基于CAE技術的餐盒蓋疊層熱流道注射模具設計

朱海旭，王金蓮

（杭州科技職業技術學院機電工程學院，浙江杭州311402）

基于CAE技術的餐盒蓋疊層熱流道注射模具設計

朱海旭，王金蓮

（杭州科技職業技術學院機電工程學院，浙江杭州311402）

PP塑料餐盒蓋，薄壁扁平，大批量生產，可采用疊層熱流道模具提高效率，降低成本。介紹了餐盒蓋疊層熱流道模具的結構和工作原理，借助Mold flow軟件確定了進澆位置，完成排氣和冷卻系統設計，確保塑件質量。

熱流道；疊層模具；模流分析；注射成型

隨著人們生活水平的提高和電子商務的發展，外出點餐和外賣業務井噴式增長，一次性餐盒的市場需求也隨之增長。聚丙烯PP塑料由于安全無毒以及良好的機械性能和熱性能成為餐盒主要材料。傳統的塑料餐盒蓋生產采用冷流道點澆口進澆，廢料耗材甚至超過產品。另外鑒于餐盒蓋扁平薄壁淺腔型的特點，當大批量生產時，要求高鎖模力和注射壓力，因此需選用中大型注射機，而模具的開模行程和模具厚度又很小，注塑量往往不到注射機額定值的1/4～1/3，機器的生產能力未能充分施展，生產效率不高，造成浪費［1］。為改變生產現狀，可采用疊層熱流道模塑技術。疊層式熱流道模具是當今注塑模具工業發展的一項前沿技術。采用熱流道系統，原材料100%產品化，節省原料，提高產品品質。疊層模具在一副模具中將多個型腔在合模方向重疊布置，生產效率高。需要的注塑機與單層模具要求相同，無須投資購買額外的機器和設備，大幅降低了注塑生產成本，適用于大批量生產的制品［2］。本文針對餐盒蓋產品特點，利用Moldflow軟件進行模流分析，完成餐盒蓋疊層熱流道2×2腔注塑模具設計。

1　產品分析

如圖1為一次性餐盒蓋的產品圖。產品材料為聚丙烯PP塑料，結構簡單，透明，塑件直徑達60 mm，高度4 mm，壁厚0.5 mm，脫模斜度2°，屬于薄壁扁平類產品。根據此塑件特點及高產量要求，比較適合采用疊層熱流道模具。由于制品為透明件，為避免頂針的頂出痕跡，采用推板推出。型芯設計為鑲嵌式。經CAE成型分析，模具溫度40～60℃，熔體溫度220～230℃，注射時間0.416 s，為注射參數首選區域，如圖2所示。

圖1　餐盒蓋產品圖

圖2　區域（成型窗口）2d幻燈片圖

2　模具總體結構和動作原理

餐盒蓋疊層式熱流道注射模具結構如圖3所示。模具主要由定模部分、中間部分和動模部分組成，有兩個分型面。分型面A-A和B-B之間為疊層模的中間部分，主要包括雙層背靠背的型腔（7和25）、X型熱流道板27、框型撐板11、兩層共8個二級熱射嘴29.定模部分和動模部分基本是對稱的，主要有雙層型芯31、推出機構組成。不同的是：一者定模部分有進澆通道；二者，動模部分利用注塑機推動推板頂出，而定模部分推件沒有直接動力來源，外置了兩個脫模液壓缸41來完成脫模。三部分的導向由分別位于動模和定模的4個導套5和位于中模部分的導柱6完成。

圖3　餐盒蓋2×2疊層式熱流道注塑模具結構圖

合模后，注塑機噴嘴和一級主熱咀19連接，膠料由主熱射嘴注入，然后經熱流道板再經背靠背的2×4個二級熱射嘴29分別同時流到2×4個型腔中，如圖4所示。經過保溫保壓和冷卻成型，在注塑機開模力的帶動下齒輪齒條同步開模合模機構控制同步開模分型面A和B，以保證塑件在各型腔中的停留時間（冷卻時間）相等，各塑件收縮一致，分型距離有定位螺釘控制，如圖5所示。

