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成型条件对注塑流动平衡的影响分析


第 22 卷第 8 期 2008 年 8 月

常熟理工学院学报 (自然科学 ) Journal of Changshu Institute of Technology (N atural Sciences)

Vol 22 No. 8 . Aug , 2008 .

成型条件对注塑流动平衡的影响分析
周雪峰

,卢   荣
(常熟理工学院化学与材料工程系 ,江苏 常熟  215500 )

摘   : 利用数值模拟试验研究了注射时间 、 要 模具温度和熔体温度等工艺参数对流动平衡的影响 . 结果表明 : 熔体温度的变化对流动平衡有显著影响 . 关键词 : 多型腔 ; 成型条件 ; 流动平衡 中图分类号 : TQ320166    文献标识码 : A    文章编号 : 1008 - 2794 ( 2008 ) 08 - 0070 - 03

在多型腔塑料注射模具设计中 ,为了保证各型腔充型的同时及塑件性能的均一 ,在模具设计时必须对其 浇注系统进行平衡设计 ,使熔体能在浇注系统中流动平衡 . 传统的设计采用自然平衡式布置流道 (如图 1 所 示 ) ,这种布置中 ,流道的特征相同 ,熔体的流动是平衡的 ,每个型腔都可在相同的压力 、 温度条件下同时充 满 ,因此能够较好的达到平衡进料的目的 . 但是对于多型腔的注射模具 ,采用自然平衡式设计浇注系统 ,流道 的长度较长 ,熔体的转向较多 ,因此熔体压力损失较大 . 而如图 2 所示的非自然平衡式浇注系统 ,克服了自然 平衡式浇注系统的不足 ,且流道加工简便 、 费用小 ,所以实际生产中 ,常常采用图 2 所示的流道布置方式 . 但 [1 - 3] 这种非自然平衡式浇注系统的布置方式需通过设计流道及浇口的尺寸来达到平衡进料 ,业内 对如何达到 非自然平衡浇注系统的平衡进料作了很多相关的研究 : 这种流动平衡是有条件的 ,当成型条件发生变化时 ,如 流道和浇口尺寸保持不变 ,则原来流动平衡赖以维持的条件如注射时间、 熔体温度、 模具温度等发生变化 ,流动 平衡就会被破坏 . 笔者采用非自然平衡布置浇注系统 ,应用 Moldflow 软件研究了注射时间、 熔体温度和模具温 度等成型条件变化对流动平衡的影响 ,通过改善熔体的流动性达到平衡进料的目的 ,具有较大实用性 .

1  模型的建立

本试验建立了一模八腔的模型 ,依据 Moldflow 软件的流道平衡分析 ,初步确定本试验流道尺寸 ,其有限元 3 网格如图 3所示 . 所用的材料为 PP,其最大熔体温度为 250 ℃,比热容为 3531J / kg·℃,熔体密度为 01814g/m .
   收稿日期 : 2008 - 05 - 24    作者简介 : 周雪峰 ( 1979 —) ,男 ,江苏常熟人 ,常熟理工学院化学与材料工程系助教 ,硕士 .

第 8期

周雪峰 ,卢   : 成型条件对注塑流动平衡的影响分析 荣

  71

2  实验的设计
211   工艺参数
序号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 30 30 30 40 40 40 50 50 50

本试验选取对流动影响比较大的熔体温度 、 模具温度和注射时间三个工艺参数进行研究 ,根据材料推荐 表 1  工艺参数的水平设置
水平 1
180 20 1

的参数和初步的模拟结果选取各个工艺参数的水平如表 1 所示 .

工艺参数

水平 2
210 30 115

水平 3
240 40 2

熔体温度 / ℃ 模具温度 / ℃ 注射时间 / s

4 为研究熔体温度 、 模具温度和注射时间等成型条件变化对流动平衡的影响 ,根据正交表 L9 ( 3 ) 设计试 验方案 ,利用 Moldflow 软件代替真实的实验对模具型腔进行充型模拟 ,用充填结束时各型腔最后充型时间差 (如图 3 所示 , A 点 与 B 点的充型时间 差 )表征流动的不平衡程度 (即时间差的 最大值越大 , 流动的不平衡程度越高 ) ,

