填充动态图可以看出：分流道的直径在允许的加工误差的范围内的不同分流道直径的浇注系统对型腔内部熔体在填充的最后一刻均能完全同时充满，但完成填充的时间有微小的变化。方案3、4、5中型腔内部熔体由于流动的平衡，则型腔内部的压力分布是比较均匀的。

可以看出蓝色部位为变形最小的地方，而红色部位为变形最大的地方。此制品3种方案在图9上显示的效果可以看出变形位置分布的基本上差不多，都主要是型腔B制品的边缘部分。可以看出此制品的边角效应和收缩差异是引起翘曲的主要因素，为了降低边角效应的影响，建议调整过工艺参数时参照推荐的螺杆转速，有助于获得平稳的物料前沿，减少残余应力，从而改善翘曲缺陷[4]。

5 结论

从以上分析可知，浇注系统平衡设计分流道尺寸可以按公式计算数值来加工，但浇口尺寸却有一些差别，故加工时可以先加工小浇口，通过试模得出合理的浇口尺寸，而通过模流分析软件却省去了试模的过程，降低了成本，而得出合理的浇口尺寸，故模流分析软件的应用对浇注系统的平衡优化带来方便，是一个不错的方法。

[1]杨永顺，郭俊卿.塑料成型工艺与模具设计[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2008.

[2]陈为国，李和平.非平衡浇注系统的人工平衡设计与数值仿真[J].模具工业，2006(5)：39

[3]骆志高,杨虎振,周士冲.基于CAE技术的注塑模组合型腔流动平衡优化设计[J].塑料工业，2006(11):31.

[4]王刚，单岩.Moldflow模具分析应用实例[M].北京：清华大学出版社，2005．

The Gating System Balance Optimization Method Exploration to Different Combination of Parts Cavity

LIU Ling1，LIAN Mengmeng1，ZHANG Yong2
（1.Department of Mechanical Engineering Anyang Institute of Technology,Anyang 455000,China; 2.BAIC TECH School,Beijing 10000,China）

This method is introduced that using combination of the theoretical calculation and computer software for optimization to design gating system and obtain the optimal size of the gating system,for the problems existing of the combination of cavity die design of design.With the theoretical formula to calculate the theoretical value, and then using Moldflow MPI software in theoretical value on the basis of approximation simulation analysis,and finally draw reasonable shunt way size and gate size,reduce the die cost,design a more reasonable mould.

combination cavity;gating system;balance;simulation

TP29

A

1673-2928（2015）06-0001-06

(责任编辑：郝安林）

2015-07-17

刘玲（1977-），女，开封人，安阳工学院讲师，主要研究材料加工专业模具方向。