圖4　開放式熱流道澆注系統

圖5　齒輪齒條同步開模機構

開模時，一級主熱咀19跟著中模運動，因此在定模中需要裝導向裝置以避免運動時發生干涉，同時與注塑機連接部分設置主射嘴保護套，如圖6所示。接著，在注塑機頂出系統和模具外置頂出液壓系統的作用下分別完成定模和動模部分產品的脫模。液壓缸復位后，在注塑機合模力帶動下由同步開模合模機構控制整套模具的合模動作，動作先后順序安全可靠，開始下一個周期的循環。

圖6　主射嘴導套和保護套

3　基于CAE模具設計要點

3.1進澆位置的確定

經過用Moldflow軟件模流分析，確定產品頂部中心為最合適的澆口位置，如圖7所示。

圖7　澆口位置分析報告

3.2排氣系統設計

為了更準確地確定制件的困氣位置，降低模具生產失誤節約成本，經CAE分析可知，困氣位置大致為制件的周邊，可在分型面開設排氣槽，如圖8所示。

圖8　氣穴CAE分析

3.3冷卻系統設計

冷卻不合理會造成制品翹曲變形等質量問題［3］。型腔部分采用2條串聯水路冷卻，內部用銅質堵頭幫助水路做到冷卻循環平衡，如圖9所示。

圖9　型腔冷卻水路及變形分析

制品型芯為鑲嵌式圓柱形型芯，高度54 mm，采用內嵌式螺旋水路，如圖10所示。對比發現該產品的冷卻由周圍進中間出冷卻效果更好，產品變形更小。

圖10　型芯冷卻水路布置及效果對比

3.4中模導滑

當疊層模具開模的時候，中模和動模部分都離開定模，而中模沒有固定，僅依靠八根導柱懸掛在半空，容易導致導柱彎曲，模具錯位，進而漏膠，模仁損壞［4］。因此需要對中模部分安裝導滑和支撐。導滑安裝在注塑機的哥林柱上，由導滑塊與注塑機接觸，用調節螺絲來調節導滑塊與哥林柱間隙，如圖11所示。

圖11　中模導滑

4　結束語

PP塑料餐盒蓋，薄壁扁平，大批量生產，可采用疊層熱流道模具提高效率，降低成本。本文在餐盒蓋產品分析的基礎上，經CAE成型分析確定了注射參數首選區域，確定了進澆位置，并完成排氣和冷卻系統設計，確保塑件質量。同時介紹了餐盒蓋2×2疊層式熱流道注塑模具的結構和工作原理。餐盒蓋多腔疊層式熱流道技術改變了原有生產中效率低下、資源浪費的問題，為其他產品生產改進提供借鑒。

2012年中國《重大技術裝備自主創新指導目錄》模具目錄中將疊層模具列為重點發展的高效模具。疊層熱流道技術具有節約資源、降低能耗、減少排放的特點，可實現注射行業低碳、高效的良性發展。貫徹國家積極倡導的“綠色制造”發展路線，符合國家提倡的節能減排，建設“節約型”社會的基本國策，也符合“中國制造2025”戰略規劃精神。

［1］張曉黎，溫廣宇，王松杰，等.疊層式熱流道注塑模具技術的應用進展［J］.塑料科技，2014，42（4）:125-129.

［2］張平，黃俊.疊層模具關鍵技術分析及前景［J］.模具工業，2003，39（4）:1-5.

［3］張維合.注塑模具設計實用手冊［M］.北京：化學工業出版社，2011.

［4］王曉軍，周孟雄，袁包妹，等.筆記本內殼疊層熱流道注射模具設計［J］.機械設計與制造，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，浙江長興人，專科在讀生，研究方向為模具設計與制造。