基于CAE技术的餐盒盖叠层热流道注射模具设计

朱海旭，王金莲

（杭州科技职业技术学院机电工程学院，浙江杭州311402）

基于CAE技术的餐盒盖叠层热流道注射模具设计

朱海旭，王金莲

（杭州科技职业技术学院机电工程学院，浙江杭州311402）

PP塑料餐盒盖，薄壁扁平，大批量生产，可采用叠层热流道模具提高效率，降低成本。介绍了餐盒盖叠层热流道模具的结构和工作原理，借助Mold flow软件确定了进浇位置，完成排气和冷却系统设计，确保塑件质量。

热流道；叠层模具；模流分析；注射成型

随着人们生活水平的提高和电子商务的发展，外出点餐和外卖业务井喷式增长，一次性餐盒的市场需求也随之增长。聚丙烯PP塑料由于安全无毒以及良好的机械性能和热性能成为餐盒主要材料。传统的塑料餐盒盖生产采用冷流道点浇口进浇，废料耗材甚至超过产品。另外鉴于餐盒盖扁平薄壁浅腔型的特点，当大批量生产时，要求高锁模力和注射压力，因此需选用中大型注射机，而模具的开模行程和模具厚度又很小，注塑量往往不到注射机额定值的1/4～1/3，机器的生产能力未能充分施展，生产效率不高，造成浪费［1］。为改变生产现状，可采用叠层热流道模塑技术。叠层式热流道模具是当今注塑模具工业发展的一项前沿技术。采用热流道系统，原材料100%产品化，节省原料，提高产品品质。叠层模具在一副模具中将多个型腔在合模方向重叠布置，生产效率高。需要的注塑机与单层模具要求相同，无须投资购买额外的机器和设备，大幅降低了注塑生产成本，适用于大批量生产的制品［2］。本文针对餐盒盖产品特点，利用Moldflow软件进行模流分析，完成餐盒盖叠层热流道2×2腔注塑模具设计。

1　产品分析

如图1为一次性餐盒盖的产品图。产品材料为聚丙烯PP塑料，结构简单，透明，塑件直径达60 mm，高度4 mm，壁厚0.5 mm，脱模斜度2°，属于薄壁扁平类产品。根据此塑件特点及高产量要求，比较适合采用叠层热流道模具。由于制品为透明件，为避免顶针的顶出痕迹，采用推板推出。型芯设计为镶嵌式。经CAE成型分析，模具温度40～60℃，熔体温度220～230℃，注射时间0.416 s，为注射参数首选区域，如图2所示。

图1　餐盒盖产品图

图2　区域（成型窗口）2d幻灯片图

2　模具总体结构和动作原理

餐盒盖叠层式热流道注射模具结构如图3所示。模具主要由定模部分、中间部分和动模部分组成，有两个分型面。分型面A-A和B-B之间为叠层模的中间部分，主要包括双层背靠背的型腔（7和25）、X型热流道板27、框型撑板11、两层共8个二级热射嘴29.定模部分和动模部分基本是对称的，主要有双层型芯31、推出机构组成。不同的是：一者定模部分有进浇通道；二者，动模部分利用注塑机推动推板顶出，而定模部分推件没有直接动力来源，外置了两个脱模液压缸41来完成脱模。三部分的导向由分别位于动模和定模的4个导套5和位于中模部分的导柱6完成。

图3　餐盒盖2×2叠层式热流道注塑模具结构图

合模后，注塑机喷嘴和一级主热咀19连接，胶料由主热射嘴注入，然后经热流道板再经背靠背的2×4个二级热射嘴29分别同时流到2×4个型腔中，如图4所示。经过保温保压和冷却成型，在注塑机开模力的带动下齿轮齿条同步开模合模机构控制同步开模分型面A和B，以保证塑件在各型腔中的停留时间（冷却时间）相等，各塑件收缩一致，分型距离有定位螺钉控制，如图5所示。

