大平面塑件注射模設計

陳義龍，于正云，蘇金玲，鐘貴峰，易永俊

（群達模具（深圳）有限公司，廣東深圳 518116）

1 引言

在注射模進膠位置分析過程中，可以借助模流分析軟件，對不同膠口位置的填充進行對比和分析，從填充分析結果確定最佳進膠方案。

2 塑件分析

如圖1 所示，塑件尺寸約：638.0×531.0×35.0mm，材料為：防火PC，壁厚為3.0mm，塑件為外觀件，顏色為白色，曬細紋，塑件表面要求高。

由圖1 可以看到塑件的長寬尺寸較大，塑件動模的結構相對簡單，出模方向上只有骨位和柱位，沒有斜頂和行位結構，因此，在不考慮塑件外觀的情況下，此模具結構簡單，屬于普通的熱流道平板模。

圖1 塑件

通過塑件周圈的孔位可以判斷，塑件在裝配時有螺絲固定，因此此塑件重點關注塑件外觀，而塑件在Z方向的翹曲變形，可以在裝配時通過螺絲的固定進行補償和修正。

3 模具進膠方案初步分析

根據塑件的結構和客戶裝配的要求，在最初的進膠方案設計上，優先考慮簡化模具結構，因此首先考慮設計針閥膠口側進膠，由于塑件的長寬尺寸較大，考慮防火PC材料的較差流動性，膠口的排布如圖2所示，模具設計7點針閥。

圖2 進膠口位置排布

圖2a所示7點針閥熱嘴的位置坐標和排列，圖2b所示針閥嘴的開放時間。為了保證填充平衡和表面無熔接線要求，G1、G2 膠口先打開，由于G1、G2 膠口的間距相對較近，這樣有效保證兩膠口的融合溫度差小，塑件熔接線不明顯，且有利于填充平衡，當填充時間到2.8s 時，熔膠剛好通過了G3、G4 膠口，此時G3、G4 膠口打開，此時熔膠主要通過G3、G4 膠口對型腔進行填充，當熔膠填充至4.5s 時，剛好通過G5、G6 膠口，此時G5、G6膠口同時打開，直至填充完成，而此時G7膠口僅做保壓使用，如果G7膠口提前打開，塑件表面會有熔接線，如果取消此膠口，塑件填充末端離膠口較遠，保壓壓力難傳遞到填充末端，導致填充末端縮水風險較大，因此G7 膠口對塑件填充末端的縮水和變形有優化作用。

圖3 所示是根據初步進膠方案進行模流分析結果，圖片非常清楚的展示了塑件通過針閥時序控制進膠方案的填充狀態，當G1、G2 膠口打開，熔膠開始填充型腔，當熔膠到達中間位置時，填充都是比較平衡的，但是當填充到達末端時，熔膠在末端形成了一個夾角θ，當高分子熔融材料填充時產生的夾角θ＜120°時，表面會有融合線風險，當熔膠結合的夾角θ＞120°時，表面基本沒有融合線風險，而圖3d 此夾角θ＜120°，因此填充末端存在填充不平衡，導致填充末端產生表面熔接線風險，為了進一步分析填充缺陷，通過以下填充等值線進一步分析。

圖3 顯示塑件不同時刻熔膠的填充狀態

圖 4 為模流填充等值線分析（L1≈330.0mm，L2≈265mm），通過數據分析，當熔膠從G1、G2膠口到達A點，等值線發生密集，單位時間填充的距離小，填充在A 點產生滯流，此時 G1、G2 膠口到達 A 點的距離L1約為330.0mm，塑件材料為防火PC，材料粘度大，流動性差，填充路勁由原來的橫向填充變為縱向填充，因此導致此方案填充滯流和填充不平衡的主要原因是：①塑件尺寸較大，流長較長；②塑件材料的流動性差；因此需要優化此進膠方案，使得塑件填充的路徑一致，且不產生滯流，使塑件的成型窗口最大化。