其结果见表 2.   表 2  实验的安排和结果
模具温 熔体温 注射时 充型时间 度 /℃ 度 /℃ 间 /s 差 /s
180 210 240 180 210 240 180 210 240 1 115 2 2 1 2 1 115 115 01033 01089 01138 01070 01067 01093 01046 01075 01133

   依据表 2 建立起极差分析表 3,从表中可以看到各个因素对平衡流动的影响情况 , Ki ( i = 1, 2, 3, 4 ) 为 单个因素充型时间差之和 , kj ( j = 1, 2, 3, 4 ) 为对应 Ki 的平均值 , R 为极差值 . 表 3  影响因素极差分析表

212   实验的安排和结果
充型 时间差
K1 K2 K3 k1 k2 k3 R

图 3  有限元网络图

影响因素 模具温度
01260 01230 01254 01087 01077 01085 01010

熔体温度
01149 01231 01364 01050 01077 01121 01071

充型时间
01201 01292 01251 01067 01097 01084 01030

  72

常熟理工学院学报 (自然科学 )

2008 年

3  分析与讨论
从极差分析的结果来看 , 3 个因素当中熔体温度对流动平衡的影响最为显著 ,这是由于熔体温度较高 , 熔体流动阻力较小 ,离主流道最近的型腔熔体最先到达 . 因此充填结束时 ,先充满的型腔压力较高 ,而后充满 的型腔压力较低 ,使各型腔压力有较大差别 ,流动失去平衡 . 312   充型时间对流动平衡的影响 充型时间对流动平衡的也有显著的影响 ,这是由于充模过程中熔体先流到距主流道最近的分流道末段 , 如果注射时间较长 ,即注射速率较低 ,不能迅速产生足够大的压力差使熔体克服浇口阻力快速通过浇口 ,则 浇口处熔体温度可能迅速降低 ,甚至凝固 ,浇口处会产生更大的流动阻力 . 这样 ,熔体将先充满距主流道最远 的型腔 ,然后再返回来依次冲破阻力最小的浇口并充满各型腔 . 如果注射时间较短 ,即注射速率较高 ,则熔体 将先充满距主流道最近的型腔 ,最后充满距主流道最远的型腔 . 因此 ,与平衡布置的多型腔模具相比 ,非平衡布置的多型腔模具的充模过程更为复杂 ,实际生产中应严 格控制成型条件 ,保证流动平衡 ,以使一模多腔模具所生产的各制件质量均匀一致 .
311   熔体温度对流动平衡的影响

4    结 论

( 1 ) 利用正交设计能快速安排实验并分析出优化的工艺参数方案和各参数对注塑流动平衡的影响 . 通

过 Moldflow 软件对注塑过程进行数值模拟 ,相比真实实验可以节省大量的时间和费用 . ( 2 ) 利用数值模拟试验研究了注射时间 、 熔体温度和模具温度等成型条件变化对流动平衡的影响 . 结果 表明 ,注射时间的变化对流动平衡有显著影响 ,而熔体温度和模具温度对流动平衡的影响并不显著 . ( 3 ) 正交设计和 CAE 技术结合可以有效的分析研究工艺参数对注塑流动平衡的影响关系并优化工艺 参数 ,用于指导非自然平衡浇注系统的平衡进料 . 参考文献 :

[1]  刘斌 ,王敏杰 ,闫伟国 . 多型腔注射成型的流动平衡性分析 [ J ]. 模具制造 , 2002, (12) : 34 - 36. [3]  陆建军 ,袁国定 ,韩阳飞 . 注塑模多型腔流道优化设计 [ J ]. 农机化研究 , 2005, ( 5 ) : 132 - 134.

[2]  陈静波 ,陆宜清 ,祁东霞 . 多型腔注塑模的流动平衡计算与分析 [ J ]. 工程塑料应用 , 2004, 32 ( 9 ) : 54 - 57.

The Ana lysis of I jection M old in g Process on Flow in g Ba lance n
ZHOU X ue2feng, LU R ong

(Departm ent of Chem istry and M aterial Engineering, Changshu Institute of Technology, Changshu 215500, China)

Abstract: Numerical sim ulation tests on injection ti e, mold temperature and melt temp 2erature of flow ing balance m ance. Key words: multi2cavity injection mold; for ing p rocess; flow balance m

have been studied. The results show that the change of m elt temperature has a significant impact on the flow bal2


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