多腔注射模澆注系統(tǒng)平衡優(yōu)化設(shè)計

管建軍

上海上榮包裝技術(shù)有限公司（上海 201416）

關(guān)鍵字：多腔注射模；流動平衡；澆注系統(tǒng)優(yōu)化；Moldex軟件

1 引言

近年來日用化妝品行業(yè)的需求越來越多，在包裝注射成型行業(yè)，為了降低成本、提高生產(chǎn)效率，多腔模的開發(fā)應(yīng)用非常多。首先注射多腔模時，填充時間和填充壓力的平衡是多型腔模具設(shè)計的關(guān)鍵。多腔模具中，每個型腔在同一時間以相同的壓力充滿則稱為各型腔是平衡的。澆注系統(tǒng)設(shè)計是否合理直接影響塑件的質(zhì)量和材料損耗。為保證各型腔塑件的成品重量、尺寸、性能等質(zhì)量指標(biāo)均勻一致，避免翹曲和毛邊（飛邊），必須對澆注系統(tǒng)進行平衡設(shè)計。

2 澆注系統(tǒng)流道常用的均衡分布形式

澆注系統(tǒng)是注射模的重要組成部分，是指模具從注塑機噴嘴口與模具接觸處到型腔，塑料熔體的流動通道，澆注系統(tǒng)流道常用的均衡分布形式如圖1所示。

圖1 流道均衡分布形式

3 澆注系統(tǒng)平衡判斷方法

BGV（Banaced Gate Value）值判斷法：這是一種簡易的計算方法，它的原理是計算注射模各型腔澆口的BGV值，若數(shù)值相等，則設(shè)計上判定該澆注系統(tǒng)是平衡，反之澆注系統(tǒng)不平衡的。

式中 Ag——澆口的截面積，mm2

Lr——從主流道中心到型腔澆口的流道長度，mm

Lg——澆口的長度，mm

實踐稱重法：分別在塑件正常填充及70%、50%、30%的填充條件下進行5～8模次的注射成型，然后分別稱出總重量、澆口重量及單件的重量。試驗中測試的數(shù)據(jù)是各模腔的均值，多腔塑件中最大重量與最小重量差異應(yīng)小于3%，即重量波動的誤差在3%以內(nèi)，若超出3%，則說明型腔間不平衡。

4 影響澆注系統(tǒng)平衡的因素

（1）澆注系統(tǒng)尺寸的加工誤差。

（2）各腔流道表面光潔度差異。

（3）冷料槽及排氣槽設(shè)計不合理。

（4）流道中塑料剪切導(dǎo)致流動不平衡。

5 不平衡原因分析及對策

5.1 不平衡原因分析

澆注系統(tǒng)尺寸的加工誤差、流道各腔表面光潔度差異同工廠的加工設(shè)備、加工工藝相關(guān)，可以加強檢測及外發(fā)加工改善。冷料槽及排氣槽設(shè)計可以通過設(shè)計評審做出改進。而流道中塑料剪切導(dǎo)致流動不平衡問題原因復(fù)雜，需要CAE軟件分析、模擬及實踐確認(rèn)驗證。在多型腔注射成型模具中，通常將流道系統(tǒng)設(shè)計成“H”型結(jié)構(gòu)。“H”型流動系統(tǒng)從注射噴嘴到各個型腔的流道在幾何上完全對稱，因此也稱為“幾何平衡”或“自然平衡”的流道系統(tǒng)設(shè)計。隨著射出成型塑件公差要求日趨精密，且對多型腔生產(chǎn)的整體品質(zhì)日趨重視，幾何平衡流道系統(tǒng)的流動不平衡現(xiàn)象也越來越受到關(guān)注。即便“H”型模具結(jié)構(gòu)，同時加工制造誤差也小，在多腔模中實踐稱重法發(fā)現(xiàn)通常最內(nèi)側(cè)（靠近料頭）型腔成型的塑件較重，外側(cè)塑件較輕，如圖2所示。傳統(tǒng)上認(rèn)為是模具中心溫度較高或模板在射出成型時受力變形所致。CAE軟件上進行模擬分析溫度、剪切率顯示是因為塑料非牛頓流體的特性與塑料剪切產(chǎn)生的摩擦生熱現(xiàn)象會導(dǎo)致流道外層塑料溫度高于中心溫度。當(dāng)流道系統(tǒng)有多個分流點的多腔模時，型腔之間的流動不平衡現(xiàn)象即會產(chǎn)生。如圖3所示，塑料通過流道系統(tǒng)進入主流道，因為它的非牛頓流體特性及剪切產(chǎn)生的摩擦熱形成中心溫度低，外表溫度高。主流道中外層較熱的塑料會靠第二流道的內(nèi)側(cè)壁流動，而主流道中心較冷的塑料會靠第二流道的外側(cè)壁流動。這樣的運動結(jié)果在第二流道中的塑料會形成一邊溫度高，一邊溫度低。多腔模塑料繼續(xù)發(fā)展進入第三支流道時，產(chǎn)生型腔的不平衡現(xiàn)象，分流到內(nèi)側(cè)型腔及外側(cè)型腔差異量將更明顯。內(nèi)側(cè)型腔溫度較高，粘度較低，流動阻力較小；外側(cè)型腔溫度較低，粘度較高，流動阻力較大。

圖2 “H”型配置流動分析“H”型配置流動分析：深色填充快，質(zhì)量重。淺色填充慢，質(zhì)量輕。

圖3 剪切流動不平衡分析

5.2 流道平衡解決方案

為了解決剪切導(dǎo)致流動不平衡，依據(jù)以上的原因分析在每一次分流之前增加轉(zhuǎn)向混流設(shè)計將原來發(fā)展成不對稱特性的融膠轉(zhuǎn)換維持左右對稱的狀態(tài)，以達到各型腔一致溫度、壓力、粘度等特性的平衡。如圖4所示，無混流轉(zhuǎn)向裝置：均勻的第一流道料體進入第二流道便是內(nèi)側(cè)高溫，外側(cè)低溫。圖5所示為加混流轉(zhuǎn)向裝置：均勻的第一流道料體進入第二流道便會內(nèi)側(cè)、外側(cè)均溫。

圖4 無混流轉(zhuǎn)向裝置

圖5 加混流轉(zhuǎn)向裝置

6 案例應(yīng)用

1模16腔成型，塑件采用潛伏式澆口、材料：上海石化PP T300、熔融指數(shù)較低。品質(zhì)要要求，外觀面不允許有毛刺、每腔重量偏差在3%內(nèi)。在CAE軟件Moudex作模擬流動分析是均衡的如圖6所示。實際驗證的結(jié)果如圖7所示。

圖6 模擬分析

圖7 實際驗證效果

7 結(jié)束語

根據(jù)以上的論述分析及案例應(yīng)用證實，加裝流道轉(zhuǎn)向混流裝置，對比傳統(tǒng)的“H”型流動系統(tǒng)對于多腔精密的塑件、流動性差的原料、各腔的流動平衡差異改善明顯，生產(chǎn)制程容易控制、品質(zhì)穩(wěn)定。為模具設(shè)計及解決平衡問題會提供了一條有益的指導(dǎo)思路與實踐辦法。