圖4 填充等值線分析

4 模具進膠方案的優化分析

從圖4 分析到從側面進膠，會導致塑件中間產生較為嚴重的滯流，滯流的產生會導致塑件填充末端熔膠的融合夾角小于120°，填充末端產生較長的熔接線，因此換一種思路考慮塑件的進膠，既然從塑件側面進膠，會導致滯流，滯流主要原因是塑件的長寬尺寸相對較大，流長長，因此考慮從塑件中間進膠。由于塑件外觀要求較高，因此塑件表面不能設計熱嘴，只能從塑件的反面找位置設計膠口。因此，由于進膠位置的改變，不得不更改設計方案，將模具設計由原來的正裝針閥熱嘴轉冷流道側進膠改為倒裝針閥熱流道斜頂進膠，如圖5所示。

圖5 倒裝針閥熱流道斜頂進膠

圖5 方案，模具設計更改為倒裝針閥熱流道斜頂進膠方案，由于倒裝熱嘴直接進膠，膠口正對的表面會有縮水印，為了優化和避免膠口位置的縮水，因此在膠口位置設計斜頂，熱嘴沒有直接接觸到塑件，同時膠口長寬尺寸設計為：25.0×0.8mm，如圖6所示。膠口設計在斜頂上，這樣就可以有效減小膠口位置處的剪切速率和剪切應力，以弱化膠口位置在表面的縮水缺陷。

圖6 澆口尺寸

更改進膠方案后，按照圖5的進膠位置，重新進行模流分析，通過模流分析結構驗證新膠口設計的可行性。圖7是新方案針閥膠口的打開時間。

圖7 針閥膠口的開放時間

如圖8所示，塑件填充不同階段的填充狀態可以看出，塑件的填充基本平衡，G1 膠口到G4 膠口的直線距離約為300mm，塑件材料為防火PC，壁厚3.0mm，為避免塑件表面的熔接線，G1 膠口首先打開，然后G2、G3、G4 膠口同時打開，填充過程中表面無明顯的滯流和短射，填充各個位置無明顯的熔接夾角，然后再來分析塑件填充等值線結果，并與原始方案進行對比。

通過圖4和圖9兩方案的填充等值線分析，圖9的填充等值線明顯比圖4均勻，填充等值線無明顯的密集位置，中間黃色等值線間距相對較小，是因為G3、G4、G5 打開瞬間，型腔的壓力直線降低導致，屬于針閥膠口打開時型腔壓力降產生的正常現象。因此通過圖8 和圖9 的結果，可以確定此進膠方案優化塑件外觀方面是可行的，并由此結果確定模具的最終設計方案為倒裝模具。

5 模具結構設計

通過設計前期膠口位置分析，確定圖5，圖6的膠口位置和膠口形式，采用倒裝針閥熱流道斜頂進膠，模具結構相對原始正裝方案的設計較復雜，模具設計結構如圖10所示。

圖10 模具簡圖

通過模具簡圖可以看出，原本相對簡單的平面塑件類模具，改成倒裝模具后，熱嘴的長度更長了，同時新增加了斜頂結構，且塑件的頂出機構也由原來的機械頂出改為了油缸頂出。

6 試模塑件效果

圖11所示是試模塑件效果圖，塑件表面沒有熔接線，沒有流痕等明顯的表面質量缺陷，試模效果達到客戶的塑件表面要求。由此，模流分析在模具設計前期的膠口位置分析起了非常重要的作用，盡管模具設計相對復雜，但是在最終的試模結果，能達到客戶對塑件的表面要求。

圖11 實際試效果

7 總結

通過以上大尺寸平面塑件的進膠分析，可以看到模流分析在模具前期進膠方案分析中起著非常重要的作用。原始方案在模流分析結果里面，明顯看到熔膠在塑件中間點位置的滯流，當熔膠到達中間位置時刻，其余膠口打開時，填充的方向由原來的縱向填充變成了橫向填充，使得填充末端的融合角度小于120°，增加了填充末端熔接線的風險。通過模流分析結果，找到塑件填充的缺陷，以及產生此缺陷的原因，從而通過分析結果，修改設計方案。

新方案膠口設計為倒裝針閥熱嘴斜頂進膠，通過新方案的模流分析結果可以看到，填充的流長明顯減短，填充沒有明顯的滯流，盡管新方案增加了模具設計的難度，同時也增加了模具的制造成本，但是只有前期把握了設計的正確方案，才能從根本上使塑件滿足客戶的要求，同樣，試模的結果也達到了客戶預期比較滿意的效果，因此針對這種大尺寸的平面塑件，在設計前期的膠口分析和選擇非常重要。