图4　开放式热流道浇注系统

图5　齿轮齿条同步开模机构

开模时，一级主热咀19跟着中模运动，因此在定模中需要装导向装置以避免运动时发生干涉，同时与注塑机连接部分设置主射嘴保护套，如图6所示。接着，在注塑机顶出系统和模具外置顶出液压系统的作用下分别完成定模和动模部分产品的脱模。液压缸复位后，在注塑机合模力带动下由同步开模合模机构控制整套模具的合模动作，动作先后顺序安全可靠，开始下一个周期的循环。

图6　主射嘴导套和保护套

3　基于CAE模具设计要点

3.1进浇位置的确定

经过用Moldflow软件模流分析，确定产品顶部中心为最合适的浇口位置，如图7所示。

图7　浇口位置分析报告

3.2排气系统设计

为了更准确地确定制件的困气位置，降低模具生产失误节约成本，经CAE分析可知，困气位置大致为制件的周边，可在分型面开设排气槽，如图8所示。

图8　气穴CAE分析

3.3冷却系统设计

冷却不合理会造成制品翘曲变形等质量问题［3］。型腔部分采用2条串联水路冷却，内部用铜质堵头帮助水路做到冷却循环平衡，如图9所示。

图9　型腔冷却水路及变形分析

制品型芯为镶嵌式圆柱形型芯，高度54 mm，采用内嵌式螺旋水路，如图10所示。对比发现该产品的冷却由周围进中间出冷却效果更好，产品变形更小。

图10　型芯冷却水路布置及效果对比

3.4中模导滑

当叠层模具开模的时候，中模和动模部分都离开定模，而中模没有固定，仅依靠八根导柱悬挂在半空，容易导致导柱弯曲，模具错位，进而漏胶，模仁损坏［4］。因此需要对中模部分安装导滑和支撑。导滑安装在注塑机的哥林柱上，由导滑块与注塑机接触，用调节螺丝来调节导滑块与哥林柱间隙，如图11所示。

图11　中模导滑

4　结束语

PP塑料餐盒盖，薄壁扁平，大批量生产，可采用叠层热流道模具提高效率，降低成本。本文在餐盒盖产品分析的基础上，经CAE成型分析确定了注射参数首选区域，确定了进浇位置，并完成排气和冷却系统设计，确保塑件质量。同时介绍了餐盒盖2×2叠层式热流道注塑模具的结构和工作原理。餐盒盖多腔叠层式热流道技术改变了原有生产中效率低下、资源浪费的问题，为其他产品生产改进提供借鉴。

2012年中国《重大技术装备自主创新指导目录》模具目录中将叠层模具列为重点发展的高效模具。叠层热流道技术具有节约资源、降低能耗、减少排放的特点，可实现注射行业低碳、高效的良性发展。贯彻国家积极倡导的“绿色制造”发展路线，符合国家提倡的节能减排，建设“节约型”社会的基本国策，也符合“中国制造2025”战略规划精神。

［1］张晓黎，温广宇，王松杰，等.叠层式热流道注塑模具技术的应用进展［J］.塑料科技，2014，42（4）:125-129.

［2］张平，黄俊.叠层模具关键技术分析及前景［J］.模具工业，2003，39（4）:1-5.

［3］张维合.注塑模具设计实用手册［M］.北京：化学工业出版社，2011.

［4］王晓军，周孟雄，袁包妹，等.笔记本内壳叠层热流道注射模具设计［J］.机械设计与制造，2013，（5）:244-245.

Design of Hot Runner Stack Injection Mould for Meal Cover based on CAE

ZHU Hai-xu，WANG Jin-lian
（Electromechanical Engineering Institute，Hangzhou Polytechnic，Hangzhou Zhenjiang 311402，China）

PP meal cover，flat thin-walled，mass production，hot runner stack injection mould was applied to improve efficiency and reduce costs.The structure and molding principle of the stacking molds with Meal Cover hot runner system was introduced.Gate location was determined，exhaust system and cooling systems were designed with mold flow software to ensure the quality of plastic parts.

hot runner；stack mold；mold flow analysis；injection molding

TQ320.52

A

1672-545X（2016）08-0241-03

2016-05-07

朱海旭（1995-），男，浙江长兴人，专科在读生，研究方向为模具设计与制造。