多腔注射模浇注系统平衡优化设计

2019-07-04管建军

模具制造 2019年5期

管建军

上海上荣包装技术有限公司（上海 201416）

关键字：多腔注射模；流动平衡；浇注系统优化；Moldex软件

1 引言

近年来日用化妆品行业的需求越来越多，在包装注射成型行业，为了降低成本、提高生产效率，多腔模的开发应用非常多。首先注射多腔模时，填充时间和填充压力的平衡是多型腔模具设计的关键。多腔模具中，每个型腔在同一时间以相同的压力充满则称为各型腔是平衡的。浇注系统设计是否合理直接影响塑件的质量和材料损耗。为保证各型腔塑件的成品重量、尺寸、性能等质量指标均匀一致，避免翘曲和毛边（飞边），必须对浇注系统进行平衡设计。

2 浇注系统流道常用的均衡分布形式

浇注系统是注射模的重要组成部分，是指模具从注塑机喷嘴口与模具接触处到型腔，塑料熔体的流动通道，浇注系统流道常用的均衡分布形式如图1所示。

图1 流道均衡分布形式

3 浇注系统平衡判断方法

BGV（Banaced Gate Value）值判断法：这是一种简易的计算方法，它的原理是计算注射模各型腔浇口的BGV值，若数值相等，则设计上判定该浇注系统是平衡，反之浇注系统不平衡的。

式中 Ag——浇口的截面积，mm2

Lr——从主流道中心到型腔浇口的流道长度，mm

Lg——浇口的长度，mm

实践称重法：分别在塑件正常填充及70%、50%、30%的填充条件下进行5～8模次的注射成型，然后分别称出总重量、浇口重量及单件的重量。试验中测试的数据是各模腔的均值，多腔塑件中最大重量与最小重量差异应小于3%，即重量波动的误差在3%以内，若超出3%，则说明型腔间不平衡。

4 影响浇注系统平衡的因素

（1）浇注系统尺寸的加工误差。

（2）各腔流道表面光洁度差异。

（3）冷料槽及排气槽设计不合理。

（4）流道中塑料剪切导致流动不平衡。

5 不平衡原因分析及对策

5.1 不平衡原因分析

浇注系统尺寸的加工误差、流道各腔表面光洁度差异同工厂的加工设备、加工工艺相关，可以加强检测及外发加工改善。冷料槽及排气槽设计可以通过设计评审做出改进。而流道中塑料剪切导致流动不平衡问题原因复杂，需要CAE软件分析、模拟及实践确认验证。在多型腔注射成型模具中，通常将流道系统设计成“H”型结构。“H”型流动系统从注射喷嘴到各个型腔的流道在几何上完全对称，因此也称为“几何平衡”或“自然平衡”的流道系统设计。随着射出成型塑件公差要求日趋精密，且对多型腔生产的整体品质日趋重视，几何平衡流道系统的流动不平衡现象也越来越受到关注。即便“H”型模具结构，同时加工制造误差也小，在多腔模中实践称重法发现通常最内侧（靠近料头）型腔成型的塑件较重，外侧塑件较轻，如图2所示。传统上认为是模具中心温度较高或模板在射出成型时受力变形所致。CAE软件上进行模拟分析温度、剪切率显示是因为塑料非牛顿流体的特性与塑料剪切产生的摩擦生热现象会导致流道外层塑料温度高于中心温度。当流道系统有多个分流点的多腔模时，型腔之间的流动不平衡现象即会产生。如图3所示，塑料通过流道系统进入主流道，因为它的非牛顿流体特性及剪切产生的摩擦热形成中心温度低，外表温度高。主流道中外层较热的塑料会靠第二流道的内侧壁流动，而主流道中心较冷的塑料会靠第二流道的外侧壁流动。这样的运动结果在第二流道中的塑料会形成一边温度高，一边温度低。多腔模塑料继续发展进入第三支流道时，产生型腔的不平衡现象，分流到内侧型腔及外侧型腔差异量将更明显。内侧型腔温度较高，粘度较低，流动阻力较小；外侧型腔温度较低，粘度较高，流动阻力较大。

图2 “H”型配置流动分析“H”型配置流动分析：深色填充快，质量重。浅色填充慢，质量轻。

图3 剪切流动不平衡分析

5.2 流道平衡解决方案

为了解决剪切导致流动不平衡，依据以上的原因分析在每一次分流之前增加转向混流设计将原来发展成不对称特性的融胶转换维持左右对称的状态，以达到各型腔一致温度、压力、粘度等特性的平衡。如图4所示，无混流转向装置：均匀的第一流道料体进入第二流道便是内侧高温，外侧低温。图5所示为加混流转向装置：均匀的第一流道料体进入第二流道便会内侧、外侧均温。